王 高，涂智文

（南車長(zhǎng)江車輛有限公司 產(chǎn)品研究所，湖北武漢430212）

ECP技術(shù)發(fā)展及技術(shù)研發(fā)探討

王 高，涂智文

（南車長(zhǎng)江車輛有限公司 產(chǎn)品研究所，湖北武漢430212）

介紹了國(guó)外ECP制動(dòng)系統(tǒng)的研制概況、運(yùn)營(yíng)效益、技術(shù)方案及作用原理，對(duì)我國(guó)自主研發(fā)ECP技術(shù)的研究方向及技術(shù)路線相關(guān)問題進(jìn)行了初步探討。

ECP；研發(fā)；制動(dòng)

目前我國(guó)在大秦線已開行了2萬t貨物列車，為進(jìn)一步挖潛增效，釋放運(yùn)能，緩解我國(guó)電煤等大宗物資運(yùn)輸緊張的狀況，開行更大牽引噸數(shù)的列車成為發(fā)展方向，這對(duì)列車制動(dòng)系統(tǒng)提出了新的要求。

雖然我國(guó)在2萬t貨物列車上采用了美國(guó)GE公司的機(jī)車同步操作Locotrol技術(shù)或南車的TECTROMS機(jī)車無線重聯(lián)同步技術(shù)，但仍存在空氣制動(dòng)機(jī)所共有的問題。傳統(tǒng)空氣制動(dòng)信號(hào)由空氣波傳遞，以約為聲速2/3的速度移動(dòng)，信號(hào)到達(dá)列車最后一輛車的時(shí)間隨列車長(zhǎng)度而顯著上升。為確保重載列車安全性，在列車牽引噸數(shù)大幅提升的同時(shí)，不降低列車開行對(duì)數(shù)及運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸總量的絕對(duì)提升，借鑒國(guó)外有益經(jīng)驗(yàn)，制動(dòng)系統(tǒng)需要突破傳統(tǒng)空氣制動(dòng)局限，而尋求ECP制動(dòng)系統(tǒng)這一解決方案。自從19世紀(jì)70年代末開發(fā)自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)以來，ECP制動(dòng)技術(shù)是鐵路貨物列車制動(dòng)技術(shù)中最大的飛躍。

1 國(guó)外ECP制動(dòng)系統(tǒng)研制概況

ECP電空制動(dòng)系統(tǒng)是Wabtec公司1994年開始研制的，最早于1998年裝車運(yùn)用。美國(guó)、巴西、澳大利亞、加拿大等實(shí)行重載運(yùn)輸?shù)膰?guó)家已逐漸推廣使用ECP，并有大量既有車計(jì)劃進(jìn)行ECP改造。經(jīng)過數(shù)百萬英里的車輛運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)積累，AAR已于1997年5月制定了一整套纜接ECP系統(tǒng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。ECP系統(tǒng)由機(jī)車和每輛車輛上的控制單元及列車網(wǎng)絡(luò)組成，通過列車網(wǎng)絡(luò)傳遞控制信息，使每節(jié)車輛同步制動(dòng)或緩解，利用貫通全列車的電纜可同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)車動(dòng)力分散牽引控制。目前ECP在國(guó)內(nèi)貨車的運(yùn)用方面還是空白，但一些科研院所及企業(yè)已經(jīng)開始開展研發(fā)工作。

2 ECP制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效益

國(guó)外BSNF、CP、QCM、Spoornet、CSX等多個(gè)公司的ECP制動(dòng)系統(tǒng)線路運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)表明，裝有ECP列車可獲得的運(yùn)營(yíng)效益如下：

（1）簡(jiǎn)化列車操縱

整列車同步制動(dòng)及階段緩解相結(jié)合，極大地簡(jiǎn)化了列車的操縱。從而降低了與列車操縱有關(guān)的脫軌危險(xiǎn)性；減小列車的縱向沖擊力；制動(dòng)距離減小50%～70%，降低緊急制動(dòng)時(shí)脫軌危險(xiǎn)性；增加列車長(zhǎng)度和質(zhì)量；降低對(duì)司機(jī)技能要求。

（2）縮短運(yùn)轉(zhuǎn)周期

制動(dòng)距離減小、有階段緩解和連續(xù)再充氣功能，可提高列車部分線路區(qū)間的速度；

停車后制動(dòng)管維持充氣狀態(tài)，且制動(dòng)機(jī)可在15 s內(nèi)完全緩解，可縮短列車從制動(dòng)到起動(dòng)的時(shí)間；

實(shí)現(xiàn)了對(duì)每輛車制動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)控，可加快每次發(fā)車前的檢測(cè)；

采取連續(xù)監(jiān)控，可排除線路上的制動(dòng)檢查；

減少了列車的縱向沖擊力，可降低發(fā)生車輛間的撞擊及分離事故；

貨車故障報(bào)警，提醒維修，可減少線路上發(fā)生的故障和由此產(chǎn)生的列車晚點(diǎn)。

（3）節(jié)省能源

由于可最大程度地利用動(dòng)力制動(dòng)；允許較高的下坡速度，可在下一個(gè)上坡道利用增大的慣性能量減少功率需求；制動(dòng)控制更準(zhǔn)確，可提高列車速度的穩(wěn)定性；減少了列車管壓縮空氣消耗，可減少機(jī)車空壓機(jī)工作量。

大多數(shù)運(yùn)用結(jié)果表明，ECP可節(jié)能至少5%。

（4）降低貨車維修費(fèi)用

主要是由于制動(dòng)熱負(fù)荷分布均勻，制動(dòng)作用精度高，黏著制動(dòng)發(fā)生少，可降低車輪磨耗及損傷；閘瓦磨耗低且整列車均勻；車鉤和緩沖器的磨耗小，損壞少；車體結(jié)構(gòu)承受的疲勞載荷低。

（5）拓展車輛功能

ECP系統(tǒng)為車輛添加傳感器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功能提供了可行方法，這些傳感器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)共享ECP計(jì)算機(jī)、電源和通訊平臺(tái)。

可考慮的選項(xiàng)有手制動(dòng)監(jiān)控器、手制動(dòng)的實(shí)施與緩解裝置、脫軌檢測(cè)裝置、車輛或轉(zhuǎn)向架振動(dòng)檢測(cè)裝置、軸承發(fā)熱監(jiān)測(cè)裝置及氣動(dòng)卸貨門操作機(jī)構(gòu)等。

如國(guó)內(nèi)出口車曾在ECP上擴(kuò)展了脫軌檢測(cè)、軸承發(fā)熱監(jiān)測(cè)及底門、頂蓋狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能（圖1）。

3 國(guó)外ECP制動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)方案介紹

國(guó)外ECP技術(shù)方案有多種模式，其中主要按通訊方式可分為有線與無線兩種。有線ECP制動(dòng)系統(tǒng)采用電纜通訊，而無線ECP制動(dòng)系統(tǒng)采用無線通訊。

（1）有線ECP制動(dòng)系統(tǒng)

有線ECP制動(dòng)系統(tǒng)是在整列車上安裝1根雙股（直徑為8 mm）電纜，縱貫全部的機(jī)車和車輛，利用該電纜將機(jī)車上的230 V DC電源傳送到車輛，通過車輛上掛在總線電纜上的網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器，在機(jī)車與車輛之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。通過電纜，制動(dòng)指令以數(shù)據(jù)的形式從本務(wù)機(jī)車發(fā)出，向全部車輛提供制動(dòng)、緩解指令，控制車輛的電子制動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)全列車同步制動(dòng)、緩解和再制動(dòng)，具備階段緩解功能。在ECP制動(dòng)模式下，列車管僅為供風(fēng)管，不再通過減壓產(chǎn)生制動(dòng)指令信號(hào)。

（2）無線ECP制動(dòng)系統(tǒng)

無線ECP制動(dòng)系統(tǒng)由傳統(tǒng)空氣制動(dòng)系統(tǒng)和列車制動(dòng)無線控制系統(tǒng)共同組成，兩系統(tǒng)之間為并聯(lián)關(guān)系，并行操縱列車的制動(dòng)或緩解，分別在機(jī)車和車輛上設(shè)置機(jī)車信號(hào)接發(fā)模塊和車輛信號(hào)接發(fā)模塊，通過編組信息模塊和車輛標(biāo)記模塊確定各車在編組中的位置，通過制動(dòng)控制模塊下達(dá)制動(dòng)命令，頭端控制模塊處理命令后，由機(jī)車信號(hào)接發(fā)模塊發(fā)出無線信號(hào)，各車輛信號(hào)接發(fā)模塊接收后由智能控制模塊處理，通過電磁閥來實(shí)現(xiàn)副風(fēng)缸直接向制動(dòng)缸充風(fēng)制動(dòng)及制動(dòng)缸排風(fēng)緩解，實(shí)現(xiàn)全列車同步制動(dòng)、緩解和再制動(dòng)，具備階段緩解功能。在ECP制動(dòng)模式下，列車管僅為供風(fēng)管，不再通過減壓產(chǎn)生制動(dòng)指令信號(hào)（圖2）。

無線ECP制動(dòng)系統(tǒng)由一個(gè)機(jī)車子系統(tǒng)和若干車輛子系統(tǒng)組成，機(jī)車子系統(tǒng)包括制動(dòng)控制模塊、頭端控制模塊、機(jī)車信號(hào)接發(fā)模塊、編組信息模塊，頭端控制模塊通過各端口分別與制動(dòng)控制模塊、機(jī)車信號(hào)接發(fā)模塊、編組信息模塊連接；車輛子系統(tǒng)包括智能控制模塊，車輛信號(hào)接發(fā)模塊，車輛標(biāo)記模塊，車輛控制模塊，電磁閥，車輛信息采集模塊和電源，智能控制模塊通過各端口分別與車輛信號(hào)接發(fā)模塊、車輛標(biāo)記模塊、車輛控制模塊連接，并外接電源，車輛控制模塊還通過端口分別與電磁閥，車輛信息采集模塊連接。

4 有關(guān)ECP技術(shù)研發(fā)的初步探討

（1）ECP平臺(tái)化設(shè)計(jì)理念

所謂ECP技術(shù)實(shí)際上也是出于一個(gè)發(fā)展過程中，AAR標(biāo)準(zhǔn)也在根據(jù)發(fā)展在逐步修訂，已逐步將ECP制動(dòng)技術(shù)視作一個(gè)多種技術(shù)的平臺(tái)，在平臺(tái)上集成列車控制、車輛狀態(tài)監(jiān)控的裝置，如自動(dòng)停車制動(dòng)功能等的實(shí)現(xiàn)等。ECP研發(fā)中，在進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到這種發(fā)展趨勢(shì)，保證ECP系統(tǒng)具有開放性，為貨物列車技術(shù)提升及采用先進(jìn)運(yùn)用管理制度建立一個(gè)良好的技術(shù)平臺(tái)。

（2）邊界條件的研究

ECP近年雖然得到巨大發(fā)展，但也并不是所有國(guó)家都大量使用，主要集中在南非和澳洲。這就需要在研發(fā)前期就各國(guó)各種運(yùn)用模式邊界條件做詳盡的比較分析，如對(duì)線路條件，運(yùn)用工況，甚至管理制度的對(duì)比，特別是各種模式下的綜合效益對(duì)比分析，從中才可以看出ECP真正的意義何在，從而準(zhǔn)確確定項(xiàng)目的邊界條件。

如ECP同步，持續(xù)充風(fēng)的特點(diǎn)，解決長(zhǎng)大下坡道存在的問題是非常有利的，但對(duì)復(fù)雜豎曲線效果就要做具體分析，如同步性是否能減少車鉤壓力的分析。在大秦線合適的技術(shù)，在神華等其他線上就不一定合適。這需要很多理論計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證來支撐。

目前國(guó)內(nèi)ECP研究的一個(gè)問題是大家將AAR確定的邊界條件看成是默認(rèn)，并在此基礎(chǔ)上直接比照AAR4200系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行器件研發(fā)，缺乏對(duì)邊界條件的研究，對(duì)適應(yīng)線路的研究，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)變化的研究。這樣研發(fā)出來的技術(shù)是否能夠直接運(yùn)用在中國(guó)鐵路上，是值得懷疑的。器件研制是系統(tǒng)研究的下游工作。并且需要在消化的基礎(chǔ)上充分吸取AAR標(biāo)準(zhǔn)，并建立我國(guó)自己的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）ECP技術(shù)參數(shù)選取，以及對(duì)空重車等具有自調(diào)整裝置的影響

ECP制動(dòng)技術(shù)最主要的是通過車輛控制裝置（CCD）可以實(shí)時(shí)控制副風(fēng)缸向制動(dòng)缸的充風(fēng)及制動(dòng)缸的排風(fēng)實(shí)現(xiàn)的，這就有控制參數(shù)如何選取，對(duì)空重車等原具有自調(diào)整功能如何實(shí)現(xiàn)及如果依然采用裝置模式如何協(xié)調(diào)作用的問題。制動(dòng)緩解指令的設(shè)置技術(shù)實(shí)現(xiàn)上是很簡(jiǎn)單，但是為什么這樣？如何確定就需要多方研究討論，并在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定，不能完全按國(guó)外產(chǎn)品比照?qǐng)?zhí)行。

（4）ECP承載器件及重要相關(guān)件的同步研究

①閥：國(guó)外ECP是在閥的高可靠性基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，我國(guó)目前貨車控制閥主要采用120閥，經(jīng)過多年的改進(jìn)完善，其技術(shù)性能有了很大的提高。但與國(guó)外閥相比，由于采用滑閥，在一致性、可靠性等方面還存在不少問題，有進(jìn)一步完善的需要。

②車鉤：是大編組列車中的最大問題，按FMG公司38 400 t編組列車為例，鉤舌裂紋及裂損一直是一個(gè)很大的問題，而國(guó)內(nèi)目前擁有的技術(shù)尚不能滿足長(zhǎng)期可靠的運(yùn)用要求。如果要開行30 000 t以上大列，車鉤研究及技術(shù)上的重大突破是必需的。還有高強(qiáng)度牽引桿、大容量緩沖器技術(shù)性能研究等。

③ECP貨車部分裝置、電源傳輸線纜及接插件等低溫性能的滿足；電源傳輸?shù)膿p耗、信號(hào)的可靠性傳輸及抗電磁干擾；關(guān)鍵件的質(zhì)量保證，如CCD電池失效、接插件接觸不良等。

（5）有關(guān)ECP故障形式分析及故障導(dǎo)向分析，故障時(shí)應(yīng)急處理，應(yīng)做詳盡分析，并在此基礎(chǔ)上滿足系統(tǒng)及器件的高可靠性要求。這是在中國(guó)鐵路推廣的重要基礎(chǔ)。

5 相關(guān)研究

（1）建立重載列車縱向力的分析及仿真研究系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)不同線路條件、不同列車編組、不同控制方式等因素對(duì)重載列車縱向力進(jìn)行分析的能力；

（2）研究車鉤力安全性標(biāo)準(zhǔn)，開展提升空氣控制閥、高強(qiáng)度牽引桿、大容量緩沖器技術(shù)性能研究；

（3）開展車輛狀態(tài)在線檢測(cè)及監(jiān)測(cè)研究；

（4）開展機(jī)車制動(dòng)與車輛空氣制動(dòng)匹配性研究；

（5）開展重載列車地形匹配及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫研究。

6 結(jié)束語

ECP制動(dòng)技術(shù)自20世紀(jì)90年代開始，已在重載列車上運(yùn)用近20年，運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)表明，其可為運(yùn)營(yíng)公司帶來巨大收益，并為列車安全運(yùn)行提供可靠保證。為滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，我國(guó)將開行3萬t及以上的重載列車，ECP制動(dòng)技術(shù)可有效解決重載列車面臨的制動(dòng)問題。結(jié)合我國(guó)運(yùn)用特點(diǎn)，綜合考慮可靠性、檢修性及經(jīng)濟(jì)性等因素，研究具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ECP制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)鐵路重載運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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Discussion on ECP Technology Development

WANG Gao，TU Zhiwen
（Product Technical Research Institute，CSR Yangtze Co.，Ltd.，Wuhan 430212 Hubei，China）

This paper describes the general situation of development，operating efficiency，technical proposal and action principle of foreign ECP brake systems，and preliminarily discusses some related issues of research direction and technical route for ECP technology developed by our country.

ECP technology；development；brake

U260.36

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.05

1008－7842（2014）05－0021－03

?）男，教授級(jí)高級(jí)工程師（

2014－01－23）