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苏州轨道交通有限公司运营分公司车辆中心 215000
摘要：由于地铁交通站间距短、客流量不稳定、通常要穿过人口密集区域等，地铁列车的制动系统会被反复开启。空气制动作为地铁列车制动体系的重要组成部分，通过车轮踏面与闸瓦（或制动夹钳与制动盘）摩擦后将列车动能转换为热能并最终耗散于大气，能够在电制动不足或特殊情况下为列车提供部分或全部制动力，最终实现列车减速的目的。本文将从风源设备、基础制动装置、气笛装置、空气悬挂装置以及制动施加、防滑控制等8个方面对苏州1号线采用的克诺尔空气制动方案的进行原理解析。
关键词：克诺尔；空气制动；原理；解析
一、克诺尔制动系统简述
克诺尔制动控制系统通过EP2002网关阀和EP2002智能阀形成分散式制动控制网络，分别安装在它们所控制的转向架上，网关阀与智能阀通过一根专用的CAN总线连接在一起。
EP2002 将制动控制和制动管理电子设备以及常用制动气动阀、紧急制动气动阀和车轮防滑保护装置气动阀都集成到装在各转向架上的机电包中。
智能阀是一个“机电”装置，其中包括一个电子控制段，该电子控制段直接装在一个称为气动阀单元的气动伺服阀上。具有控制作用的网关阀通过CAN 制动总线传达制动要求，每个阀门据此控制着各自转向架上制动调节器内的制动缸压力。本设备通过转向架进行常用制动和紧急制动，同时通过车轴进行车轮防滑保护控制。阀门受软件和硬件的联合控制和监控。
网关阀执行智能阀的所有功能，并将常用制动压力分配至所有装在本地 CAN 网络中的 EP2002 阀门。网关阀也可以提供 EP2002 控制系统与列车控制系统的连接。在 EP2002 系统中，一个网关阀中的制动要求分配功能可以将 SB 制动力要求分配至列车装有的所有制动系统，以达到司机/ATO 要求的制动力。
二、克诺尔空气制动原理解析
（一）空气供给（风源系统）
空气供给设备安装在拖车上（每列车2套），该设备通过贯穿整列车的总风缸（管）给全列车所有的用风设备提供压力空气，主要包括空压机、风缸、压力开关、测试接口、截断塞门等。该空压机为两级压缩，低压级有两个气缸，高压级只有一个气缸，空气由低压缸吸入并由一个干式空气过滤器滤清，送到高压缸进行下一步的压缩。
当检测到主风缸的压力值低于7.5bar并且SIV容量满足一个空气压缩机的启动要求时，VCU输出压缩机启动信号，单个空气压缩机将会启动，直至压力值达到9bar；当主风缸的压力值低于6.8bar并且SIV容量满足两台空气压缩机的启动要求，两台空气压缩机会启动，若此时SIV容量仅满足一台空气压缩机的启动要求，主空气压缩机会启动，当主风缸的压力值达到9bar时，两台空气压缩机都停止。其中主辅空气压缩机的控制按照单双日进行控制。
为了提高系统工作的可靠性，延长设备的使用寿命，空压机产生的压缩空气经过止回阀后通往双塔干燥器与精细滤油器进行处理。供气单元与主风缸之间设置一常通球阀将主风缸与供气单元隔离。除此之外，每辆车设置一个总风缸、空气悬挂风缸和制动风缸，三个风缸的容积均为100L，设计压力为10bar。
（二）常用制动施加
在通常情况下，当列车施加制动时，车辆控制单元将计算经过载荷补偿的整列车的制动力及电制动状态发送给网关阀，网关阀将空气制动力平均分配到每个拖车（包括故障的动车转向架）。当列车速度达到一定速度后后，空气制动取代电制动，实现电空转换。
（三）紧急制动施加/缓解
紧急制动由列车的紧急制动环路失电触发，并最终由空气制动基础装置执行，是通过一个安全回路控制的纯空气制动模式，是列车运行安全导向保证中最重要的环节，因此紧急制动不可逆。列车紧急制动功能采用硬线控制，在制动控制单元上装备了由列车安全环路硬线控制的紧急制动部分.若安全环线断开，列车将产生紧急制动。
图一 紧急制动器在EP2002内的运行
（四）EP2002阀内部气路原理
制动供气风缸压力进入气动阀单元，并被分为两条单独的线。第一条较粗的线将空气供应给一次调节阶段。此阶段主要为中继阀根据控制压力将 BSR 压力下调到一个中间压力，并在称重电子装置硬件的控制之下经过了EP阀的调节；控制压力通过二次调节器后被限制在一定的范围以内，该数值即为能够在一次调节器输出情况下提供满载紧急制动压力的数值，这就保证了制动缸不会供给一个大于紧满载紧急制动压力值。
图二 EP阀控制电子装置运行图
压力空气经过一次调节器后，分别供给轴 1 和轴 2。每路供气都通过EP 阀之后进入制动缸。在紧急制动情况下，这些 EP阀处于非启动状态。紧急制动缓解时，VCU输出缓解命令给网关阀，网关阀在紧急制动缓解后，并且零速、制动指令有效时，施加保持制动。
（五）停放制动施加/缓解
停放制动力应能使一列4编组的列车在AW3载荷下停放在3.5‰的坡道上，停放制动可通过按压司机台上的“停放制动施加/缓解”按钮施加或缓解。停放制动为弹簧储能施加，且由弹簧弹力生成的停放制动力不受时间流逝的影响，可以满足列车长期断电停放的需求。
除此之外，当列车总风压力不足时，因停放制动缸内压缩空气压力无法克服弹簧弹力，因此停放制动将会自动施加，而缓解时则需要通过拉动停放制动缓解拉绳来缓解。
（六）防滑管控（WSP系统）
苏州一号线所有车辆上都装有空气制动防滑系统，该系统的检测和实施都是按照“轴控”的方式进行的。防滑保护控制单元与排气阀集成在EP2002阀内部，每根车轴都装有速度传感器用来检测车轮速度，该信息被采集后在同一个CAN网区域中的EP2002阀中共享，此时如果检测到单个车轴减速度过大，或车轴与车轴之间存在速差，系统都会激活防滑保护功能并且通过制动连接阀将两根轴的制动力分开，进而控制充气阀和排气阀来恢复该轴的黏着状态。
结束语：
空气制动是制动控制系统的有机构成元素。克诺尔空气制动系统由于其构成特色以及气路原理等优点，在未来一段时间内仍然是地铁空气制动领域的主要课题。
参考文献：
[1]周光德，王坪.克诺尔、法维莱机车制动系统与既有客车电空制动系统接口分析[J].铁道车辆，2013，51（3）：27-30.
[2]张春辉.克诺尔集团液压制动产品跨文化营销实例分析与研究[J].商，2015，（7）：117-117.
[3]开启智能化时代 打造全球化品牌——山东派克诺尔机器有限公司[J].门窗，2014，（10）：1-4.
摘要：由于地铁交通站间距短、客流量不稳定、通常要穿过人口密集区域等，地铁列车的制动系统会被反复开启。空气制动作为地铁列车制动体系的重要组成部分，通过车轮踏面与闸瓦（或制动夹钳与制动盘）摩擦后将列车动能转换为热能并最终耗散于大气，能够在电制动不足或特殊情况下为列车提供部分或全部制动力，最终实现列车减速的目的。本文将从风源设备、基础制动装置、气笛装置、空气悬挂装置以及制动施加、防滑控制等8个方面对苏州1号线采用的克诺尔空气制动方案的进行原理解析。
关键词：克诺尔；空气制动；原理；解析
一、克诺尔制动系统简述
克诺尔制动控制系统通过EP2002网关阀和EP2002智能阀形成分散式制动控制网络，分别安装在它们所控制的转向架上，网关阀与智能阀通过一根专用的CAN总线连接在一起。
EP2002 将制动控制和制动管理电子设备以及常用制动气动阀、紧急制动气动阀和车轮防滑保护装置气动阀都集成到装在各转向架上的机电包中。
智能阀是一个“机电”装置，其中包括一个电子控制段，该电子控制段直接装在一个称为气动阀单元的气动伺服阀上。具有控制作用的网关阀通过CAN 制动总线传达制动要求，每个阀门据此控制着各自转向架上制动调节器内的制动缸压力。本设备通过转向架进行常用制动和紧急制动，同时通过车轴进行车轮防滑保护控制。阀门受软件和硬件的联合控制和监控。
网关阀执行智能阀的所有功能，并将常用制动压力分配至所有装在本地 CAN 网络中的 EP2002 阀门。网关阀也可以提供 EP2002 控制系统与列车控制系统的连接。在 EP2002 系统中，一个网关阀中的制动要求分配功能可以将 SB 制动力要求分配至列车装有的所有制动系统，以达到司机/ATO 要求的制动力。
二、克诺尔空气制动原理解析
（一）空气供给（风源系统）
空气供给设备安装在拖车上（每列车2套），该设备通过贯穿整列车的总风缸（管）给全列车所有的用风设备提供压力空气，主要包括空压机、风缸、压力开关、测试接口、截断塞门等。该空压机为两级压缩，低压级有两个气缸，高压级只有一个气缸，空气由低压缸吸入并由一个干式空气过滤器滤清，送到高压缸进行下一步的压缩。
当检测到主风缸的压力值低于7.5bar并且SIV容量满足一个空气压缩机的启动要求时，VCU输出压缩机启动信号，单个空气压缩机将会启动，直至压力值达到9bar；当主风缸的压力值低于6.8bar并且SIV容量满足两台空气压缩机的启动要求，两台空气压缩机会启动，若此时SIV容量仅满足一台空气压缩机的启动要求，主空气压缩机会启动，当主风缸的压力值达到9bar时，两台空气压缩机都停止。其中主辅空气压缩机的控制按照单双日进行控制。
为了提高系统工作的可靠性，延长设备的使用寿命，空压机产生的压缩空气经过止回阀后通往双塔干燥器与精细滤油器进行处理。供气单元与主风缸之间设置一常通球阀将主风缸与供气单元隔离。除此之外，每辆车设置一个总风缸、空气悬挂风缸和制动风缸，三个风缸的容积均为100L，设计压力为10bar。
（二）常用制动施加
在通常情况下，当列车施加制动时，车辆控制单元将计算经过载荷补偿的整列车的制动力及电制动状态发送给网关阀，网关阀将空气制动力平均分配到每个拖车（包括故障的动车转向架）。当列车速度达到一定速度后后，空气制动取代电制动，实现电空转换。
（三）紧急制动施加/缓解
紧急制动由列车的紧急制动环路失电触发，并最终由空气制动基础装置执行，是通过一个安全回路控制的纯空气制动模式，是列车运行安全导向保证中最重要的环节，因此紧急制动不可逆。列车紧急制动功能采用硬线控制，在制动控制单元上装备了由列车安全环路硬线控制的紧急制动部分.若安全环线断开，列车将产生紧急制动。
图一 紧急制动器在EP2002内的运行
（四）EP2002阀内部气路原理
制动供气风缸压力进入气动阀单元，并被分为两条单独的线。第一条较粗的线将空气供应给一次调节阶段。此阶段主要为中继阀根据控制压力将 BSR 压力下调到一个中间压力，并在称重电子装置硬件的控制之下经过了EP阀的调节；控制压力通过二次调节器后被限制在一定的范围以内，该数值即为能够在一次调节器输出情况下提供满载紧急制动压力的数值，这就保证了制动缸不会供给一个大于紧满载紧急制动压力值。
图二 EP阀控制电子装置运行图
压力空气经过一次调节器后，分别供给轴 1 和轴 2。每路供气都通过EP 阀之后进入制动缸。在紧急制动情况下，这些 EP阀处于非启动状态。紧急制动缓解时，VCU输出缓解命令给网关阀，网关阀在紧急制动缓解后，并且零速、制动指令有效时，施加保持制动。
（五）停放制动施加/缓解
停放制动力应能使一列4编组的列车在AW3载荷下停放在3.5‰的坡道上，停放制动可通过按压司机台上的“停放制动施加/缓解”按钮施加或缓解。停放制动为弹簧储能施加，且由弹簧弹力生成的停放制动力不受时间流逝的影响，可以满足列车长期断电停放的需求。
除此之外，当列车总风压力不足时，因停放制动缸内压缩空气压力无法克服弹簧弹力，因此停放制动将会自动施加，而缓解时则需要通过拉动停放制动缓解拉绳来缓解。
（六）防滑管控（WSP系统）
苏州一号线所有车辆上都装有空气制动防滑系统，该系统的检测和实施都是按照“轴控”的方式进行的。防滑保护控制单元与排气阀集成在EP2002阀内部，每根车轴都装有速度传感器用来检测车轮速度，该信息被采集后在同一个CAN网区域中的EP2002阀中共享，此时如果检测到单个车轴减速度过大，或车轴与车轴之间存在速差，系统都会激活防滑保护功能并且通过制动连接阀将两根轴的制动力分开，进而控制充气阀和排气阀来恢复该轴的黏着状态。
结束语：
空气制动是制动控制系统的有机构成元素。克诺尔空气制动系统由于其构成特色以及气路原理等优点，在未来一段时间内仍然是地铁空气制动领域的主要课题。
参考文献：
[1]周光德，王坪.克诺尔、法维莱机车制动系统与既有客车电空制动系统接口分析[J].铁道车辆，2013，51（3）：27-30.
[2]张春辉.克诺尔集团液压制动产品跨文化营销实例分析与研究[J].商，2015，（7）：117-117.
[3]开启智能化时代 打造全球化品牌——山东派克诺尔机器有限公司[J].门窗，2014，（10）：1-4.