地铁车辆空气制动系统防滑原理及通用防滑试验方法

摘 要：文章介绍了地铁车辆空气制动系统的防滑控制原理，设计了一种通用防滑试验器及静态防滑试验方法，并通过动态防滑试验进一步验证了车辆的防滑性能。

关键词：防滑；制动；地铁车辆；试验

引言

随着城市轨道交通行业的发展，地铁车辆越来越多的应用于城市公共交通中，对车辆的制动性能提出了更高的要求。

空气制动防滑系统用于防止制动力超过粘着引起的轮对滑行或抱死造成轮对踏面擦伤。当由于制动力超过粘着使轮对踏面由滚动到出现滑动状态时，防滑系统能够检测出这种滑行并能减小滑行轮对上的制动力，以减小出现滑行轮对上的滑动程度，既能防止车轮擦伤，又能充分利用粘着，得到较短的制动距离[1][2]。为保证车辆正常运行，必须采用合适的试验方法对车辆防滑功能进行充分的试验验证。

1 空气制动防滑控制原理

1.1 防滑控制组成

目前各地铁车辆的空气防滑系统虽然外观各有不同，但其基本构成类似，均由速度传感器、制动控制装置、防滑阀、基础制动装置组成。

车控制动系统防滑控制如图1所示（架控系统类似），制动控制装置中设有专用防滑控制器采集本车4个轴的速度信号，防滑控制器具有速度差、减速度值等多种滑行检测方式，能有效地检测和控制滑行。防滑阀用于在车辆产生滑行时对单个轴的空气制动缸压力进行控制。

根据制动时的车辆状态，防滑阀具有表1所示3种工作状态。

非滑行状态：制动缸管路与制动控制装置输出相连通，防滑阀未对制动压力进行控制。

缓解状态：防滑阀不仅切断通往制动缸的压力空气，同时还将制动缸中的压力空气排出，使单个轴的空气制动力减小。

保压状态：防滑阀切断通往制动缸通路，制动缸压力保持不变。

1.2 防滑控制策略

空气制动滑行控制系统主要采用速度差和减速度进行滑行检测判断[3]。当某一轴速度低于参考速度一定程度时或某一轴减速度达到某一数值时，判定该轴处于滑行状态。

防滑系统的滑行检测和控制的典型曲线如图2所示。当通过减速度判据检测到滑行，防滑系统就会对滑行轴的制动缸阶段排风；当通过速度差判据检测到滑行时，防滑系统就会对滑行轴的制动缸快速排风，以尽快减小滑行轴上的空气制动力。当检测到滑行轴加速度达到粘着恢复的判据时，开始阶段充风，制动力和制动缸压力开始恢复；当轴速恢复到接近参考速度，达到粘着恢复的速度差判据时，不再进行防滑控制。

空气制动进行滑行控制时，单轴连续排风时间不超过5s（可调）。当空气制动滑行控制失效时不影响正常的常用制动和紧急制动的施加。

2 通用防滑试验方法

2.1 静态防滑试验

根据前述防滑原理设计一种适用于各种地铁车型的通用防滑试验方法，在车辆静态下对其防滑系统进行试验验证，无需车辆运行，操作方便快捷。试验流程见图3。

首先使用自制防滑试验器向制动控制装置模拟速度传感器信号，将各轴设定为相同的速度（比如60kph，可调），然后按照1、2、3、4轴的顺序操作试验器进行单轴防滑试验，防滑试验轴的速度按照一定速率下降至某一速度（比如30kph，可调），其余三个轴仍然保持原速度状态，滑行轴即产生相应防滑控制，车辆闸瓦动按照“施加（制动过程）、缓解（检测到滑行并采取防滑控制）、5s后再施加（防滑控制失效，施加制动）”的顺序进行动作。

防滑试验器操作面板及基本原理见图4。模拟的速度传感器方波信号通过555定时器发出，通过可调电阻可以对方波的周期、占空比等进行调整。防滑试验器输出端通过光耦进行转化，可以模拟电流型和电压型两种传感器的输出模式，满足各种地铁车型的试验要求。

2.2 动态防滑试验

动态防滑试验为地铁车辆的型式试验，考量车辆在实际动态滑行过程中的防滑控制功能。为增强滑行效果，并防止对轨道造成影响，采用乙二醇和水的混合溶液作为润滑剂进行试验。

将混合溶液及电动水泵放置于头车客室内，从两侧客室门各引出一条出水管，在车下排障器处对出水管进行固定，使出水口正对轨面，车辆动态运行时可在车内控制出水速度和时间，从图5可以清楚地看出各轴频繁滑行，车辆防滑检测及防滑控制动作正常。

3 结束语

通过对地铁车辆防滑控制原理的分析，设计出一种通用的静态防滑试验装备和试验方法，可方便快捷的对车辆防滑系统进行试验。而后通过动态防滑试验对车辆的防滑系统进行进一步验证，确保地铁车辆防滑功能的完整性。

参考文献

[1]隋燕，孙宗先.城轨车辆防滑防空转控制浅析[J].机电工程技术，2013，42（4）：98-99.

[2]李云峰.城轨车辆空气制动防滑控制方法[J].铁道车辆，2011，49（12）：38-40.

[3]李培曙.地铁车辆的防滑控制[J].地铁车辆，2001，39（7）：9-12.

作者简介：徐广增，2010年毕业于南京航空航天大学机械制造专业，工学硕士，现从事城市轨道车辆电气调试工作，工程师。