武青海，張 寶，王群偉

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

和諧號(hào)動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)采用微機(jī)直通電空式制動(dòng)系統(tǒng)做為常用制動(dòng)模式，間接制動(dòng)系統(tǒng)為備用制動(dòng)模式；備用制動(dòng)模式主要在直通電空制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障或車輛回送時(shí)使用。隨著我國(guó)高速鐵路的不斷發(fā)展，運(yùn)行安全在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中始終占據(jù)重要位置。因此當(dāng)動(dòng)車組在正常運(yùn)營(yíng)期間常用制動(dòng)發(fā)生故障時(shí)，是否能夠快速、有效地將故障列車回送至站段進(jìn)行故障排除，此時(shí)備用制動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠性就尤顯重要。

和諧號(hào)動(dòng)車組備用制動(dòng)系統(tǒng)為純空氣制動(dòng)的自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)，是由列車管控制的間接制動(dòng)。當(dāng)直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，其備用制動(dòng)必須依靠列車司機(jī)手動(dòng)操作才能激活，因此其備用方式為非“熱備”方式。與國(guó)內(nèi)既有線路列車間自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)相比，和諧號(hào)動(dòng)車組備用制動(dòng)系統(tǒng)由于僅用于列車制動(dòng)系統(tǒng)故障狀態(tài)或救援回送，因此其功能相對(duì)比較簡(jiǎn)單，具有可階段制動(dòng)、一次緩解的特點(diǎn)。

1 備用制動(dòng)系統(tǒng)組成及工作原理

CRH3型動(dòng)車組備用制動(dòng)系統(tǒng)主要包括減壓閥（C01）、充風(fēng)電磁閥（C03）、截?cái)嗳T（C04）、司機(jī)制動(dòng)閥（C05）、中繼閥（C06）、分配閥（C09）等（見(jiàn)圖1）。

1.1 備用制動(dòng)系統(tǒng)切除模式

和諧號(hào)動(dòng)車組在正常運(yùn)營(yíng)情況下，備用制動(dòng)系統(tǒng)處于切除狀態(tài)，截?cái)嗳T（C04）切斷，并將備用制動(dòng)切除狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給列車管理系統(tǒng)。此時(shí)充風(fēng)電磁閥（C03）在頭車制動(dòng)控制單元的控制下一直處于得電狀態(tài)，總風(fēng)管壓縮空氣通過(guò)減壓閥（C01）單向止回閥（C02）以及打開(kāi)的充風(fēng)電磁閥（C03）向列車管持續(xù)供應(yīng)600kPa的壓縮空氣。

由于截?cái)嗳T（C04）切斷，活塞式氣控閥（C07）在先導(dǎo)控制壓力為零情況下處于斷開(kāi)狀態(tài)，壓縮空氣不會(huì)通過(guò)活塞式氣控閥（C07）向列車管供風(fēng)。

圖1 和諧號(hào)動(dòng)車組備用制動(dòng)系統(tǒng)原理圖

當(dāng)列車管壓力出現(xiàn)異常變化（比如列車管破裂、車鉤斷開(kāi)等）時(shí)，分配閥（C09）會(huì)根據(jù)列車管的減壓量產(chǎn)生相應(yīng)地空氣制動(dòng)力，使得動(dòng)車組自動(dòng)施加制動(dòng)并停車。

截?cái)嗳T（C08）的作用是當(dāng)備用制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)人工切除備用制動(dòng)系統(tǒng)，此時(shí)即使列車管壓力出現(xiàn)異常，備用制動(dòng)系統(tǒng)也不會(huì)產(chǎn)生作用。

1.2 備用制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)通模式

當(dāng)動(dòng)車組直通電空制動(dòng)故障時(shí)，司機(jī)必須打開(kāi)截?cái)嗳T（C04），人工激活備用制動(dòng)系統(tǒng)，此時(shí)備用制動(dòng)激活狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給列車管理系統(tǒng)，頭車制動(dòng)控制單元控制充風(fēng)電磁閥（C03）失電，切斷總風(fēng)缸向列車管的供風(fēng)。

截?cái)嗳T（C04）打開(kāi)后，總風(fēng)管通過(guò)該塞門分別向司機(jī)制動(dòng)閥（C05）和活塞式氣控閥（C07）供風(fēng)，活塞式氣控閥（C07）在先導(dǎo)壓力作用下打開(kāi)通道，中繼閥（C06）的輸出端C與列車管相連通。

備用制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)施加和緩解可通過(guò)操作備用司機(jī)制動(dòng)閥（C05）手柄實(shí)現(xiàn)；在緩解狀態(tài)時(shí)，司機(jī)制動(dòng)閥（C05）手柄處于中立位，對(duì)連通2位端的中繼閥（C06）預(yù)控腔既不充風(fēng)也不排風(fēng)，并且預(yù)控壓力Cv保持600 kPa，中繼閥（C06）的輸出壓力保持不變，保證了列車管壓力不變。

當(dāng)備用制動(dòng)系統(tǒng)需要施加階段制動(dòng)時(shí)，通過(guò)操作司機(jī)制動(dòng)閥（C05）手柄調(diào)整列車管的減壓量，分配閥（C09）根據(jù)列車管減壓量輸出相應(yīng)地控制壓力，該壓力經(jīng)過(guò)雙向止回閥以及制動(dòng)控制單元中的空重閥進(jìn)入中繼閥預(yù)控壓力腔，總風(fēng)壓縮空氣經(jīng)中繼閥流量放大后輸出給制動(dòng)缸，從而形成制動(dòng)力，使動(dòng)車組制動(dòng)減速或停車。

為快速將列車管減壓到預(yù)定目標(biāo)值，在備用制動(dòng)系統(tǒng)控制回路中配備了單膜板的中繼閥（C06）進(jìn)行流量放大，因此司機(jī)制動(dòng)閥（C05）通徑無(wú)需太大即可完成備用制動(dòng)系統(tǒng)快速響應(yīng)列車管減壓的功能。

當(dāng)備用制動(dòng)需要緩解時(shí)，通過(guò)司機(jī)制動(dòng)閥（C05）向中繼閥（C06）供風(fēng)，使得列車管壓力升高，可實(shí)現(xiàn)備用制動(dòng)的一次性緩解。

2 備用制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件介紹

2.1 司機(jī)制動(dòng)閥（C05）

該司機(jī)制動(dòng)閥具有5個(gè)級(jí)位，緊急制動(dòng)位（1位）、常用制動(dòng)位（2位）、中立位（0位）、緩解位（3位）和快速緩解位（4位）（P1端口為進(jìn)風(fēng)口、P2端口為出風(fēng)口、P3端口為排風(fēng)口，參見(jiàn)圖2）。

中立位（0位）：

中立位時(shí)，此時(shí)閥體內(nèi)的左右兩個(gè)提動(dòng)閥（d）在彈簧力作用下關(guān)閉閥口，所有通道斷開(kāi)；并且僅僅在此位置時(shí)，手柄下壓并左旋90°即可取下手柄。

圖2 司機(jī)制動(dòng)閥結(jié)構(gòu)示意圖

常用制動(dòng)位（2位）：

手柄（b）移動(dòng)到位置2時(shí)，通過(guò)手柄（b）下方的控制軸將右側(cè)的提動(dòng)閥稍微打開(kāi)，P2端口的壓縮空氣經(jīng)過(guò)環(huán)形間隙A（面積約0.12cm2）流向端口P3，由于P3端口通向大氣以及受環(huán)形間隙A的節(jié)流影響，P2端口壓力緩慢下降，相對(duì)應(yīng)地列車管壓力減壓，動(dòng)車組施加常用制動(dòng)。

當(dāng)手柄（b）松開(kāi)時(shí)，右側(cè)的提動(dòng)閥在彈簧力作用下關(guān)閉閥口，并推動(dòng)手柄回復(fù)到中立位（0位）。

緊急制動(dòng)位（1位）：

手柄（b）移動(dòng)到位置1時(shí)，通過(guò)手柄（b）下方的控制軸將右側(cè)的提動(dòng)閥全部打開(kāi)，P2與P3之間的通道不再受限于環(huán)形間隙A的節(jié)流，從而可以將P2端口控制的列車管壓力快速減壓到零，從而產(chǎn)生緊急制動(dòng)。

緩解位（3位）：

當(dāng)備用制動(dòng)系統(tǒng)施加制動(dòng)時(shí)，將手柄（b）移動(dòng)到位置3，通過(guò)手柄（b）下方的控制軸將左側(cè)的提動(dòng)閥稍微打開(kāi)，P1端口的壓縮空氣經(jīng)過(guò)環(huán)形間隙B（面積約0.12 cm2）向端口P2供風(fēng)，由于受環(huán)形間隙B的節(jié)流影響，P2端口壓力緩慢上升，相對(duì)應(yīng)地列車管壓力增壓，動(dòng)車組制動(dòng)緩解。

當(dāng)手柄（b）松開(kāi)時(shí)，左側(cè)的提動(dòng)閥在彈簧力作用下關(guān)閉閥口，并推動(dòng)手柄回復(fù)到中立位（0位）。

快速緩解位（4位）：

當(dāng)備用制動(dòng)系統(tǒng)施加制動(dòng)時(shí)，將手柄（b）移動(dòng)到位置4，通過(guò)手柄（b）下方的控制軸將左側(cè)的提動(dòng)閥全部打開(kāi)，P1與P2之間的通道不再受限于環(huán)形間隙B的節(jié)流，從而可以將P2端口控制的列車管壓力快速升壓，從而快速緩解動(dòng)車組。

從司機(jī)制動(dòng)閥（C05）的工作原理可知，當(dāng)手柄（b）處于位置2或位置3時(shí)，由于受到環(huán)形間隙的節(jié)流作用，列車管壓力的減壓量或增壓量由手柄處于相應(yīng)位置的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)決定。

2.2 中繼閥（C06）

在備用制動(dòng)系統(tǒng)中，中繼閥（C06）作用是通過(guò)小流量的控制壓力，實(shí)現(xiàn)大流量的輸出。由于司機(jī)制動(dòng)閥（C05）通風(fēng)能力有限，無(wú)法直接對(duì)列車管進(jìn)行充排風(fēng)，因此備用制動(dòng)系統(tǒng)配備了中繼閥（C06），使列車管壓力能夠快速響應(yīng)司機(jī)制動(dòng)閥（C05）的控制壓力，從而大幅縮短備用制動(dòng)壓力建立時(shí)間。

中繼閥（C06）為單膜板結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)圖3），在預(yù)控壓力Cv壓力上升時(shí)，Cv壓力將推動(dòng)活塞（c）向上移動(dòng)，關(guān)閉閥座V2，并打開(kāi)閥座V1，輸入壓力R通過(guò)打開(kāi)的閥座V1向輸出壓力C供風(fēng)；C壓力同時(shí)進(jìn)入活塞（c）的上表面，逐漸推動(dòng)活塞（c）下移，直到閥座V1關(guān)閉為止，此時(shí)中繼閥（C06）處于壓力保持狀態(tài)。

圖3 中繼閥結(jié)構(gòu)示意圖

在預(yù)控壓力Cv壓力下降時(shí)，中繼閥打破壓力保持狀態(tài)，活塞（c）下移，閥座V2打開(kāi)，輸出壓力C經(jīng)過(guò)打開(kāi)的閥座V2以及閥桿（b）中間通孔排向大氣，輸出壓力C逐漸下降，如果Cv壓力沒(méi)有降到零，則活塞（c）會(huì)上移并關(guān)閉閥座V2，使得中繼閥達(dá)到一個(gè)新的壓力平衡狀態(tài)，而當(dāng)Cv壓力降到零，則輸出壓力C會(huì)通過(guò)打開(kāi)的閥座V2一直排到零。

2.3 分配閥（C09）

和諧號(hào)動(dòng)車組每輛車都配備了分配閥（C09），其根據(jù)列車管的壓力變化來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)缸控制壓力，（見(jiàn)圖4）。

在備用制動(dòng)緩解狀態(tài)下，列車管BP壓力通過(guò)縮孔（h）向輔助風(fēng)缸R(shí)供風(fēng)，輸出壓力Cv為零。

當(dāng)列車管BP壓力減壓后，活塞（b）左側(cè)的輔助風(fēng)缸R(shí)壓力大于右側(cè)的列車管BP壓力，活塞（b）向右移動(dòng)越過(guò)縮孔（h），列車管BP壓力不再向輔助風(fēng)缸R(shí)壓力供風(fēng)關(guān)閉閥座V2并打開(kāi)閥座V1，輔助風(fēng)缸R(shí)壓力通過(guò)打開(kāi)的閥座V1向輸出壓力Cv供風(fēng)，輔助風(fēng)缸R(shí)壓力逐漸下降，活塞（b）將隨之左移，直到閥座V1關(guān)閉，此時(shí)分配閥處于壓力保持狀態(tài)。

圖4 分配閥結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)列車管BP壓力再進(jìn)行減壓時(shí)，分配閥動(dòng)作如前所述，分配閥將處于一個(gè)新的壓力保持轉(zhuǎn)頭，輔助風(fēng)缸R(shí)壓力下降，輸出壓力Cv上升。

當(dāng)列車管BP壓力增壓時(shí)，活塞（b）將向左移動(dòng)，閥座V1關(guān)閉，閥座V2打開(kāi)，輸出壓力Cv通過(guò)排風(fēng)口O排向大氣，因?yàn)檩o助風(fēng)缸R(shí)壓力不會(huì)大于列車管BP壓力，活塞（b）在壓縮彈簧（c）作用下將保持在左端，閥座V2一直處于打開(kāi)狀態(tài)，因此該分配閥將實(shí)現(xiàn)一次性緩解，不具有階段緩解功能。

3 CRH3型動(dòng)車組備用制動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)分析

（1）正常情況下，備用制動(dòng)系統(tǒng)不起作用，需司機(jī)人工激活。

（2）使用了階段制動(dòng)一次緩解的二壓力分配閥，以滿足我國(guó)現(xiàn)有機(jī)車車輛混編、回送和救援等要求。

（3）由于備用制動(dòng)系統(tǒng)為純空氣間接制動(dòng)系統(tǒng)，與直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)相比較，其制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此列車采用備用制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)需限速運(yùn)行。