新制式轨道车辆液压制动模式探讨

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　　摘  要：简要介绍液压制动系统在新制式轨道交通车辆上使用的作用，再介绍液压制动系统在新制式轨道交通车辆上应用的特点，着重提出在新制式轨道交通车辆上应用的三种液压制动模式，详细介绍其工作原理及应用特点，并且进行比较，最后得出结论。
　　关键词：新制式轨道交通车辆;液压制动系统;液压制动模式
　　中图分类号：U232     文献标识码：A     文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00
　　1 概述
　　 新制式轨道交通车辆包括中低速磁浮列车、跨座式单轨列车、悬挂式空轨列车等。在新制式轨道交通车辆上，其制动方式包括电制动、液压制动及落车制动，电制动优先级最高，液压制动其次，落车制动仅在紧急状况下使用。在常用制动和紧急制动时，优先采用电制动，以减小基础制动装置的磨耗，不足部分由液压制动进行补充。紧急制动时，仅施加液压制动。所以，液压制动在新制式轨道交通车辆上也起着非常关键的作用。
　　 新制式轨道交通车辆的制动系统已广泛使用液压制动模式，列车在进站停止、遇到突发紧急状况以及停放等过程中，都需要施加液压制动。所以，液压制动系统在新制式轨道交通车辆上是一个至关重要的单元。
　　 液压制动系统是采用液压传动与控制的方式为制动装置提供压力，进行控制。液压制动系统确保新制式轨道交通车辆上的运动部件对整个车辆进行受控的减速和稳定的停止。作为与安全有关的要素，液压制动系统必须满足非常高的要求。所以，液压制动系统的每一个部件的可靠性和耐久性将决定了整个车辆的品质水准和安全等级。
　　2 液压制动系统的特点
　　 在新制式轨道交通车辆上，液压制动系统必须确保快速、可靠和可控的制动动作。为了满足这些要求，设计师必须考虑到一些指导原则。灵敏度控制的先决条件是液压制动系统本身的液压缸尽可能地实现线性运动，并且仅允许呈现微小的滞后。
　　 所以，液压制动系统应具有以下特点：
　　 （1）可控性。为了实现可控的制动动作，制动液压力必须尽可能稳定地可调。
　　 （2）快速性。作为控制元件的液压阀的响应时间必须很短，以便在制动指令开始之时实现最小的时间滞后。
　　 液压阀通常选用比例阀，所以，比例阀被应用在现代化的液压制动系统中。比例电磁铁具有有效地控制阀芯位置及工作压力，使制动液压力呈线性增加。该液压制动系统通常配有比例压力阀或比例节流阀。比例压力阀、比例节流阀和电子控制系统对液压回路进行闭环控制，目的是为了确保良好的可控性，这些阀呈现出很小的滞后，并且可以精确地调节系统线性度。这样的设计原则常常在压力闭环回路中被应用，使泄漏量和控制油量变小。在弹簧加载的制动系统中，可以避免制动闸片的连轴打滑，使压力损失几乎为零。
　　 （3）可靠性。为保证液压制动系统的全时可靠的功能，其组件必须满足严格的可靠性要求。
　　 （4）功效性。液压制动系统的功耗必须最小化，以避免液压系统在运行过程中过热，产生高温现象。
　　 （5）耐久性。液压制动系统是由现代高性能的材质制成的，这是耐久的性能保证和低维护成本的关键条件。
　　 （6）紧凑性。液压制动控制单元、液压制动器应该都具备出色的功率密度。从而尽可能实现紧凑的尺寸和最小的空间要求。
　　3 液压制动模式
　　 液压制动系统分为主动型和被动型两种。运行液压制动器通常是主动型液压制动系统，而安全液压制动器通常是被动型液压制动系统，其制动动作由弹簧力驱动。对于这两种类型，设计人员可以选择多种不同的液压控制设计。在新制式轨道交通车辆上，液压制动方案的解决可采用压力限制、压力控制或电比例控制等三种模式来实现。在压力闭环液压控制系统的情况下，常规地采用压力控制阀或带压力限制的节流阀，对于这样的控制模式，最有效地阀控回路配以电子控制回路是至关重要的。
　　3.1 压力限制液压制动模式
　　 针对压力限制液压制动系统如图1所示，调整制动油缸的压力设定值至满足制动液压力。同时，增
　　
　　
　　设压力传感器以监测液压制动系统的压力。通常，使用直动式控制阀就可以满足紧凑的尺寸和快速的响应时间。而在被动型液压制动系统的情况下，须采用反向逻辑液压控制阀。这种设计，是由弹簧来打开制动盘，液压阀在失电的情况下输出最大制动液压力实现制动。最大压力值是使用液压阀调节杆予以设定。
　　 压力限制液压制动模式空间要求很紧凑，经济成本很低，压力控制精度较低，泄漏量较大，并且响应时间较长。适用于需持续供给油液、响应时间和压力控制精度要求不高的场合。
　　3.2 压力控制液压制动模式
　　 在这种压力控制液压制动系统中（如图2所示），通过比例压力控制阀将制动油缸的压力调整到所
　　
　　
　　需的制動液压力。控制阀的输出压力与输入压力分离，从而消除了较高系统输入压力对制动作用的影响。这种解决方案常常会用到蓄能器保压技术，以实现电机驱动液压泵的长时间静止间隔。所以，这种应用的比例控制阀必须具备低泄漏率性能。而对于被动型液压制动系统，则必须使用反比例控制阀。
　　3.3 电比例控制液压制动模式
　　 如图3（a）所示，选择比例溢流阀作为控制元件。通过一个压力传感器监测制动液压力，并将监测信号反馈到电控系统，把设定值和采样值作比较得到偏差信号。
　　 另外一种控制方式如图3（b）所示，采用在进油路和回油路上各设置一个比例节流阀来实现。比例节流阀的优势在于响应时间短，通过电子控制器的优化调整可实现更大程度上的灵活性。 　　
　　
　　4 三种液压制动模式的对比
　　 三种液压制动模式：压力限制液压制动模式、压力控制液压制动模式和电比例控制液压制动模式，可以从压力精度、响应及滞后表现、泄漏保护、空间要求以及经济性等几个方面进行对比，如表1。
　　
　　5 结语
　　 压力限制液压制动模式在新制式轨道交通车辆的液压制动系统上已经得到非常广泛的应用，并且也积累了丰富的经验。在国外，修建于上世纪的拉斯维加斯的空中观光列车就采用了比例溢流阀作为其刹车压力限制的主要控制部件。在国内，南车旗下的南京海泰为高铁项目中的两款车型共同测试两款流量为25L/min，压力控制范围分别为0～70bar 和 0～115bar 的保压型比例溢流阀。其保压特性和压力测试，经测试已经满足了客户的要求，正准备投入使用。
　　 压力控制液压制动模式在新制式轨道交通车辆的液压制动系统中也得到了成功使用。在低地板有轨电车液压制动系统上首次使用，经过批量生产，已经成熟。再向中低速磁浮列车液压制动系统上进行延伸，可以为列车减轻重量、腾出空间、提高稳定性和可靠性，使中低速磁浮列车制动技术水平得到进一步提高。
　　 电比例控制液压制动模式是一种控制精度比较高、响应时间比较快、系统泄漏量比较小的制动模式。目前，在欧美市场已经成功应用。在国内，在新制式轨道交通车辆的液压制动系统上也将会广泛应用。
　　 三种液压制动模式在新制式轨道交通车辆的液压制动系统中得到了成功使用，不仅结构紧凑，占位空间小，经济成本较低，而且更重要的是具有控制精度高，时间相应快，并且系统泄漏极低，保障车辆安全、稳定工作。伴随着电子控制系统的日渐成熟，三种液压制动模式在新制式轨道交通车辆上会越来越广泛应用。
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　　收稿日期：2019-11-18
　　作者简介：吴沫（1977—），男，四川巴中人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：新制式轨道交通制动系统研究与工程化设计。
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