浅析跨坐式单轨车辆用气转液制动夹钳单元的研究

　　单轨交通是指城市中修建的采用电力牵引列车在一条轨道梁上运行的中运量轨道交通系统，根据车辆与轨道之间的位置关系，单轨交通又分为跨坐式单轨交通和悬挂式单轨交通。在国内重庆2号线、3号线以及深圳华侨城的观光单轨都属于跨坐式单轨交通，而德国乌帕塔、东京上野动物园运行的属于悬挂式单轨交通。
　　单轨交通除了在轨道上与地铁以及其他普通铁路不同，单轨交通所使用的车辆以及作为车辆核心部件的转向架结构差别也是非常大。由于转向架的差异，造成用于车辆的制动部件也具有了不同于常用制动单元的独特之处，将重点对跨坐式单轨交通车辆中使用的基础制动夹钳单元进行深入的研究和说明。
　　1单轨用基础制动单元
　　1.1气压转液压(气转液)夹钳单元的需求
　　在常用的轨道交通的制动控制(低地板车除外)系统中，基础制动中的夹钳单元主要运用的是压缩空气推动活塞作用到制动盘上产生制动力，压缩空气的来源是通过车载的空气压缩机提供，而目前处于运行安全考虑，车载的空气压缩机能够提供的最大空气压力约为0.9 1MPa。跨坐式单轨车辆由于轨道采用的单条钢筋混凝土梁轨道且无轮缘限位，所以设置了走行轮、导向轮和稳定轮，由于单轨车辆转向架需要布置众多的橡胶轮胎，再加上车辆的电机、齿轮箱、控制模块、悬挂装置以及管路，造成转向架布置基础制动夹钳单元的空间非常有限，不能像普通地铁车辆一样每个轴上布置2个基础制动夹钳单元，而单轨车辆的基础制动单元只能缩减成一轴一个基础制动夹钳单元。如此一来，在有限的空压机提供的1MPa压缩空气压力下，目前常使用的纯空气基础制动夹钳单元将无法满足单轨车辆制动性能的需求。针对上述转向架的改变，基础制动夹钳单元必须能够提供足够高的压力才能满足车辆的制动需求，由于车载空压机压力上限的局限性，最后采取的方案是通过增压机构将空气压力转化成高压液压油输出到制动夹钳机构，实现车辆的停车制动的要求。
　　1.2结构介绍
　　由于车辆运营工况需求，气转液型制动夹钳单元按照功能分为不带停车制动气转液制动夹钳单元和带停车制动气转液制动夹钳单元(见图2)，两者之间的区别在于带停车制动夹钳单元增加了停放制动缸和远程手动缓解机构，用来满足入库停车和停车制动缓解的功能，其余结构基本一致。在单轨车辆中每辆车的一台转向架上(2轴)安装2套带停放制动夹钳单元，另一台转向架安装2套不带停放制动夹钳单元，就整车而言，带停车的制动夹钳单元和不带停车的制动夹钳单元各占一半，下面将重点介绍带停车制动夹钳单元。
　　1.3原理分析
　　气液转化器部分是整个制动夹钳的核心组成部分，主要是由常用制动部分(A区域)、停放制动部分(B区域)和手动远程缓解和油缸区域(D区域)3部分组成，其中常用制动部分主要完成车辆行驶过程中的7级制动以及紧急制动过程;停放制动主要完成车辆的入库停车或者突发紧急情况的停车制动;手动远程缓解部分主要用于车辆施加停车制动后，车辆需要再次启动进行的操作，一般用于车辆故障停车后需要将车辆拖走进行手动缓解的操作。在车辆运行过程中，需要3部分共同配合完成车辆在行驶过程中的各个制动状态。
　　2气转液夹钳功能模式
　　2.1停放制动模式
　　车辆运营结束后，车辆入库，电气路系统关闭，总风管压缩空气压力丧失，弹簧制动活塞5在储能大弹簧4的作用下，带动活塞杆1向右运动，油口c被关闭，从而推动C区域的液压油运动，然后作用到闸片托活塞7，最终带动闸片8作用到制动盘9上，实现车辆的静态制动。
　　2.2停放缓解模式
　　车辆需要进行上线运营时，车辆电空系统启动，空压机开始运行，总风管的压缩空气通过进气口b进入到停放制动缸中，然后推动弹簧制动活塞5向左运动，直至缓解到限位处，常用制动活塞3在缓解弹簧2的作用下带动活塞杆1向左运动，这时油口c开启，区域C液压缸部分与油箱联通，液压油回流到油箱，随着常用制动活塞3复原到位，闸片托活塞7带动闸片8复原到位，停放制动彻底缓解，同时该过程还实现了弹簧缸的储能和上车前的准备工作。
　　2.3运营制动模式
　　车辆在行驶过程中，车辆需要在进站的过程中施加常用制动，实现车辆的入站停车，具体过程如下：常用制动风管中的压缩空气在接到制动指令后，压缩空气通过进气口a进入到常用制动缸A中，从而推动常用制动活塞3向右运动，同时推动活塞杆1向右运动，这时油口c关闭，液压油在活塞杆1的作用下推动闸片托活塞7做出伸出动作，从而实现闸片8对制动盘9的制动作用，最终实现车辆的停车。
　　2.4手动远程缓解模式
　　车辆停放制动的远程缓解功能主要应用于车辆发生突发的紧急情况后，车辆被拖走时进行的全列车的缓解，以及在日常的检修过程中需要对车辆停放制动的局部缓解使用，具体的作用原理：车辆施加停放制动后，拉动手动远程缓解机构6，该机构通过杠杆作用将油口d强制打开，区域C中的高压液压油通过油口d返回到液压油箱D中，油压被卸载，闸片8在闸片托活塞7的带动下复原到缓解位置，这样停放制动模式被彻底缓解。
　　3试验研究
　　为了深入的研究气转液夹钳单元的各项机械性能，根据车辆运营需求，我们进行了设计性的试验，对气转液夹钳单元的关键特性进行了研究并对数据进行了记录，总结出气转液制动夹钳单元主要关键性试验有灵敏度试验、静态输出力试验(含效率)、制动行程试验以及停放性能试验。
　　3.1灵敏度试验
　　灵敏度是指制动夹钳单元能够克服制动夹钳单元自身内部各项阻力所需的最小空气压力，其试验的实际意义在于车辆在一级制动低气压下，气转液制动夹钳单元所产生的制动力是否能够满足车辆停车制动的需求。由于车辆在运营过程中高速阶段采用电制动，制动夹钳单元参与的多是低气压低速阶段，所以制动夹钳单元的灵敏度至关重要。为了验证制动夹钳单元的灵敏度，将从液压压力P、制动输出力F以及闸片的位移量L3项参数综合对夹钳的灵敏度进行评价。
　　3.2静态输出力试验
　　静态输出力试验是车辆制动非常关键的参数，主要是考察制动夹钳单元在特定的空气压力下是否能够输出足够的油压压力P和制动力F，这样才能保证车辆的制动距离。该试验先计算各级气压下理论的输出油压P和制动力F，并绘制成曲线，然后在相同的气压下进行实际的制动油压和制动力试验，记录试验数据并在表格上绘制成曲线，通过比较理论输出油压、制动力曲线与实际油压、制动力曲线吻合度，确认制动夹钳单元的性能是否满足设计要求。
　　3.3制动行程试验
　　制动行程试验主要是考察制动夹钳单元一次伸长量、一次调整量、缓解间隙以及总伸长量等各项参数，而这几项参数在制动夹钳单元的动态磨耗以及运营工况适当变化时的适应能力，对运营过程的安全起着非常重要的作用。具体体现是：缓解间隙的作用是保证制动夹钳单元在缓解状态下，制动盘与闸片之间有足够的空间防止闸片产生磨耗;一次伸长量的作用是要求在一次极限的制动中能够满足闸片的最大磨耗，保证具有足够的制动力;一次调整量的作用是要求在一次制动磨耗之后，夹钳单元能在下次制动前调整到正常间隙。
　　3.4停放性能试验
　　停放性能试验主要是考察带停放制动夹钳单元的停放制动力和最小缓解压力，停放制动力的作用前面已有说明，不再赘述;而最小缓解压力主要考察在制动系统设计时要求保证在某一个气压下，所有的停放制动能够缓解的能力。
　　停放制动力标准值经过计算车辆在最大坡道和最大风力下，车辆在AW3载重下条件下求得;而最小缓解压力主要是经过计算停放制动输出力在某一压力下，能够克服弹簧停车大弹簧的作用力以及各种零件产生摩擦阻力，缓解间隙恢复到正常间隙即0.4 1.7mm时所需要的最小空气压力。通过表3实测数据可知，制动夹钳单元的停放性能满足设计要求。
　　4结束语
　　气转液制动夹钳单元作为适应跨坐式单轨车辆用独特的基础制动产品，该产品结构相对比较简单，性能安全稳定，空气转液压的增压结构设计巧妙的解决了纯空气压力不能满足车辆制动要求的问题，同时也能够满足车辆在不同的运行工况下的对制动系统的各项要求，使车辆能够安全运营。