某低地板轨道车辆 液压制动系统仿真分析

朱昭凯

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000

摘要：通过分析某低地板轨道车辆的液压制动系统，对比其他制动方式，总结了低地板车辆使用液压制动的必要性和优势。并通过对液压系统进行仿真，研究了液压制动系统几个参数对整体制动系统响应速度及压力损失的影响，指导了实际生产。

关键字：轨道车辆；液压制动系统；AMESim；仿真分析

低地板有轨电车是一种新型城市轨道交通工具，列车制动作为低地板有轨电车核心技术之一，具有减速度大、结构紧凑及高可靠性等特点。由于其运行区间与行人和车辆有交叉，需要频繁起动和制动，对其动态性能要求较高。目前，各种类型的低地板有轨电车制动系统均包括电制动和磁轨制动，所不同的是黏着制动形式(空气制动、液压制动、电机械制动)的选择。

某低地板有轨电车采用成熟的微机控制的电液制动系统，每个转向架设有磁轨制动。主要具有常用制动、紧急制动、安全制动、保持制动和停放制动功能。与空气制动系统相比，液压制动设备结构紧凑，体积小，制动过程平稳、快速、准确，已成为低地板有轨电车等对转向架空间和质量有严格要求的轨道车辆最重要的黏着制动形式。

本文以某低地板有轨电车液压制动系统为研究对象，通过理论分析与建模仿真对其制动性能及影响因素进行分析，以期为该类型系统的设计及调试提供一定的理论参考。

1.低地板轨道车辆制动方式介绍

某低地板有轨电车项目制动系统有电制动、液压摩擦制动和磁轨制动三种制动形式。液压制动装置主要由制动控制系统、液压单元、基础制动设备、防滑系统及其它附属设备组成。

1.1制动系统及结构特性要求

采用运用成熟的微机控制的模拟式电液制动系统。车辆采用电制动+液压制动混合模式，优先使用电制动，电制动力不足时由液压制动进行补充。制动实施 优先次序是：电制动、液压制动、磁轨制动，可以实现常用制动、紧急制动、安全制动、保持制动和停放制动等5种制动方式。

1.2制动系统主要功能

主要功能包括常用制动、紧急制动1&2、紧急制动3&4、保持制动、停放制动、安全制动、车轮防滑保护功能、电辅助缓解功能等。

1.3制动系统主要部件

列车具备电制动、机械制动和磁轨制动三种制动系统。其中，电制动由牵引系统实现；机械制动由液压驱动实现，每个转向架都配备了被动式液压制动；每个转向架都配备了两个磁轨制动器。

2.液压制动系统仿真分析

2.1液压制动系统介绍

电液制动控制单元将控制信号转换为精确且稳定的制动压力，具有制动控制、制动施加及缓解、安全制动和停放制动等功能。

车辆的制动时，根据所需的制动力的大小，给电磁比例减压阀合适的电流，实现车辆的制动。制动力大小取决于控制系统给电磁比例减压阀的电流值的大小。

在液压制动系统中，比例减压阀起压力控制作用，直接决定了系统响应速度和制动力的大小，在整个系统中起重要作用，下文重点分析比例减压阀对整个系统的影响。

2.2比例减压阀介绍及建模

2.2.1比例减压阀原理介绍

直动式比例减压阀主要由比例电磁铁和三通滑阀组成。比例电磁铁输出力与出口压力P1产生的反馈力平衡，与其流过电流的大小成正比。若P1小于设定压力，则三通滑阀的阀芯在较大的电磁力作用下向右移送，打开压力入口到压力出口的通路，使P1升高；若P1大于设定压力，则阀芯在较大的液压反馈力作用下左移，油液到卸油口溢流，使P1减小，以维持P1的稳定。连续改变流过电流的大小，即可按相应比例控制比例减压阀的出口压力。

2.2.2 基于AMESim的比例减压阀建模

参照比例加压阀的结构，利用AMESim中HCD库中的元件搭建比例减压阀的仿真模型如图2.1所示。比例减压阀模型包括弹簧活塞、质量块、阻尼块、环形槽活塞和简化的电流-电磁力转换模型。

2.3 系统管路仿真分析

为更好地对整个系统的管路进行仿真，参照液压系统原理图与现车管路布置情况，选取拖车液压制动单元到动车转向架上的两个主动式液压夹钳，对该部分液压系统进行建模，如图2.3所示。

图2.1 制动系统仿真模型

其中管路模型对实际车辆的液压管路进行模拟，包括管路长度与管路的折弯角度，上图中管路模型为超元件。

2.4.1 管路通径改变对制动系统响应速度的影响

分别取管路通径6mm、8mm、10mm对仿真模型进行仿真，结果如图2.2所示。

图2.2 不同管径仿真结果

由图可以看出，在不同通径下，初始响应速度相差较小，但压力损失差别较为明显。且随着管径增加，出口压力逐渐增大，在到达稳态后，6mm管路出口压力较8mm管路减小1.1bar，而8mm管路出口压力仅比10mm管路小0.2bar，综合考虑，选择8mm管径较为合适。

3.结论

本文介绍了某低地板有轨电车制动系统组成及液压制动系统工作原理，分析了比例减压阀的结构，并对减压阀及液压制动单元进行了仿真分析，初步得到以下结论：

在不同的管路通径下，初始响应速度相差极小，但压力损失差别较为明显。且随着管径增加，出口压力逐渐增大。在到达稳态后，6mm管路出口压力较8mm管路减小1.1bar，而8mm管路出口压力仅比10mm管路小0.2bar，综合考虑，选择8mm管径较为合适；

参考文献

1. 梁爽.低地板轻轨车辆制动形式探讨[J].铁道车辆,2013(4):32-34.

2. 李海超.低地板有轨电车液压制动系统动态建模与分析[J].液压与气动,2015(3):75-79.

3. 郝宝磊.直动式比例减压阀在现代有轨电车液压制动中的应用研究[J].铁道车辆,2017(1):7-9.