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小型磁悬浮列车液压制动系统设计与仿真分析

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张显锋段姹莉徐佳新李浩郭斌

摘??要：液壓制动系统性能关乎磁悬浮列车的行车安全，是评价列车行驶质量的重要指标之一。开展小型磁悬浮列车液压制动系统研究，以总体技术参数为基准，结合Q/CRRCJ1060-2020等行业标准，围绕制动系统设计目标，确定制动系统的功能及配置，设计液压制动系统原理图，完成液压制动系统功能规划、关键制动参数理论计算。通过AMEsim对设计的液压制动系统开展仿真分析。结果表明：1）蓄能器充液时间与理论计算误差小于1%;2）紧急制动蓄能器储液能够实施3次紧急制动，高于行业标准要求的2次;3）当紧急制动电磁阀节流孔直径大于4mm时，紧急制动响应时间为0.5s，低于业内普遍要求的1s;4）当常用制动电磁阀节流孔直径大于1.6mm时，在电控系统的干预下，既能满足常用制动减速度要求，又能将常用制动冲击率控制在合理的范围内。

关键词：磁悬浮列车;液压制动系统;仿真分析;响应时间;蓄能器充液

引言

与传统的轮轨列车相比，磁悬浮列车具有噪声低、能耗小、安全舒适、造价成本低、爬坡能力强、转弯半径小、易实现高速行驶等优点，受到国内外的青睐[1-2]。目前，无论是高速磁悬浮列车，还是中低速磁悬浮列车，都在向小型化、定制化方向发展。同时，液压制动系统性能也直接关乎磁悬浮列车的行车安全，是评价列车行驶质量的重要指标之一[3]。因此，依托小型磁悬浮列车平台，对小型磁悬浮列车的液压制动系统进行设计与分析，显得尤为迫切。

近年来，一批科研机构和企事业单位对磁悬浮列车制动系统，尤其是液压制动系统进行了大量研究，取得了丰厚的成果。例如，刘泉等[2]、蒋廉华等[3]针对中低速磁悬浮列车制动控制系统进行了较深入的研究;杜慧杰等[4]对磁悬浮列车液压制动系统的响应时间进行了简要的仿真分析。但是，以上文献均未开展较为详尽的理论设计与仿真分析。

在本文中，首先以小型磁悬浮列车的总体技术参数为基准，从制动系统设计目标入手，确定制动系统的功能及配置;然后，设计液压制动系统原理图，规划系统各个部件实现的功能，从而对关键制动参数进行理论计算;最后，通过仿真分析，对理论计算的准确性、可靠性予以佐证。

1?列车总体技术参数与制动系统设计目标

1.1?小型磁悬浮列车总体技术参数

（1）列车最高运行速度：80km/h;

（2）线路最大风速：25m/s;

（3）线路最大坡度：70‰;

（4）编组形式：

其中，Mc1、Mc2—带司机室的端车;M1、M2—不带司机室的中间车;

（5）悬浮架配置：3台/节车;

（6）列车载荷：详见表1。

1.2?制动系统设计目标

在AW0及AW2载荷下，考虑小型磁悬浮列车在平直干燥轨道上，从80km/h的最高运行速度到停车的情况。

（1）制动平均减速度需符合以下要求：

①最大常用制动平均减速度：≥1.1m/s2;

②快速制动平均减速度：≥1.3m/s2;

③紧急制动平均减速度：≥1.3m/s2;

（2）停放制动对AW3载荷的列车安全停放坡度：70‰;

（3）常用制动冲击极限（常用、快速）：≤0.75m/s3;

（4）紧急制动响应时间：t≤1s;

（5）制动器数量：6台/节车;

（6）制动系统数量：1套/节车;

（7）蓄能器储液能力需求：蓄能器处于最小正常工作压力，且液压泵不再工作时，列车至少满足实施2次紧急制动的需求;

（8）液压泵将蓄能器充压至规定最大工作压力的时间：t≤1min。

2?制动系统功能、配置及液压制动系统原理设计

2.1?制动系统功能及配置

小型磁悬浮列车采用电制动、电液制动、滑撬制动相结合的方式实施制动。为了提高列车安全、乘车舒适度和列车停放要求，制动系统包括常用制动、快速制动、紧急制动、保持制动、停放制动等模式。同时，设置了载荷补偿、冲动极限限制等功能。

三大制动方式原理如下：

（1）电制动：牵引电机在列车制动时作为发电机使用，将列车动能转化为电能的制动方式。当电能被反馈至电阻器时，称为电阻制动;当电能被反馈至供电电网时，称为再生制动。

（2）电液制动：电气控制的液压制动。

（3）滑撬制动：列车处于非悬浮状态下滑撬与F型导轨（一种承受磁悬浮列车悬浮力、导向力及牵引力的基础构件，由F型钢和感应板组成）上表面接触产生摩擦力的制动方式。

采用上述制动方式的制动动作如下：

（1）常用制动：调节列车运行速度或使列车在预定地点停车的制动模式。常用制动采用电制动与电液制动混合的制动方式，并优先发挥电制动能力;如果电制动能力不能满足设计要求，则由电液制动补足。常用制动模式具有载荷补偿功能。

（2）快速制动：使列车迅速减速的一种制动模式，除不具有载荷补偿功能外，应与常用制动采用相同控制方式。

（3）停放制动：对静止状