地鐵車輛基礎制動裝置

　　地鐵車輛基礎制動裝置介紹了地鐵車輛基礎制動裝置的特點，分析了踏面制動和盤形制動的不同，得出盤形制動的優勢。

　　地鐵車輛基礎制動裝置【1】

　　摘 要：介紹了地鐵車輛基礎制動裝置的特點，分析了踏面制動和盤形制動的不同，得出盤形制動的優勢。

　　關鍵詞：地鐵車輛 制動 盤形制動

　　1 概述

　　隨著我國城市化進程的發展，城市吸引力不斷擴大，人口集聚力不斷增強，大、中城市人口數量屢創新高。

　　為了更好的緩解城市交通擁堵的問題，許多城市選擇了建設軌道交通來改善交通狀況。

　　地鐵車輛的運行速度也由最初的60km/h，逐漸提高到80 km/h、100 km/h，甚至更高。

　　車輛在高速運行中必須依賴制動系統調節列車運行速度和及時準確地在預定地在預定地點停車，保證列車安全正點地運行。

　　制動系統是地鐵車輛安全可靠運行的基本保障，通常包括空氣制動機、基礎制動裝置、手制動機。

　　基礎制動裝置是確保地鐵車輛行車安全的最重要的措施之一，它最基本的功能是吸收制動動能并將之轉化為熱能散發到空氣中。

　　基礎制動裝置分為兩類：一類是由踏面和閘瓦組成摩擦副的踏面制動;一類是由制動盤和閘片組成摩擦副的盤形制動。

　　2 地鐵車輛制動的特點

　　地鐵與鐵路雖都屬于軌道交通，但地鐵車輛主要在城市內運營與鐵路運輸還是存在一些區別，在車輛制動方面主要有以下特點。

　　2.1 制動頻繁

　　地鐵車站之間距離較近，平均在1公里左右，這必然帶來車輛須頻繁啟動、制動，以滿足乘客上、下車的需要。

　　而鐵路運輸兩個車站之間的距離通長在幾十公里以上。

　　2.2 制動減速度大

　　地鐵站間距短，要提高乘客旅行速度只有增加啟動加速度和制動減速度。

　　因此地鐵車輛緊急制動平均減速度一般要求大于等于1.2m/s2, 而鐵路機車車輛和動車組的緊急制動平均減速度一般為0.7-1.2 m/s2。

　　2.3 制動精度高

　　地鐵車站站臺上均安裝有屏蔽門系統，因此車輛定點停車的精度要求比鐵路機車車輛和動車組高，一般在�00mm左右。

　　這些特點要求地鐵車輛制動系統須有穩定的摩擦副和良好的控制精度能力以及承受頻繁制動熱負荷的性能。

　　3 盤形制動與踏面制動比較

　　3.1 制動對車輪的影響

　　(1)踏面制動的熱負荷

　　從熱應力角度考慮：評價赫茲接觸應力和熱應力共同作用引起的車輪損傷, 如圖1所示, 圖1中橫坐標為車輪踏面最大熱應力，縱坐標為輪軌接觸最大赫茲接觸壓力, 區域A是常用制動區, 區域B是少量制動區, 區域C是危險區。

　　圖1 車輪熱損傷評價示意

　　圖2 車輪踏面非正常磨耗

　　在制動頻繁、熱負荷較大的城軌車輛上，使用熱負荷性能較高的合成閘瓦，導致制動過程中產生總熱能的90%以上被車輪吸收。

　　因此當車輪踏面最高熱應力位于赫茲接觸應力和熱應力共同作用的危險區域，導致車輪踏面異常損傷。

　　在上海地鐵、廣州地鐵、北京地鐵均批量出現過車輪踏面非正常磨耗。

　　(見圖2)車輪踏面異常磨耗將會惡化輪軌匹配關系，嚴重影響行車安全。

　　(2)盤形制動

　　由于盤形制動是由制動盤和閘片組成摩擦副，制動過程中產生的熱能對車輪不產生直接影響。

　　3.2 輪緣潤滑對制動系統的影響

　　(1)踏面制動

　　在曲線多、彎曲半徑小的城軌線路上，為了減少輪緣和鋼軌的磨損和降低車輛通過曲線時的噪聲，均采用輪緣潤滑。

　　由于潤滑劑殘留在車輪踏面和鋼軌上，降低了輪軌間的粘著系數和摩擦系數，使制動力難以保證，列車緊急制動距離將被延長。

　　這給高密度行車的地鐵車輛運行留下了安全隱患。

　　(2)盤形制動

　　盤形制動的摩擦系數不受輪軌間的狀態影響，制動力在曲線上不會發生可以得到保證。

　　3.3 成本的影響

　　車輛基礎制動裝置的成本是包含設備購置費和運營成本的全壽命成本。

　　(1)踏面制動

　　踏面制動的全壽命成本主要由設備購置費、閘瓦消耗、車輪磨損等構成。

　　經過某條使用踏面制動地鐵線路統計1年有526條輪對需要旋修，其中274條輪對發生非正常磨耗，占52.1%。

　　全年旋修輪對每條平均被切削8.89mm。

　　地鐵車輛的車輪直徑一般為840mm，磨耗到限的車輪直徑是770mm，則1條輪對1年被切削量占12.7%。

　　這大大縮短了輪對的使用壽命，增加輪對成本。

　　(2)盤形制動

　　盤形制動的全壽命成本主要由設備購置費、閘片消耗。

　　采用盤形制動，將減少車輪踏面非正常磨耗，延長輪對鏇修周期，有利于延長車輪使用壽命。

　　從設備購置費來看，盤形制動要比踏面制動高出20%左右。

　　從材料消耗來看，雖然每輛車使用的閘片數量比閘瓦大，但由于閘片使用壽命普遍高于閘瓦，因此費用基本相同。

　　從長期運營來看，踏面制動縮短了輪對的使用壽命，增加了輪對成本的支出。

　　4 盤形制動計算

　　我們以4動2拖B 型地鐵車輛為例，計算不同速度下制動時列車的制動距離、制動盤片壓力、輪/軌粘著力。

　　制動距離：

　　s = v2 / [ 2 * a1 ]

　　整列車的平均減速度：

　　a1= v * a2 / (v + 2 * a2 * t1)

　　整列車的瞬間減速度：

　　a2= SUM(a3) - g * sin(a) / [1 + Mr / M]

　　(a3：單量車瞬時減速度;a：傾角;Mr：整車的轉動慣量;M：全部車輛慣量)

　　制動盤片壓力：

　　p= F / k

　　F：每個制動盤的制動力;k：每個制動盤的有效摩擦面積;

　　必需的輪/軌粘著力：

　　= [ F2 � a2 * mr ] / m * g

　　F2：動力制動在輪徑上的減速度;mr：每個轉向架的轉動慣量;m：每個轉向架的慣量

　　具體計算結果見表1

　　表1

　　從表1計算結果可以看出制動盤片壓力、制動距離、輪/軌粘著力均滿足地鐵車輛制動的要求。

　　5 結論

　　(1)在地鐵車輛運行速度在100km/h及以上的城市軌道交通線路上，應采用盤形制動方式。

　　(2)在曲線多、彎曲半徑小的城市軌道交通線路，采用盤形制動更加安全。

　　(3)根據我國各地城市軌道交通車輛的運營情況，綜合分析運營維護成本可以看出，采用盤形制動方式綜合性價比更好。

　　參考文獻：

　　[1] G.Donzella(意大利).閘瓦制動對實心車輪殘余應力水平的影響[J].國外機車車輛工藝,2000,(5):38-45.

　　[2] 王京波.合成閘瓦對車輪熱影響的研究[J].鐵道機車車輛,2003,23(2):77-82.

　　地鐵車輛再生制動能量吸收裝置設置的分析【2】

　　摘要：隨著國內各城市軌道交通建設的發展，節能減排需求日趨明顯，本文從目前國內外軌道交通再生制動能量吸收裝置使用情況出發，分析了各類裝置的優缺點，著重介紹了逆變至中壓型再生制動能量吸收裝置，并討論了成都市地鐵10號線一期工程再生制動能量吸收裝置設置、經濟性等，最后展望逆變至中壓型再生制動能量吸收裝置在軌道交通行業的應用前景，作為今后軌道交通節能減排的參考。

　　關鍵詞：再生制動;逆變至中壓型;軌道交通;節能減排

　　1.概述

　　軌道交通作為一種大運量、高密度的交通工具，它在城市公共交通中扮演著越來越重要的角色，其列車運行具有站間運行距離短、運行速度較高、起動及制動頻繁等特點。

　　目前軌道交通普遍采用的VVVF動車組列車，其制動一般為電制動(再生制動、電阻制動)和空氣制動兩級制動，運行中以再生制動和電阻制動為主，空氣制動為輔。

　　傳統的列車電阻制動做法是將制動電阻裝設在車輛底部，當再生電阻不再起作用時采用空氣制動。

　　傳統的列車電阻制動產生的大量熱量散發在地鐵隧道內，在大運量、高密度的運行條件下，使地鐵洞體的溫升加劇，增加了環控系統的壓力。

　　隨著科技的進步和技術的發展，人們在節約能源、減少排放、環境保護方面意識逐漸增強，在全球倡導節能、低碳的今天，城市軌道交通中的再生制動能量回收利用問題得到了全世界軌道交通界的廣泛關注。

　　在城市軌道交通系統中，對有效利用城市軌道電動車組再生制動所產生的電能以減少城市軌道交通運營的用電量，同時改善城市軌道交通公共場所的環境以消除對城市環境和人民身體的影響是非常重要的。

　　因此在牽引供電系統中裝設電能吸收裝置對再生制動所產生的電能進行吸收、儲存和再利用是必要的，人們在這方面進行了有益的探索。

　　2.再生制動能量吸收裝置技術發展現狀

　　目前再生制動能量吸收裝置類型主要分三大類，即消耗型(主要包括電阻耗能型)、儲能型(主要包括電容、電池、飛輪)和回饋型(低壓回饋型和中壓回饋型)。

　　較常用的有電阻耗能型、電容儲能型、飛輪儲能型和逆變回饋型四種方式。

　　其主要工作原理是：當處于再生制動工況的列車產生的制動能量不能完全被其它車輛和本車的用電設備吸收時，牽引網電壓將很快上升，網壓上升到一定程度后，牽引變電所中設置的再生能量吸收裝置投入工作，吸收掉多余的再生電流，使車輛再生電流持續穩定，以最大限度地發揮再生制動性能。

　　幾種再生制動能量吸收裝置接線方式如下：

　　2.1電阻耗能型

　　電阻耗能型再生能量吸收裝置主要采用多相IGBT斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據再生制動時直流母線電壓的變化狀態調節斬波器的占空比，從而改變吸收功率，將直流電壓恒定在某一設定值的范圍內，并將制動能量消耗在吸收電阻上。

　　該裝置控制簡單和直觀，可以取消(或減少)列車電阻制動裝置，降低車輛投資，提高列車動力性能;能夠降低隧道溫度、減少閘瓦制動對閘瓦的消耗和閘瓦制動粉塵、凈化隧道環境，國內有比較成熟產品制造，價格較低;判斷是否有再生能量需要吸收的判斷條件完善，不會引起誤判，造成電能的額外消耗。

　　但是該裝置對再生能量不能有效利用;電阻散熱導致環境溫度上升，設置在地下變電所內時，電阻柜需單獨放置，需設置相應的通風動力裝置，增加相應的投資。

　　2.2電容儲能型

　　電容儲能型再生能量吸收裝置主要采用IGBT逆變器將列車的再生制動能量吸收到大容量電容器組中，當供電區間內有列車起動、加速需要取流時，該裝置將所儲存的電能釋放出去并進行再利用。

　　電容儲能裝置具有儲能(儲存車輛再生能量)和穩壓(穩定牽引網電壓)兩種工作模式。

　　兩種工作模式可以相互切換。

　　該技術有效利用了列車制動時再生能量，節能效益好;直接接在牽引網或變電所正負母線間，再生能量直接在直流系統內轉換，對系統不會造成影響;該裝置為靜態電容儲能裝置，維護和元器件更換較為方便。

　　裝置的缺點是目前國內無成功的運行經驗，國外產品價格較高;電容發生故障時，裝置無法繼續正常工作。

　　2.3飛輪儲能型

　　該產品對變電所直流空載電壓、母線電壓的跟蹤判斷，確定是否有列車在再生制動且再生能量不能完全被本車輔助設備和相鄰車輛吸收，當判斷變電所附近列車有再生能量需要吸收時，飛輪加速轉動，儲存能量;當判斷變電所附近有列車啟動牽引用電時，飛輪轉速降低，作為發電設備向牽引網反饋電能。

　　該產品除具有電能吸收功能外還具有穩壓功能，該技術有效利用了列車制動時再生能量，具有節能效益;直接接在牽引網與回流軌間或變電所正負母線間，再生能量直接在直流系統內轉換，對系統不會造成影響。

　　但是飛輪畢竟是高速轉動機械產品，盡管采用了真空環境和特殊軸類制造技術，但難免擔心其使用壽命是否能滿足要求，維護維修是否方便。

　　國內外成熟產品極少，投資經濟性差。

　　2.4逆變回饋型

　　逆變回饋型再生能量吸收裝置主要采用電力電子器件構成大功率三相逆變器，該逆變器的直流側與牽引變電所中的整流器直流母線相聯，其交流進線接到交流電網上;當再生制動使直流電壓超過規定值時，逆變器啟動并從直流母線吸收電流，將再生直流電能逆變成工頻交流電回饋至交流電網。

　　逆變回饋型裝置與其他類型裝置相比，其充分利用了列車再生制動能量，提高了再生能量的利用率，節能效果好;其能量直接回饋到中壓環網或車站AC 0.4kV電網，不需要配置儲能元件;對環境溫度影響小，在室內安裝的情況下采用此方案有較大的優勢。

　　目前逆變回饋型再生制動能量吸收裝置主要有兩種類型：逆變+電阻型、逆變至中壓網絡型，

　　逆變至中壓網絡型裝置從節能、電能質量、環控投資的角度而言均較逆變+電阻型更優。

　　2.5 幾種再生制動能量吸收裝置方案比較

　　目前在國內地鐵上應用的較多的幾種方案為電阻耗能型、逆變+電阻型和逆變至中壓網絡型幾種，超級電容和飛輪儲能型因技術上不成熟基本上沒應用實例，幾種再生裝置的優缺點如下表所示

　　從上表可以看出，采用逆變至中壓型再生制動能量吸收裝置從節能效果、技術成熟度上均有明顯的優勢，是地鐵供電系統節能的發展趨勢。

　　3. 成都市地鐵10號線一期工程再生制動能量吸收裝置設置

　　成都市地鐵10號線一期線路長 ，全為地下線。

　　共設地下車站6座，平均站間距 ，最大站間距 (華興站～金花站);最小站間距 (空港一站～空港二站)。

　　在華興站附近設置控制中心及主變點所各一處，在金花站設置線上檢修庫一座。

　　10號線一期工程采用標準A型車，4M2T，初、近、遠期均采用6輛編組，設計最高行車速度 。

　　初期一個交路，太平園站―空港二站;近、遠期開行太平園站―花橋站小交路、全線大交路套跑。

　　成都軌道交通10號線一期工程供電系統采用集中 兩級供電方式;全線共設置華興主變電所1座、牽引降壓混合變電所5座、車站降壓變電所1座、區間跟隨式變電所2座、線上檢修庫跟隨式變電所1座、控制中心降壓變電所1座;軌道交通車輛采用 架空接觸網受電方式。

　　3.1制動能量估算

　　3.1.1基礎條件

　　車輛型號：A型車

　　車輛編組：初、近、遠期采用6輛編組

　　最高速度：

　　旅行速度：初期大站快車 ;站站停列車 ;近遠期站站停列車

　　車輛重量：4M2T AW0下228T、AW2下310T、AW3下340T

　　制動加速度：

　　輔助電源容量：

　　輔助電源功率因素：0.85

　　齒輪效率：0.975

　　電機效率：0.93

　　逆變器效率： 0.98

　　3.1.2機車特性

　　機車處于電制動模式時，機車系統控制牽引逆變器提供電制動力，此時牽引電機工作與發電機模式，將制動能量轉變為電能回饋給直流接觸網，如不能被相鄰機車完全吸收，則會造成直流接觸網電壓升高，可能會影響到牽引系統正常運行。

　　機車在實際運行時，可以控制電機運轉于恒轉矩模式、恒功率模式及自然特性模式。

　　各模式下制動力的大小可以根據牽引電機的制動曲線得出。

　　圖3.1-1牽引電機制動示意圖

　　圖中從最高速度 實施制動開始到 范圍為自然特性， 到 內為恒功率控制， 到制動停止速度內為恒力矩控制。

　　可以看到在恒力矩及恒功率模式下制動力最大且恒定，在自然特性下制動力隨速度增加逐漸減小，整個速度下在恒功率狀態電制動功率最大。

　　3.1.3電制動功率

　　以上述資料為例，在最惡劣情況下，即在坡度處制動時，為保證制動加速度恒定，此時電制動力還需克服坡度重力分量，可得這種工況下最大電制動力(AW3)：

　　電制動功率：

　　式中各項符號含義如下：

　　為列車齒輪、牽引電機及牽引逆變器回饋效率，取三部分效率之積。

　　即 ;

　　為電制動力;

　　為列車制動瞬時速度;

　　為常態消耗，包含機車運行阻力及輔助變流器消耗等，即 。

　　從列車制動特性來看，在 恒功率特性區間內制動功率最大，可得最大電制動功率為

　　考慮30‰的坡度影響，車輛的附加阻力為：

　　此時最大電制動功率為：

　　從以上計算分析可得知，列車制動時產生很大的回饋能量，這些能量除去被后續車輛吸收外，還殘留在供電系統中，造成接觸網網壓升高，影響供電系統絕緣性能，并造成極大的浪費，從節能和供電系統運行安全的角度出發，設置再生制動能量吸收裝置是十分必要的。

　　3.2再生制動能量吸收裝置容量選擇

　　3.2.1線路傳輸功率

　　各站點能量被再生制動能量吸收裝置吸收的多少，主要取決于線路阻抗，即線路距離。

　　成都市地鐵10號線一期工程的線路阻抗為： 　　接觸網電阻為： (剛性);

　　走行軌電阻為： 。

　　因此，可得出線路阻抗為 ，全線路共設6個車站，其中兩個為端頭站，4個為中間站，各站站間距和線路電阻如下表所示：

　　再生制動能量吸收裝置的吸收閾值可設為 ，考慮氣動抱閘閾值 ，確保裕量，設為 ，因此可得出機車制動能量傳送的壓降為 ，則根據站間距不同能量傳送情況如表3.2-2所示。

　　3.2.2各站點吸收功率

　　根據上述數據，按初期各區間同時開行一輛列車考慮，各站點吸收功率情況如下：

　　1)太平園站制動

　　機車在太平園站制動，太平園站位于10號線一期的起始站，因此制動能量只能往單方向流動，相比機車在中間站制動能量吸收會更嚴酷，相鄰簇錦站距離為 。

　　機車制動時能量為 ，其將被太平園站和簇錦站所設的再生制動能量吸收裝置吸收，根據線路電阻，在壓降 下，可計算出傳輸至相鄰站簇錦站的最大電流以及最大功率分別為 和 ，假設設置的再生制動能量吸收裝置容量為 ，則兩站可吸收的最大功率為 ，大于機車制動能量，能夠將制動能量全部吸收，如下圖3.2-1所示。

　　圖3.2-1 太平園站制動能量走向圖

　　2)簇錦站制動

　　機車在簇錦站制動，相鄰太平園站，距離為 ，另一方向相鄰華興站，相距 。

　　由于機車在非線路兩端制動，其能量將被本站和相鄰的其它兩站再生制動能量吸收裝置吸收。

　　根據線路電阻，在壓降 下，可計算出能量傳輸至太平園站的最大電流 以及最大功率 ，傳輸至華興站的最大電流 以及最大功率 。

　　機車制動時能量為 ，在簇錦站制動時，能量同時可被簇錦站以及相鄰兩站的再生制動能量吸收裝置吸收，同樣考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，大于機車制動能量，能夠將制動能量全部吸收，如下圖3.2-2所示。

　　圖3.2-2簇錦站制動能量走向圖

　　(3)華興站制動

　　機車在華興站制動，相鄰簇錦站，距離為 ，另一方向相鄰金花站，相距 。

　　由于機車在非線路兩端制動，其能量將被本站和相鄰的其它兩站再生制動能量吸收裝置吸收。

　　根據線路電阻，在壓降 下，可計算出能量傳輸至簇錦站的最大電流 以及最大功率 ，傳輸至金花站的最大電流 以及最大功率 。

　　機車制動時能量為 ，在華興站制動時，能量同時可被華興站以及相鄰兩站的再生制動能量吸收裝置吸收，同樣考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，大于機車制動能量，能夠將制動能量全部吸收，如下圖3.2-3所示。

　　圖3.2-3華興站制動能量走向圖

　　(4)金花站制動

　　機車在金花站制動，相鄰華興站，距離為 ，另一方向相鄰空港一站，相距 。

　　由于機車在非線路兩端制動，其能量將被本站和相鄰的其它兩站再生制動能量吸收裝置吸收。

　　根據線路電阻，在壓降 下，可計算出能量傳輸至華興站的最大電流 以及最大功率 ，傳輸至空港一站的最大電流 以及最大功率 。

　　機車制動時能量為 ，在金花站制動時，能量同時可被金花站以及相鄰兩站的再生制動能量吸收裝置吸收，同樣考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，大于機車制動能量，能夠將制動能量全部吸收，如下圖3.2-4所示。

　　圖3.2-4金花站制動能量走向圖

　　(5)空港一站制動

　　機車在空港一站制動，空港一站雖然是線路中間站，但是相鄰空港二站站無再生制動能量吸收裝置，因此制動能量只能往單方向流動，相比機車在中間站制動能量吸收會更嚴酷，相鄰金花站距離為 。

　　根據線路電阻，在壓降 下，可計算出能量傳輸至金花站的最大電流 以及最大功率 。

　　機車制動時能量為 ，在空港一站制動時，能量同時可被空港一站以及相鄰的金花站的再生制動能量吸收裝置吸收，同樣考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，大于機車制動能量，能夠將制動能量全部吸收，如下圖3.2-5所示。

　　圖3.2-5空港一站制動能量走向圖

　　(6)空港二站制動

　　機車在空港二站制動，空港二站不但為起始站而且無再生制動能量吸收裝置，因此制動能量只能往單方向流動，相比機車在太平園站制動能量吸收會更嚴酷，相鄰空港一站距離為 ，其能量只能被空港一站吸收。

　　根據線路電阻，在壓降 下，可計算出能量傳輸至空港一站的最大電流 以及最大功率 。

　　機車制動時能量為 ，在空港二站制動時，能量部分被空港一站的再生制動能量吸收裝置吸收，考慮再生制動能量吸收裝置容量為 ，可吸收總的功率為 ，空港一站將不能完全吸收列車在空港二站制動時產生的再生能量，此時空港二站的直流電壓可達 。

　　因此，機車在空港二站制動時，制動站點的電壓會略高于氣動抱閘閾值，氣動抱閘會輕微啟動。

　　如下圖3.2-6所示。

　　圖3.2-6空港二站制動能量走向圖

　　各站制動情況下各站再生制動能量吸收裝置吸收的制動能量匯總如下：

　　3.2.3各站點再生制動能量吸收裝置容量選擇

　　考慮到投資和近遠期列車開行對數，根據以上計算和分析，各站點再生制動能量吸收裝置容量選擇如下表：

　　注：目前國內再生制動能量吸收裝置均具一定的過載能力。

　　(1)線路條件的影響

　　1)平直線路

　　若軌道交通線路為平直線路段，以上選擇容量完全滿足。

　　2)有坡度的線路

　　考慮坡度影響時尚應增加坡度影響帶來的制動力，則制動力為：

　　由式中可知：除去正常制動力外。

　　列車尚需克服坡度影響所需的制動力為 。

　　則列車制動時反饋的能量需增加 。

　　考慮到再生制動能量吸收裝置具備一定的過載能力，在線路坡度不大的情況下上述選擇的容量是能滿足要求的，對于坡度較大的情況下，端頭站會帶有閘瓦制動作為輔助手段。

　　(2)行車密度的影響

　　在線路投運的初期，列車密度不是很大，可忽略鄰近列車對再生制動能量吸收裝置的吸收，認為再生制動能量吸收裝置吸收了全部能量。

　　全線并網后，機車制動能量能被線路上其余機車相互吸收，并且隨著發車密度增加，機車間相互吸收作用逐漸增強，因此無需按單車最惡劣制動情況考慮。

　　從各地地鐵公司調研數據來看，線路正式運營后，隨著發車密度增加，僅 能量無法被相鄰機車吸收。

　　從而得出回饋的再生制動能量為： 。

　　那么以上所選容量完全滿足要求。

　　3.2.4經濟性

　　根據牽引供電計算，每對車從太平園站至空港二站方向行駛產生的再生制動能量被裝置吸收的能量約為 ，從空港二站至太平園站方向行駛產生的再生制動能量被裝置吸收的能量約為 。

　　按成都市地鐵10號線一期工程初近期列車開行對數(初期為運行12小時/天， 5對車/h;近期運行14h/天，12對/h)。

　　按制動時間內裝置自身損耗能量20.25 kW/h考慮，初期每年節約電能約146.73萬度，節約電費約117.4萬元，近期每年節約電能約410.84萬度，節約電費約328.67萬元(電費按0.8元/度考慮)。

　　按每套裝置340萬(含輔助設施)的單價考慮，設備成本回收年限約為 年。

　　大約7～8年能收回成本。

　　若取消車載制動電阻(6節4動2拖A型車，車載電阻造價約60萬)，那么6年左右就能收回成本。

　　4.結論與展望

　　隨著國內各城市軌道交通建設的大規模推進，軌道交通牽引供電系統的節能減排日益重要，從保障軌道交通安全運行和節能減排的要求出發，結合上述分析，隨著技術上的成熟，使用再生制動能量吸收裝置無疑是符合國家節能減排政策的。

　　另外回饋至中壓型再生制動能量吸收裝置除去節電效果外，在閑暇時段還能實現SVG功能，并能對鋼軌電位起到降低的功效。

　　因此在軌道交通牽引供電系統設置再生制動能量吸收裝置有著明顯的節能減排的效能和發展前景。

　　參考文獻

　　1. 李珞;重慶單軌交通再生制動能量地面吸收裝置的應用[J];現代城市軌道交通;2005年04期

　　2. 陳建君，周才發;再生制動能量吸收裝置設置方案研究[J];電氣化鐵道;2011年05期

　　3. 2105中國城市軌道交通高層論壇・分論壇二-“創新・節能”與城市軌道交通發展技術交流資料;2015年6月

　　地鐵車輛的制動系統【3】

　　【摘要】隨著我國經濟的高速發展，城市建設規模也越來越快、占地面積越來越大;在這種情況下，地鐵交通方式已成為一種必然的趨勢，地鐵建設越來越普遍。

　　所以，如何保證地鐵車輛的制動已成為關系到人們的人身安全與財產安全的關鍵所在。

　　本文就是基于此基礎上研究了地鐵車輛的制動系統，希望在實際應用中起到一定的作用。

　　【關鍵詞】地鐵;制動系統;車輛

　　一、制動系統概念和地體車輛制動系統的特點

　　(一)制動系統概念

　　在日常生活中，制動系統對運輸安全起著非常重要作用，任何的運輸工具都離不開它。

　　那么，制動系統究竟是什么呢?制動就是指人為地對列車產生減速控制力的大小，從而操控列車減速、阻止加速的過程。

　　對于城市交通車輛，使運行著的電動車組迅速減速或停車，對它必須實施制動;電動車組在下坡道路運行過程中由于電動車組的重力作用導致電動車組迅速增加，也必須要對它實施制動;同時停放的車輛為了避免因為重力作用或風力吹動而被溜走，也需要對它實施停放制動。

　　(二)地鐵車輛制動系統的特點

　　(1)地鐵站間距離較短，這是由于站間距離短，列車調速、停車比較頻繁，為了提高車輛運行速度，這就使列車制動距離短、列車在啟動上速度一定要快。

　　由此可以看出，地鐵車輛的制動系統具有的特點有停車平穩、準確、操縱靈活、迅速和制動力大等

　　(2)地鐵列車乘客量波動大。

　　空車時地鐵車輛自重相對來說比較輕，但是，乘客量對車輛總重有很大影響，這樣易引起制動率變比。

　　制動率變化大，對列車制動時要減速度、防止車輪滑行和減小車輛縱向沖動都是不利影響。

　　所以說，制動系統應有各種乘客量的情況下，使車輛制動率恒定性能。

　　二、地鐵車輛制動系統組成部分

　　地鐵車輛制動控制部分包括電子制動控制系統(EBCU)、電-空制動控制單元(BCU)、輔助控制單元和防滑控制等。

　　(1)電子制動控制系統(EBCU)

　　電子制動控制單元適合每輛車，用于整個空氣制動系統和WSP電子控制。

　　EBCU使用多芯插頭實現電氣連接、安裝和拆卸方便，沒有氣動連接。

　　(2)電-空制動控制單元

　　電-空制動控制單元(BCU)包括模擬轉換器、緊急制動電磁閥、中繼閥、限壓閥等控制元件，這些部件安裝在鋁合金的氣路板上，在氣路板上裝置一些測試接口。

　　所以說，要測量各個控制壓力和制動缸壓力，在這塊氣路板上測試就可以。

　　這樣，整個氣路板安裝、調試、檢修都非常方便。

　　(3)輔助控制單元

　　輔助控制單元的組成部分主要有截斷塞門、單向閥、雙向閥、停放制動脈沖閥、常用制動壓力開關、停放制動壓力開關和截斷塞門。

　　三、地鐵制動系統研究

　　地鐵制動系統通常可以分為電氣制動系統和空氣制動系統兩大類，現將其分析如下：

　　(一)電氣制動系統

　　1.電氣制動與再生制動系統

　　在各種形式的制動中，電氣制動是一種較理想的動力制動方式，在制動工況時，將列車運行的機械能轉換為電能，產生制動力，使列車減速或在下坡線路上以一定的限速度運行。

　　車輛進行電氣制動時，首先應該是再生制動，即向供電網反饋電能，是一種使用在電動車輛上的制動技術。

　　再生制動在電力機車、有軌電車、無軌電車及純電動或混合動力汽車上常見。

　　再生制動可以分為第一、能量消耗型，第二、并聯直流母線吸收型，第三、能量回饋型。

　　2.電阻制動

　　電阻制動又稱動態制動是鐵路機車的一種制動方式，廣泛應用于電力機車和電傳動柴油機車。

　　再生制動是在電阻制動基礎上進一步發展而成的制動方式。

　　由于電阻制動的原理是因為轉子有電流流動，所以，制動力與速度成正比。

　　加饋電阻制動正是為了解決這個問題而出現，使機車在慢速下也能進行電阻制動，有效擴大電阻制動的應用范圍。

　　(二)空氣制動系統

　　1.供風、制動系統的主要參數

　　(1)制動減速度

　　①常用制動瞬時最大減速度是1.10m/S?

　　②緊急制動和快速制動瞬時最大減速度是1.40m/S?

　　(2)沖擊率是：0.75 m/S?

　　(3)制動壓力參數

　　常用制動 pC 快速制動pC 緊急制動pC

　　Tc(拖車) 1.35 1.88 2.6

　　Mc(動車) 1.59 2.22 3.0

　　(4)系統中壓縮空氣的相對濕度≤35%。圖1

　　2.供風和制動系統的工作原理

　　(1)供風和制動系統工作原理圖解(如圖1所示)

　　①供風系統整合成供風模塊安裝在C車上，向主風缸供風并通過主風管(MRE)等設備與其它車相連。

　　②EBCU和BCU控制整個制動系統。

　　EBCU接收到制動請求、電制動反饋、載荷壓力等電信號，通過調試計算得出制動力值，然后傳送信號給BCU，BCU把電信號轉換成壓力信號。

　　③列車單獨具備“得電緩解/失電施加”的緊急制動回路。

　　④每軸上安裝兩套踏面制動單元，其中一套帶有停放制動缸。

　　(三)制動控制系統

　　制動控制系統是空氣制動系統的核心，它將指令與各種信號進行計算，得出列車所需的制動力，再向動力制動系統和空氣制動系統發出制動信號。

　　空氣制動系統將制動控制系統發來的制動力信號經流量放大后使執行部件產生相應的制動力。

　　這就是制動控制系統的主要功能。

　　制動控制系統主要由空氣制動控制單元(BCU)、電子制動控制單元(EBCU)和電氣指令單元等組成。

　　1.空氣制動控制單元

　　一般空氣制動控制單元由各種不同功能的電磁閥和氣動閥組成。

　　2.電子制動控制單元的主要功能

　　(1)接收司機控制器或ATO的指令，與牽引控制系統協調列車的制動和緩解。

　　(2)將接收到的動力(電氣)制動實際值經EP轉換，將電信號轉換為氣動信號發送給空氣制動控制單元。

　　(3)在列車制動過程中始終收集列車所有輪對速度傳感器發來的速度參數，對輪對在制動中出現的滑行進行監視。

　　(4)控制供氣系統中空氣壓縮機組的工作周期，監視主風缸輸出壓力等參數。

　　(5)對列車制動時的各種參數和故障進行監視和記錄。

　　3.空氣制動控制單元

　　空氣制動控制單元主要包括：

　　(1)數字式電氣指令制動控制系統。

　　(2)模擬式電氣指令制動控制系統。

　　參考文獻

　　[1]左繼紅.城軌車輛制動系統的原理分析，2013.

　　[2]楊峰.地鐵車輛制動系統淺析，2009.

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