某地鐵列車制動系統(tǒng)建模與仿真研究

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1、本文介紹了硏究某地鐵列車制動系統(tǒng)的在各工況下的運行特性，依據(jù)其工作原理和實際結構尺寸，基于AMESim仿真軟件根據(jù)空電轉換閥、緊急閥、空重車閥中繼閥、單元制動器、制動管路和風源系統(tǒng)等的各項參數(shù)搭建制動系統(tǒng)模型,以典型工況為例進行仿真分析,仿真結果驗證了該制動系統(tǒng)模型的正確性和可行性，為系統(tǒng)結構參數(shù)優(yōu)化和控制系統(tǒng)設計奠定了基礎。0引言某地鐵列車制動系統(tǒng)是一種微機控制直通式電空制動系統(tǒng),其制動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)制動力的準確、穩(wěn)定控制、實現(xiàn)列車精確停車、完成各種制動控制功能的關鍵部件。為了驗證制動系統(tǒng)的各項指標是否滿足要求，基于AMESim仿真軟件建

2、立制動系統(tǒng)模型，通過仿真分析，包括部件的動態(tài)響應、靈敏度、制動力等，從而驗證系統(tǒng)的各項指標。這可以減少對試驗的依賴，節(jié)約成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，并對新產(chǎn)品的設計開發(fā)、既有產(chǎn)品的系統(tǒng)故障診斷和性能優(yōu)化具有指導作用。1系統(tǒng)建模1.1仿真原理采用AMESim,基于基本元素的建模理念，將制動系統(tǒng)中制動控制單元、單元制動器等復雜的氣動部件分解為各種不同的基本結構單元，如節(jié)流邊、活塞、容腔、質量塊等,再按照一定的邏輯關系將對應的模塊組合在一起,即可構建響應的部件子模型,將以各子模型綜合起來,即可得到完整的制動系統(tǒng)仿真模型。選取典型工況，如常用制動和緩解

3、、緊急制動和緩解等進行分析，硏究系統(tǒng)的運行特征，如控制靈敏度、制動缸壓力精確度、制動缸輸出力等，以對其驗證。1.2制動系統(tǒng)組成及功能該制動系統(tǒng)主要由制動指令發(fā)生及傳輸系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)（微機控制單元EBCU、制動控制單元、停放控制單元）、防滑控制系統(tǒng)、單元制動器、風源系統(tǒng)、緊急制動閥、風缸、制動管路、塞門和軟管等組成,如圖1所示。制動方式包括常用制動、快速制動、緊急制動、停放制動和保持制動，其中，常用制動、緊急制動和停放制動完全單獨控制。常用制動和快速制動時，優(yōu)先采用動力制動，當動力制動力不能滿足制動力需求時,空氣制動能夠自動補償。緊急制動

4、為純空氣制動，制動系統(tǒng)完成空氣制動作用。制動控制單元（BCU）是制動控制系統(tǒng)的主要部件，它是由空電轉換閥、緊急閥、空重車閥、中繼閥和其它相關功能附件組成。制動控制單元和EBCU組成閉環(huán)控制，根據(jù)EBCU的控制，產(chǎn)生期望的制動缸壓力。常用制動時，制動控制單元根據(jù)微機控制單元EBCU傳來的電信號，通過空電轉換閥將來自制動儲風缸的空氣壓力轉換成與電信號相對應的預控制壓力,然后預控制壓力經(jīng)緊急閥到達空重車調整閥，受到空重車調整閥的檢測和限制,從空重車調整閥出來的預控制壓力到中繼閥打開中繼閥中制動儲風缸與制動缸的通路，最后使制動缸獲得符合制動力要求的

5、空氣壓力。緊急制動時，預控制壓力不受空電轉換閥控制,來自制動儲風缸的壓縮空氣直接經(jīng)緊急閥到達空重車調整閥，預控制壓力只受空重車調整閥控制，使之與空氣彈簧的壓力即載荷情況相適合。同樣，微機控制單元EBCU發(fā)出緩解指令時，制動控制單元中空電轉換閥的排氣電磁閥勵磁而打開，充氣電磁閥不勵磁，預控制壓力經(jīng)排氣電磁閥排大氣,中繼閥膜板移動，切斷制動儲風缸與制動缸通路，打開制動缸與大氣的通路,制動缸排大氣。EBCU——警—恥〕QmF)—xaiuMRAIRJHJl[林咔LMR”3i^in廠IIPBUPBUk^VM11Umo^worns圖1制動系統(tǒng)原理圖13

6、模型參數(shù)根據(jù)仿真原理,按照制動控制單元、單元制動器實際結構尺寸來定義模型的結構參數(shù)，如制動缸活塞直徑與行程、閥芯直徑、閥桿直徑、閥座孔尺寸和彈簧剛度等，部分參數(shù)見表lo此外對閥門的零位開口度、泄漏、節(jié)流系數(shù)等參數(shù)進行詳細設置，以精確反映氣動閥的性能。表］單元制動器、制動管仿真模型參數(shù)序號名稱說明數(shù)值單位1㈱動缸個數(shù).8制動缸活塞最人行程71.SSETH3制動缸活塞宜徑178mm4制動缸活塞桿宜徑40mm5制動缸活塞質童3400g6制動缸醫(yī)緊彈貧預緊力190N7制動缸樂緊弾黃剛度0.88NfmmS制動缸活塞腔死容405.38cm39BCU利包

7、動乳的氣管參數(shù)：10總長復10m11內徑1SETYl12勺普材質鋼、鐵、銅、塑料等鋼13^l

8、2所示。模型中通往8個單元制動器的制動管按照實際管路進行配置，多數(shù)為018x1500。常用制動、緊急制動、緩解等控制信號通過信號控制模塊加載?？諝鈴椈蓧毫Π凑斩▔涸丛O置。￡呵卜掃