广州地铁APM列车制动机理分析

(广州地下铁道总公司，广东 广 州 5 10385)

广州市珠江新城旅客自动运输系统（APM）列车是美国庞巴迪公司生产的CX100车型列车，采用全自动无人驾驶控制模式。APM列车没有单独司机室，其牵引、制动等子系统均无独立的控制单元，全部控制由车载ATC系统及区域ATC系统来完成。列车控制系统车载ATC控制所有车载的安全和非安全的操作，其由车载ATP和车载ATO组成。车载ATP主要负责列车安全方面的功能：与区域ATP通信，确认列车的具体位置，保护列车行进，车门允许动作使能，监控系统安全和自我诊断；车载ATO主要负责列车非安全方面的功能：与区域ATO和车载ATP通信，控制列车行进，与牵引制动控制接口，操作车门动作，乘客信息控制，与ORS通信，接触屏终端接口和自我诊断等。

APM列车的制动方式包括动态制动、摩擦制动两种。动态制动[1~2]又称电制动，是列车上的主要制动形式；摩擦制动[3~4]又称气制动，是动态制动的补充。气制动又分为紧急制动和常用制动两种，二者最终控制的制动机构是相同的，都是摩擦制动闸瓦机构。但二者的控制原理完全不同，施加与否也各自独立。在自动模式下，当列车速度大于10 km/h时，系统投入动态制动；在自动模式下，当列车速度小于10 km/h时，系统投入摩擦制动，在手动模式下列车的制动方式为摩擦制动；当列车在紧急状况或在维修区时会施加紧急制动。其中紧急制动又被称为弹簧制动或停车制动。

1 动态制动

图1所示是APM电客车的动态制动的电路原理图。当动态制动时，BS接触器会闭合，同时LS接触器和牵引整流接触器PRC会保持断开。制动电阻变压器会在中央抽头供应一个47V交流电到TH4-TH5晶闸管控制电路，晶闸管控制电路输出0至21伏的直流电来控制电机励磁。此时电机励磁电流从F2流向F1(与牵引时反向)电机电枢的极性反转，并作为一个直流发电机运行。动态制动二极管为正向偏置，使电流流过制动电阻器，将车辆动能转化为热能。

图1 APM电客车动态制动电路

2 摩擦制动

2.1 常用制动

APM列车摩擦制动装置原理如图2所示。该摩擦制动装置可分为三大部分：弹簧制动室、常用制动室和制动器。

弹簧制动装置使用压缩空气挤压制动室中的弹簧，使得弹簧制动得以缓解。当压缩空气不足或故障安全紧急阀门（即FSE电磁阀）未启用时，制动室内的弹簧会启动弹簧制动。启用紧急弹簧制动是不可撤消的操作，也不允许对制动操作进行改动。除了压缩空气外，也可用图中最左端的螺栓组件机械释放弹簧制动。手动拧紧螺母的过程即是压缩弹簧的过程，起到和充入压缩空气一样的效果。

图2 APM电客车摩擦制动装示意图

常用制动室则是充气施加，放气缓解，同弹簧制动相反。无论是弹簧制动还是常用制动，其最终效果都是推动图正中的杆件发生向右的轴向移动，从而使楔形块挤压闸瓦机构发生动作（动作方向如图中右侧两个箭头方向）。闸瓦动作后和轮毂贴合摩擦，起到制动的效果。

气制动系统为摩擦制动器提供压缩空气。APM车辆的气制动系统包括空气压缩机、空气控制设备、辅助释放设备、两套制动控制设备（前后转向架各一套）、常用制动室、故障-安全制动室、摩擦制动器及相关气路管道。

空气压缩机及其驱动电机作为一个单独装置安装在底架隔振器上悬挂的机架上。该安装方法隔离了压缩机，从而防止将压缩机的振动传至车辆上。一台3马力电机通过双V形皮带带动二级活塞式压缩机。压缩机吸入空气，压缩至155 PSI的压力，并保存在两个存储器中，当压力降至120 PSI以下时，CSO压力开关启动电机工作，当压力达到155 PSI时，即关闭电机。

当压缩机运行时，排气阀关闭，来自压缩机的热空气将通过内置过滤器进入干燥器。空气在压力下经过干燥剂处理，进入空气干燥器室的上部，最后进入主储气罐。空气干燥器包括一个压力室，在压力室内一个更换方便的盒子内装有干燥剂。空气干燥器底部装有排气阀，便于排出装置内的空气。当压缩机运行时，排气阀关闭，来自压缩机的热空气将通过内置过滤器进入干燥器。空气在压力下经过干燥剂处理，进入空气干燥器室的上部，最后进入主风缸。

来自干燥器的空气将通过两个主风缸，这两个风缸为串行连接，安装在空气控制设备的背后。空气干燥器与第一个主风缸之间装有止回阀，可防止主风缸通过干燥器排气阀排出空气。第一个风缸装有卸压阀，第二个风缸可将压缩空气分别送往空气弹簧、两套制动控制设备、辅助释放设备、故障安全紧急制动系统及换向器。

空气控制设备也装有阀门及压力开关，可调节各项功能的气压。例如当主风缸压力低于95 PSI时，MRP(主风缸压力开关)动作，向ATC和手动控制器显示屏发出“主风缸压力低”报警信息，同时列车无法自动解钩；当弹簧制动气路气压低于65 PSI时，PBR(停车制动释放压力开关)向ATC发送“弹簧制动施加”报警信息，同时手动控制器的弹簧制动缓解灯熄灭。空气控制设备装有两个故障安全应急阀门（FSE1和FSE2），以便在单个部件出现故障时紧急备用。FSE为三向电磁控制阀。当BIR（制动插入式继电器盒）为该电磁阀加电时，该阀门让空气进入，保持紧急制动停用状态。当FSE断电时，该阀门会排出FSE内的空气，启用紧急制动。因此，无论是缺少电力或气压（保持紧急制动停用需要的条件），均会启用紧急制动。

空气控制设备也装有两个快速释放阀QRV，QRV是为紧急制动专门服务的，受FSE控制。当FSE失电时，会使得QRV快速释放弹簧制动室中的空气，使紧急制动施加。在QRV输出端口之间使用了止回阀，因此在加压期间，阀门以串联形式工作，在排气时以并联形式工作。

辅助释放设备装有一个储气罐，在正常供气中断情况下可提供取消紧急制动的备用气源。该储备气源通过双止回阀作用于制动系统。双止回阀允许通过车辆底下的手控阀或手动控制器来人工操控储备气源。

空气常用制动的动力来自压缩机/储气系统，该系统由各轴制动控制设备上的比例气阀（PAV）控制。而PAV则由自动列车控制系统ATC控制。ATC会向PAV发出信号，告知PAV停车需要多大气压。PAV可用作中继阀（威廉阀）的控制阀，中继阀可按要求启用或释放摩擦制动器。制动系统使用安装在中继阀输出上的压力传感器（与阀门电路相连），通过闭合回路反馈保持精确控制。来自阀门的模拟输出信号将反馈给ATC，以监控常用制动压力。该阀门的电源电压为24 V直流电，指令信号为0.7至10.7 V直流电压信号对应的压力0-100 PSI。指令信号或压力请求均来自制动牵引板。反馈信号来自压力传感器为0至10V直流模拟信号，对应的压力0~100 PSI。

2.2 紧急制动

紧急制动系统是一套故障安全系统，电气或气动故障（或ATC检测到的其它不安全情况）会启用紧急制动。车上有一条紧急列车线，这条线把24V电供给BIR(制动插入式继电器)，BIR则在得电时供电给2个FSE（故障安全紧急电磁阀），而当任意一个FSE失电时，紧急制动施加。换言之，正常运行时紧急制动缓解的必要条件是紧急列车线得电。这条列车线上串联了3个紧急制动按钮的共6组触点、列车端位选择开关（即YES/NO选择开关）的触点、触停继电器的触点、ATC控制的触点等，当有任意触点的动作导致列车线无法供电给BIR时，紧急制动就会施加。

3 结束语

广州市珠江新城旅客自动运输系统（APM）自从2010年11月8日正式运营至今制动系统总体来说是比较稳定，主要发现两种常见故障：

第一种：常用制动室内壁粗糙，在常用制动反复施加的过程中将密封橡胶圈磨破，导致漏气，将橡胶密封圈更换，同时将常用制动室内壁打磨光滑后，故障消除。

第二种：因为空压机安全阀松动漏气，导致空压机无法打气至正常值，压缩机电机频繁启动最终导致过热保护装置跳闸，重新紧固安全阀后不再漏气，空压机工作恢复正常。以上两种故障都是制动装置的元器件的品质或安装品质造成，APM电客车的制动系统的功能是比较成熟、可靠的，其能实现电气指令制动控制系统协调空气制动，最终实现其制动功能。

[1]李明诚.空调压缩机的控制原理及维修要点[J].汽车维修与保养，2012，(5):64-66.

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