地铁列车培训教材.docx
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地铁列车培训教材
培训教材
一、概述
北京地铁5号线每列车由固定的6辆车编组而成，包括3节动车和3节拖车。
编组形式：
+Tc-M-T-M-M-Tc+（Tc：
带驾驶室的拖车）如下图所示。
1节动车和1节拖车构成车辆的一个基本单元（1M1T单元）
每辆车都配备了：
a）1套KBGM型直接作用式和负载控制式电-空（EP）空气制动系统。
该制动系统的制动力大小可以调节，由驾驶员通过驾驶室内的主控制器（不在Knorr公司供应范围之内）对该制动系统进行数字式控制。
在正常工作时，每节动车都采用摩擦制动和电动（ED）制动相混合的制动方法；
b）每节车都用弹簧制动系统作为停放制动。
设计最大速度为80km/h，制动设备包括动车的电制动（ED）和在每个轴上的电-空（EP）摩擦制动（踏面制动）。
用于电-空制动的制动控制设备和用钢框架构成的风源模块被吊装在车下的底架上。
每辆车均设有制动控制模块，在M车上另外单独设有风源模块
二、制动设备分类描述
车辆设备由以下系统组成：
压缩风源（A组）；
带车轮打滑保护控制（B／G组）的空气制动装置；
转向架装置（C组—选配件）；
空气悬挂装置（L组）；
牵车装置（T组）；
连接装置（W组）
1、风源系统
M车上安装了VV120型压缩风源装置。
风源系统的供气量足以满足1节动车和1节拖车的需求。
每台地铁列车（6节车厢）共需要两套这样的压缩风源装置，每套装置由两个主要部件构成：
1台VV120型往复式空气压缩机和1台LTZ015．1H型双气室空气干燥装置。
为了便于安装和维护，这两个部件安装在同一个机架上。
1.1空气压缩机
VV120（A01）型空气压缩机是一种风冷两级活塞式压缩机。
该压缩机由380V（50Hz）三相交流电动机驱动，其排量约为720升／分钟，转速为1450转／分钟。
两套压缩风源装置中的压缩机同时工作。
每台空气压缩机包括两个低压气缸和一个高压气缸。
空气压缩机和空气干燥器安装在同一个支撑机架上。
该机架可用螺栓直接固定在车辆底架上，压缩机和机架之间安装有大量的弹性减振元件。
VVl20型空气压缩机具有往复式压缩机应该具备的许多先进特性，如：
加长型进气喷嘴、粘性连接的冷却风扇、电动机与压缩机之间的柔性连接和钢丝绳隔振器等，所有这些特性都使得压缩机的噪声控制在一个尽可能低的水平，离该压缩机4.6米处的噪声为64分贝。
空气压缩机的进气口装有空气滤清器，压缩机通过该滤清器吸入空气。
吸入的空气首先要进行第一级压缩，然后流过中间冷却器，紧接着再进行第二级压缩。
经过了两级压缩的空气随后流过一个二次冷却器，再通过耐压软管，流到双塔空气干燥装置。
空气压缩装置由压力开关（A06）控制，该压力开关设定的接通压力值为8.0巴，切断压力值为9.0巴。
根据压力开关A06的电信号对主电动接触器（非KnorrBremse公司供应）进行控制。
1.2空气干燥器
经过了两级压缩的空气在管道中继续流动，一直流到LTZ015．1H型双塔空气干燥器。
该干燥器的一个气室用于对流动着的压缩空气进行干燥处理，另一个气室则用于通过主风缸反馈来的洁净空气进行干燥剂再生。
由干燥器中的电子定时器同时对两个气室内的空气干燥和干燥剂再生进行控制，该控制只是在压缩机工作时起作用，这就保证了压缩机的两个气室能够得到均衡使用。
该双塔空气干燥器可以将压缩空气的相对湿度降低到35％以下，由于在这样的相对温度条件下不可能产生腐蚀破坏，因此延长了风缸、空气管道和制动控制装置的使用寿命。
此外，该型干燥器带有加热功能，在外温度低于5℃时会自动接通电源给干燥器加热，以避免在低温下干燥器的出口结冰。
1.3主风缸
干燥处理后的压缩空气储存在主风缸MR（A03）中，为了避免过高的空气压力，风缸内设有安全阀（A02）。
主风缸中的空气压力可以用压力表（B18）测量。
每个主风缸（A03）中都设有一个排水塞门（A04）。
2、空气制动装置
2.1微机制动控制与车轮打滑保护控制（WSP）
KBGM-P型（B05）微机电子制动控制装置（EBCU）提供了与牵引控制装置的接口。
牵引控制装置将电制动的实际信号传递给EBCU装置，由EBCU对制动装置的制动力进行混合、载荷补偿和冲动限制等处理。
每个EBCU装置将制动所需要的总制动力和再生制动的实际制动力进行比较，如果实际制动力小于制动所需要的总制动力，就需要同时使用摩擦制动来增大总制动力，以完全满足实际制动需要。
摩擦制动需要的制动力大小由KBGM-P型（B05）EBCU装置的CPU根据输入信号生成，并被传递到EP制动控制装置（B06）内的EP阀（B06.A）。
由电—空模拟转换器（B06.A）将需要的制动力大小转换成相应的预控制压力Cv，位于EP阀（B06.A）上的一个压力传感器为该预控制压力Cv提供了一个闭环反馈电路。
车轮打滑保护装置由位于每节车厢的微机车轮打滑电子控制器和对单轴分别进行控制的的防滑阀组成，该电子控制器集成在KBGM-P型（B05／G01）电子制动与车轮打滑控制装置EBCU之中。
只有在常用制动时，符合技术要求的摩擦制动车轮打滑保护系统才能发挥作用。
由安装在每根车轴上的速度传感器采集车轮的实际速度，并将该速度信号传递到电子制动控制装置（EBCU，B05／G01）的CPU之中。
根据车轮实际减速度大小和由CPU计算出的减速度与速度标准，可驱动防滑阀（G02）减小摩擦制动装置的制动力。
当检测到某根车轴的打滑程度超过了规定的打滑极限时，系统会启动相应的防滑阀来控制制动气缸的压力。
采用双磁铁防滑阀的好处在于它能够以较低的空气消耗量实现最小的制动距离。
当防滑阀处于启动状态的时间比预设时间（通常在5到7秒之间）长时，摩擦制动会较长时间处于缓解状态，此时制动需采用安全电路。
为便于在调试或维护期间直接检测ECU装置，该装置还设有4位字母数字显示、4个功能键和1个与PC机连接的RS232串行接口。
可以通过PC机对测试进行初始设置，对实际运行中的事件进行监测，或者对储存的所有故障数据进行分析。
KBGM-P电子控制装置可以通过多种协议（如：
RS485、Lombus和FIP等）与TMS（车辆监测系统）进行通信，5号线技术方案中采用的是RS485协议。
可通过破坏列车电气安全回路的连续性实施紧急制动。
2.2制动控制装置
制动控制装置（B06.M，B06.T）采用模块化设计方法，所有部件都安装在一块多孔板上。
采用这种设计方法的主要目的是为了便于装置的维护。
例如，该装置可以很方便地从车厢上卸下并进行更换，这样在对该装置进行维护检查或大修时车厢的可用性不会受到太大影响。
该多孔板有一个盒状板盖。
2.3EP制动控制
常用制动
主风缸管道中的压缩空气通过空气滤清器（B01）、单向阀（B03）和截断塞门（B02）流入制动供给风缸（B04）中，由制动供给风缸（B04）向EP制动控制装置（B06.M／B06.T）供风。
根据由电子控制装置KBGM-P（B05）为中继阀KR6AA（B06.D）生成的所需摩擦制动力信号，由EP制动控制装置中的EP阀（B06.A）按比例生成所需的预控制压力。
与制动供给风缸直接连接的中继阀KR6AA（B06.D）具有很高的供气能力，无论是在常用制动情况下，还是在紧急制动情况下，它都能向空气制动气缸供风。
向模拟转换器中输入的电信号可以根据所需摩擦制动力占所需总制动力的比例来进行载荷调整和冲动限制，以满足总的制动力需要。
在常用制动模式下，模拟转换器的预控制压力必须经过紧急电磁阀（B06.E）和空重车调整阀（B06.F）。
在紧急制动模式下，紧急电磁阀失电，使制动供给风缸中的压缩空气直接流过空重车调整阀和中继阀。
紧急电磁阀与电子紧急制动系统（列车线紧急电路：
Knorr公司不提供）直接连接。
空重车调整阀监测与空气悬挂装置中负重压力有关的预控制压力，并在紧急制动时对该压力进行限制。
紧急制动：
当列车线回路的连续性被破坏时，就会出现紧急制动。
该回路包括一系列重要的电气装置，如：
驾驶室内的司机警惕（死人）装置、供乘客使用的紧急装置（如已安装）、主风缸低压调节器（A19）等，并由该回路为紧急电磁阀（B06.E）供电。
断开此安全回路会导致紧急电磁阀（B06.E）失电，并使主风缸的压缩空气绕过模拟转换器而直接对KR6AA中继阀进行操作。
于是，通过空重车调整阀（B06.F），产生了与载荷成比例的紧急制动所需的制动缸压力。
主风缸管道中安装了压力调节器（A19），这是为了能够在主风缸的压力低于某个预定值时，通过破坏列车线紧急回路连续性来启动紧急制动功能。
与常用制动相比，启动紧急制动后，各个转向架上的制动缸会具有更高的空气压力。
2.4停放制动采用弹簧制动系统
除空气制动系统外，还提供了用作停放制动的弹簧制动系统。
弹簧式制动缸是PEC7踏面制动装置（C03）的一个组成部分。
每根车轴都有一个停放制动用的踏面制动装置（选配件）。
在正常工作条件下，该弹簧制动缸处于缓解状态，也就是说，主风缸的空气压力通过电磁阀（B11）、双单向阀（B12）和截断塞门（B20）作用在这部分制动装置上。
如需启动弹簧制动缸，即实施停放制动，就得使电磁阀失电（B11）。
停放制动电磁阀（B11）失电会将缓解管中的压缩空气排放到弹簧制动缸，从而使弹簧产生制动力。
需要有一个列车电路回路来同时启动列车上所有的弹簧制动缸。
为了防止正常的空气制动力和弹簧制动力出现叠加现象并进而导致制动力过大或间隙调整器／夹钳的过载，两套制动系统通过双单向阀（B12）连接。
在已经使用了空气制动的情况下，弹簧制动力会根据总制动力要求被控制在一个适当的水平。
如果没有使用空气制动，那么弹簧制动力就会得到完全启用。
可以通过压力开关（B13）来监测弹簧制动的工作状态。
当停放制动缓解制动压力时，压力调节器会向驾驶室或监测系统显示停放制动缓解情况。
当所有驾驶室不工作时，脉冲阀会自动失电并因而启动弹簧制动系统。
这样在列车调头时，列车所有车辆均处于制动状态。
如果没有压缩空气来缓解停放制动，可以用位于停放制动装置顶部的手动T字形缓解机构缓解停放制动。
3、转向架装置
本方案中的制动装置包括每根车轴上的一个弹簧式（C03）气动踏面制动装置和一个非弹簧式（C01）气动踏面制动。
弹簧式装置（C03）的气动踏面制动主要是用作停放制动传动装置，且每一个停放制动装置的顶部都设有一个机械式手动丁字形缓解机构（C03），该机械式缓解机构每次使用后都会自动复位。
4、空气悬挂系统
每节车都配备了空气弹簧悬挂系统。
空气弹簧的压力和车身悬升高度由各转向架上的高度控制阀（L06）控制。
主风缸管道通过截断塞门（L01）、线上过滤器（L02）和单向阀（L03）向制动系统提供空气压力。
每个转向架上装有两个空气弹簧。
由截断塞门（L01）切断向每节车空气悬挂系统的供风。
系统根据车辆的载重情况提供相应的空气弹簧压力。
压差阀（L07）的作用是保持两个气囊中的空气弹簧压力差不大于1.5巴。
每节车装有一个平均阀（L08），该平均阀为安装在BCU（制动控制装置）（B06.F）上的限压阀提供车辆载荷信号。
5、牵车装置（T组）
每节Tc车装有一个压力传感器（T01），用于读取牵引车辆的制动管道压力，并将该制动管道压力转换成相应的北京地铁5号线列车的制动气缸压力。
注：
为保证制动系统正常工作，北京地铁5号线列车的制动系统在牵车期间需要提供电源。
6、连接装置（W组）
连接设备包括软管连接（W25.2）和截断塞门（W27）通过截断塞门（W27），每节车的主风缸设备管道都能被有效隔离。
另外，Tc车上还包括一个用于自动车钩解钩的电磁阀（W01）、截断塞门（W03）和软管连接。
三、功能要求
1A-风源设备
两套吊装在底架上的风源模块（A01）用来给全列6辆车提供压缩空气。
该风源安装在M车上。
空压机和干燥器集成安装在一个构架模块上。
空压机的启停受电子制动控制单元（B05）监控。
电子制动控制单元监控主风管回路上的压力传感器（A06）传来的模拟信号。
依据从压力传感器传来的这个电子信号进行空压机的控制，电子制动控制单元控制空压机电机回路上的接触器，来控制空压机的启停。
两个安全阀用来保护风源的设备，避免超出工作压力。
安全阀（A02）用来保护空气系统的设备，避免超出工作压力，例如由外部的热量（火靠近风缸）产生的压力升高。
测试接头（A05）允许从其外部检查压力传感器，并隔绝或测量真实的系统压力。
为了使空气系统适应环境温度和湿度的要求，系统提供了一个LTZ-015.1H型干燥器可很好地起到这一作用。
每辆车的空气供应单元均设有一个容量为150升的主风缸（A03），这个主风缸装有排水阀（A04）。
1.1.空压机管理
在这个项目中，利用装在M车上的继电器接触器来控制空压机，而继电器接触器则受控于在2车和5车上的空压机管理软件。
在这个软件中定义了两个压力界限，并依据主风的真实压力来判断是运行一台个或两台空压机。
在大多数情况下运行一台空压机即可。
该空压机称为主空压机。
为了避免由于这样的工作方式使得一台空压机变热变干，主空压机的定义必须可被改变。
以往通常是在终点改变牵引方向时，进行这种定义的改变。
在本项目中，抵达终点需要大约45分钟，在此情况下空压机还没有机会变热变干。
根据此情况，本项目将改变主空压机定义设定为一天一变，为做到
这点，需要由BCE读取从TMS传来的日期/时间信息来进行判断。
2B-制动控制设备w/oDBV设备
摩擦制动系统是单管模拟摩擦制动系统，并带有用于空气制动应用的电-空控制。
制动控制和防滑保护系统均由微处理器进行控制。
系统还包括一个独立的紧急制动装置，以及显示装置、由防滑系统控制的防滑阀和在停放制动施加时的辅助缓解装置。
2.1制动系统操作
从风源出来的压缩空气经由贯穿全列的主风管提供给全列。
该主风管的连接通过截断塞门（W27）和软管（W25.2）进行连接。
由于主风管贯穿全列，因此当一台空压机不起作用时，允许从邻近的空气风缸供风。
主风管为下列系统供风：
制动系统
空气悬挂设备
此外，它还给防滑阀（G02）以及制动控制单元（B06）供风，止回阀（B03）阻止制动供应风缸（B04）的风流向主风管。
主风管也通过支管给辅助空气设备供风，如在司机室内的风表（B18）。
从制动供应风缸（B04）出来的压缩空气为制动控制单元（B06）供风，并进入EP转换单元，产生与摩擦制动需求信号成比例的预-控制压力Cv。
这个信号经由微处理器电子控制单元（B05）进行处理。
这个输入信号传给EP转换器，带有载荷修正和冲动限制功能，并与总的制动需求中的摩擦制动需求相对应。
制动控制单元（B06）是一个标准设计，所有的组件均安装在一块印刷电路板上。
这样设计的目的是印刷电路板可很容易地从车辆上拆下并替换。
方便了维护检查和大修，而不影响车辆的正常运用。
主风管经由过滤器（B01）和止回阀（B03）向制动供应风缸（B04）供风，利用截断塞门可将制动控制单元（B02）隔离。
预控制压力Cv由EP转换单元（B06.A）产生，经由一个紧急电磁阀（B06.E）、压力限制（空重车调整）阀（B06.F）给中继阀（B06.D）供风，最终供应或排掉制动缸的压缩空气。
压力限制（空重车调整）阀（B06.F）有以下功能：
连续监测与实际重量相对应的预控制压力。
在紧急制动应用期间，通过预控制压力执行冲动限制，
从压力限制（空重车调整）阀来的预控制压力控制中继阀，并且由于其与制动供应风缸（B04）直接相连，所以有很快的响应能力。
在正常操作条件下，紧急制动电磁阀（B06.E）常时带电并允许模拟转换器（B06.A）和中继阀（B06.D）相连（在常用制动条件下）。
在制动缸压力被排掉或者施加了制动时，利用压力传感器（B25）监测制动缸的压力。
空气制动系统按照建议的方案进行配置，制动需求指令由司机操作手柄发出，该指令通过PWM列车线传递给制动设备。
摩擦制动信号由微处理器电子控制单元KBGM-P（B05）产生，并在电制动失效或在电制动不足时进行调整，以达到满足最终停车所需的摩擦制动力水平。
电制动反馈信号（on/off）传到摩擦制动电子控制单元KBGM-P（B05），然后依靠需求信号依次产生制动缸压力。
在空气制动系统，制动缸压力随着制动级别的提升而增高。
紧急制动功能可由司机按下紧急制动按钮来实现，并有安全连锁功能。
如果紧急制动被应用，则紧急制动环路被紧急制动继电器断开。
制动设备接收制动需求信号、电制动有效信号、载荷信号。
这些信号均由电子控制单元KBGM-P（B05）在内部进行处理。
2.2电-空制动控制单元
电-空制动控制单元（B06）用来转换电子单元（B05）所发的摩擦制动指令，转换成与指令成比例的制动缸压力。
电-空转换部分（EP-转换器B06.A）首先将电子需求信号转换为一个预控制压力，然后通过一个闭环的控制最终产生与需求信号相对应的制动压力。
这个控制环路包括一个应用/缓解电磁阀、一个压力传感器和一个调整装置，该调整装置用来控制两个电磁阀，以调整需求指令和实际压力值之间差异。
通过控制与预控制压力转换信号相关的应用/缓解电磁阀，电子控制单元保持对制动缸压力不断的控制。
2.3制动需求信号
从司机控制手柄或ATO发出的制动需求值是一个模拟值得，它是一个PWM信号，PWM的参数如下：
f=400Hz,-0%,+10%
UHigh=24V,+25%,-30%,ULow<=5V
信号品质定义DIN-Norm43218
PWM的有效范围如下图所示：
PWM管理信号如下表：
序
号
牵引列车线
制动列车线
PWM（%）
VVVF
状况
EBCU
状态
EBCU
故障信息
1
0
0
45.1–57.5
惰行
惰行
---
2
0
0
57.6–86
惰行
无制动
PWM输出范围
3
0
0
7.5–45
惰行
无制动
主要故障
4
0
0
0–7.4
86.1–100
惰行
无制动
主要故障
5
0
1
45.1–57.5
惰行
制动
PWM输出范围
6
0
1
57.6–86
惰行
制动
PWM输出范围
7
0
1
7.5–45
制动
制动
---
8
0
1
0–7.4
86.1–100
惰行
制动
主要故障
9
1
0
45.1–57.5
惰行
无制动
PWM输出范围
10
1
0
57.6–86
牵引
无制动
---
11
1
0
7.5–45
惰行
无制动
主要故障
12
1
0
0–7.4
86.1–100
惰行
无制动
主要故障
13
1
1
45.1–57.5
惰行
无制动
主要故障
14
1
1
57.6–86
惰行
无制动
主要故障
15
1
1
7.5–45
惰行
制动
主要故障
16
1
1
0–7.4
86.1–100
惰行
无制动
主要故障
2.4制动力不足检测
为保证能得到所需的制动力，设置了一个检查运算法则。
该运算法则用来检验Cv压力和BC压力之间的区别。
如果这个差值在规定的范围（P_DELTA_APPLY和T_DELTA_APPLY）外，则会通过TMS显示BCE故障，并打开“主要故障”接触器。
2.5制动模式
2.5.1常用制动
常用制动通常由电制动独自来实现，在载荷较重，速度较高或者是网压不足以满足电制动的要求，则应用空电混合制动。
为了防止在制动的初始阶段制动力过大，Hitachi在接受初始制动需求信号之前，应用一个模拟阀用于ActEdBrakeEffort。
这个阀的作用是当电制动力下降时，防止电空制动的应用。
2.5.1.1常用制动的混合概念
与摩擦制动相比，混合制动时优先选用电制动。
因此混合制动的执行是以两辆车为一个基础单元（Tc/T-M/M’），在M/M’车上的电子单元（B05）是主控单元，由它分配拖车所需的摩擦制动力。
为实现这一功能，在M/M’车上的电子单元（B05）接收在T/Tc上的电子单元（B05）传来的车载模拟信号。
而牵引单元则接收从M/M’或T/Tc传来的总的载荷模拟信号，从而计算所需的制动力，此外它还在动车应用电制动。
依据这些信号，拖车的电子单元（B05）计算所分配到的所需的摩擦制动力。
分配的摩擦制动力的原则描述如下：
R5.2.3.5
首先，尽最大可能应用电制动
/1/4.4.1.4
R5.2.3.6
其次由Tc/T车的摩擦制动来补充所需剩余的制动力。
/1/3.3.8
R5.2.3.7
如果拖车的摩擦制动还不能满足总的制动力需求，则剩余的的制动力由动车的摩擦制动来补充。
/1/3.3.8
2.5.1.2补充模式
如果在M车上的主控电子单元（B05）出现故障，则拖车上的电子单元（B05）依据PWM列车线的制动指令要求和本车的载荷信号自行计算本车所需的摩擦制动力。
2.5.2紧急制动
如果紧急制动环线被断开，则紧急制动电磁阀失电，产生有载荷补偿作用的紧急制动压力。
同时，通过ECU一个备份的模拟转换器也产生紧急制动作用，其通过打开压力上升（PressureUp）阀，产生压力并受限于压力限制阀，并且应用这个压力没有冲动限制。
因此万一紧急制动阀失效，则这个模拟转换器依然能确保紧急制动得到应用。
经由电制动切除（EdBrakeCutOut）继电器，电制动被切除。
2.5.3快速制动
快速制动模式与常用制动相同，但制动减速率与紧急制动相同。
这意味着指令信号与常用制动相同，但经由列车线额外增加一个快速制动信号要求，并且在快速制动模式下电制动依然有效。
2.5.4停车制动
在较低速度时，电-空制动替代电制动。
电制动逐步减小，电-空制动建立与电制动相同的值。
由于空走时间tT的原因，电-空制动的建立比较迟缓。
这就是牵引系统在准备撤消电制动之前tT秒要发出撤消电制动信号的原因。
在牵引模式和惰行模式下，是没有停车制动应用的。
列车是不能自动停下来的，需要司机或ATO给出适当的制动指令。
当调试时，Hitachi需要调整合适的ActEdBrakeEffort信号，以保证减速力的产生没有间隙，并能补偿由于电-空制动的延迟响应。
2.5.5保持制动
R2.3.10
如果BCE收到任何制动信号，并且列车比V_HB_APPLY信号慢，则保持制动得到应用。
所得到的制动力为保持制动的值与司机或ATO制动指令之间的最大值。
如果R2.3.10中的要求得到充分满足，则BCE的SW产生保持制动，保持制动是一个内部制动指令HB_BRAKE_DEMAND，其值为最大常用制动的70%。
如果由主司控器穿来的制动级别较高，则此时的保持制动力由主司控器穿来的高级别制动指令代替。
为了缓解保持制动，用一根硬线信号‘HoldingBrakeRelease’与BCE相连。
当同时满足牵引状态、速度要求和牵引扭距要求时，该信号有效。
BCE与牵引信号一起联合检查这个信号，并且在牵引状态和保持制动缓解两个条件同时成立时重新设定保持制动。
此外，如果速度在V_HB_RELEASE信号以上时，保持制动单独重新设定。
保持制动的缓解受冲动斜率的限制。
2.5.6停放制动
停放制动指示信号（‘ParkB
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