靳軍明

（石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司 河北石家莊 050000）

1 引言

隨著城市軌道交通的發(fā)展，高速和安全已成為城市軌道交通電客車設(shè)計的重要方向，這對城市軌道交通電客車制動系統(tǒng)的設(shè)計提出了更高要求，其中一個要求就是如何進(jìn)一步提高防滑保護(hù)控制系統(tǒng)的性能，以便電客車制動時，既能有效防止輪對擦傷，又能充分利用輪軌粘著，得到較短制動距離。電客車施加制動時，輪對在鋼軌上可能會產(chǎn)生滑行現(xiàn)象，此時輪軌間粘著狀態(tài)已經(jīng)被破壞，輪對與鋼軌之間的滑動摩擦力為電客車的制動力，由于滑動摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于靜摩擦系數(shù)，會造成實際起作用的制動力明顯小于輪軌接觸面處于正常粘著狀態(tài)時的力，會使電客車制動距離延長，對城市軌道交通的運營造成很大影響。

輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)能在制動力即將超過輪軌粘著力時判斷出滑行，此時系統(tǒng)能有效控制降低制動力使輪對恢復(fù)滾動或滾滑混合狀態(tài)，從而避免輪對滑行，防滑保護(hù)控制的關(guān)鍵是及時準(zhǔn)確的判斷防滑觸發(fā)的時機和恢復(fù)時機，若防滑觸發(fā)時機判斷過早，會使得制動力損失過大，無法充分利用輪軌間的粘著，使制動距離延長；若判斷過晚，可能會造成輪對踏面擦傷或加劇輪緣磨耗，起不到防滑保護(hù)的作用。

輪對滑行可造成輪對踏面的嚴(yán)重擦傷及車輪失圓，失圓的車輪在運行中會產(chǎn)生不良振動使輪對軸承受損，可能產(chǎn)生斷軸的危險，影響電客車的運行安全，而失圓的車輪砸擊鋼軌，會使鋼軌受損，近一步擴大電客車的不良振動，若防滑恢復(fù)時機選擇過早，會影響輪軌粘著恢復(fù)，在當(dāng)次滑行未完全恢復(fù)的狀態(tài)下，易產(chǎn)生新一輪滑行，若防滑恢復(fù)時機過晚，會影響制動距離和防滑效率。為了保障城市軌道交通電客車運行安全，一般情況下我們的城市軌道交通電客車采用電制動和氣制動兩套防滑控制系統(tǒng)。

2 城市軌道交通電客車電制動和氣制動輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)

2.1 城市軌道交通電客車電制動輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)

電客車采用電制動時，電客車牽引系統(tǒng)中輪對防滑保護(hù)功能由列車控制單元中的牽引控制功能模塊執(zhí)行。牽引控制功能模塊中的輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)利用齒輪箱上裝設(shè)的速度傳感器連續(xù)檢測電客車速度，利用每根車軸上裝設(shè)的速度傳感器檢測每根驅(qū)動軸的速度，采用速度差和減速度作為輪對滑行判定依據(jù)，滑行輪對速度必然低于其他沒有發(fā)生滑行的輪對速度，從而根據(jù)牽引控制功能模塊內(nèi)部設(shè)定好的防滑算法檢測和控制滑行，即當(dāng)某輪對與電客車速度差值超過預(yù)先設(shè)計的滑行標(biāo)準(zhǔn)差時，則認(rèn)為該輪對產(chǎn)生滑行，此時啟動輪對防滑控制，防止輪對擦傷，同時應(yīng)盡量減少該輪對牽引力參考值直到滑行停止以避免該輪對在牽引狀態(tài)下發(fā)生不可控制的空轉(zhuǎn)，在電制動時鎖死，從而有效保護(hù)牽引電機不受損害。

電客車電制動過程中，隨著電制動力的不斷增加，當(dāng)制動力達(dá)到最大粘著力后，輪對與鋼軌之間的粘著狀態(tài)就開始被破壞，在輪對滾動的同時會伴隨著少量但越來越大的相對滑行，當(dāng)這種相對滑行的滑移率超過一定值后，輪軌間的粘著狀態(tài)遭到嚴(yán)重的破壞，粘著系數(shù)急劇降低，輪對轉(zhuǎn)速會急劇下降，直至輪對被抱死而不能滾動，輕則造成輪對擦傷，重則造成事故。牽引控制功能模塊中輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)不斷檢測各軸減速度、車輛速度、速度差是否大于某一限值，一旦檢測到某個輪對軸速度出現(xiàn)與允許值存在差異時，系統(tǒng)會準(zhǔn)確的進(jìn)行跟蹤調(diào)整，電制動力會自動減少以滿足實際輪軌間的傳動值，在不利的軌道條件下降低該輪對的減速度，改進(jìn)輪對的粘著力情況，并保證在粘著力低的情況下使制動力最大化而又不會對輪對造成損傷，當(dāng)軌道條件變好或摩擦系數(shù)提高后，輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)判斷粘著力情況已經(jīng)恢復(fù)正常時，制動力將會基于一個設(shè)計好的可調(diào)整的斜線增加。

輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)應(yīng)盡量避免防滑保護(hù)功能過于敏感，在避免輪對擦傷的同時最大限度的利用輪軌間可用粘著，在輪對滑行檢測中，通過優(yōu)化電客車參考速度計算方法獲得精準(zhǔn)的速度差，優(yōu)化防滑判據(jù)，因為防滑判據(jù)不僅只是用以檢測電客車是否或即將發(fā)生滑行，它作為輪對防滑控制的前級輸入還需具備可以測量滑行深度的功能，從而進(jìn)一步指導(dǎo)后續(xù)防滑動作深度。當(dāng)輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)檢測到電制動滑行時，牽引控制系統(tǒng)會自動鎖定當(dāng)前發(fā)送給制動系統(tǒng)的電制動力實際值，如果牽引控制系統(tǒng)中輪對防滑保護(hù)控制在設(shè)定時間之內(nèi)無法調(diào)整好，制動控制系統(tǒng)檢測到滑行時間超過設(shè)定值后，將自動切除電制動，此時氣制動控制系統(tǒng)接管輪對防滑保護(hù)控制。另外，某個輪對軸的減速度檢測與其它軸無關(guān)，軸間的直徑補償不會影響它的精度。

2.2 城市軌道交通電客車氣制動輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)

目前，城市軌道交通電客車多采用EP2002型制動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由德國克諾爾公司研制生產(chǎn)的，為電氣模擬指令式制動控制系統(tǒng)，其核心部件是網(wǎng)關(guān)閥及智能閥，EP2002型制動系統(tǒng)采用架控式，即一個網(wǎng)關(guān)閥或智能閥控制一個轉(zhuǎn)向架，該系統(tǒng)輪對防滑保護(hù)采用軸控防滑控制方式，能單獨控制每根軸上閘缸制動力來校正輪對滑動。輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)基本部件包括：防滑電磁閥、測速齒輪、速度傳感器、網(wǎng)關(guān)閥或智能閥微處理器控制系統(tǒng)中的輪對防滑保護(hù)控制單元等。安裝在齒輪箱上的測速齒輪和安裝在每根軸端上的速度傳感器會把速度信號傳至控制該轉(zhuǎn)向架的輪對防滑保護(hù)控制單元（利用單位時間內(nèi)電磁脈沖信號頻率計算速度），輪對防滑保護(hù)控制單元與通過專用 CAN制動器總線傳輸?shù)钠渌y（網(wǎng)關(guān)閥或智能閥）獲得的速度數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行邏輯計算，用來監(jiān)測電客車的減速度和各軸之間的速度差，以此來判斷輪對的實時狀況，當(dāng)監(jiān)測到某輪對出現(xiàn)滑行時，輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)能迅速的向控制該輪對的防滑電磁閥發(fā)出指令，關(guān)閉壓縮空氣通路，并開啟制動缸通向大氣的通路，進(jìn)行排風(fēng)緩解，從而解除該輪對的滑行現(xiàn)象，當(dāng)輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)確定粘著條件恢復(fù)到正常狀態(tài)，輪對速度再次上升時，氣制動輪對防滑控制系統(tǒng)將返回到初始狀態(tài)。

另外，在輪對防滑保護(hù)控制恢復(fù)的過程中，應(yīng)合理控制制動力，對于輕度滑行，應(yīng)盡可能階段少量排氣并保壓，試探性摸索當(dāng)前輪軌可用粘著，對于強度較大的滑行，適用快速排氣，階段充氣，恢復(fù)的時機應(yīng)盡可能早。如果氣制動輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)通過防滑電磁閥排氣緩解超過一定的時間，安全回路會動作再次實施摩擦制動，以使電客車在粘著不利的情況下盡快恢復(fù)制動作用，以求最大程度降低制動力損失，保證合理的制動距離，確保電客車運行安全。為保證輪對防滑保護(hù)控制啟動時制動緩解時間不超過特定時間，在網(wǎng)關(guān)閥及智能閥內(nèi)均設(shè)有硬件計時電路來持續(xù)監(jiān)控防滑控制時間。

3 結(jié)語

輪對防滑保護(hù)控制系統(tǒng)在城市軌道交通電客車制動系統(tǒng)中不可缺少，系統(tǒng)設(shè)計需綜合考慮防滑兼輪軌粘著利用。通過采用合理的控制方式，要求系統(tǒng)不僅能有效防止輪對滑行，還能在提高制動效率的基礎(chǔ)上，充分利用輪軌間粘著，縮短制動距離。我們的城市軌道交通電客車采用電制動和氣制動兩套防滑保護(hù)控制系統(tǒng)從而保證運營安全可靠，雖然這兩套系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制精度高、響應(yīng)時間短、集成化程度高、可維護(hù)性少、系統(tǒng)故障率低、質(zhì)量可靠、通用性高、國際先進(jìn)等優(yōu)點，但是我們還是應(yīng)該不斷探索優(yōu)化這兩套系統(tǒng)使其安全性、可靠性不斷提高。