王潔先

摘 要 隨著科學技術的發(fā)展，高速動車組制動系統(tǒng)的控制方式、系統(tǒng)配置需不斷進行優(yōu)化，本文結合國內外先進的動車組制動控制方式、制動系統(tǒng)組成對制動控制技術進行探討和分析。

關鍵詞 動車組 制動系統(tǒng) 風源裝置 基礎制動

中圖分類號：U266.2 文獻標識碼：A

EMU Brake System Technology

WANG Jiexian

（Technology Center， CSR Qingdao Sifang Locomotive Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong 266111）

Abstract With the development of science and technology， high-speed EMU braking system control mode and the system configuration is a continuous need to optimize， this combined with advanced EMU brake control， brake system components for the brake control techniques to explore and analyze.

Key words EMU； brake system； air source device； foundation brake

近年來，國內高速動車組得到了快速發(fā)展，制動技術吸收了國內外高速列車制動技術的先進經驗，并進行了自主創(chuàng)新，技術水平得到了長足的進步，完成了時速250公里速度級、時速350公里速度級以及更高速度試驗列車制動系統(tǒng)的匹配和應用，為高速動車組提供了安全、可靠、舒適和節(jié)能環(huán)保的制動系統(tǒng)。

1 制動方式

動車組制動系統(tǒng)按照預設的減速度控制動車組減速或停車，按照制動方式一般分為粘著制動和非粘著制動。粘著制動即為依靠輪軌間的相互摩擦作用產生列車所需的制動力，如通過制動缸產生的空氣制動和由牽引電機產生的電制動；非粘著制動即為通過利用外阻力作用在列車上，使列車產生制動力而停車，如風阻制動、磁軌制動和渦流制動等。粘著制動為國內外高速動車組主要的制動力來源，非粘著制動一般作為輔助制動方式，在高速工況下提供所需的制動力。本文以高速動車組常用的粘著制動為基礎，對制動系統(tǒng)技術進行討論。采用粘著制動方式的制動系統(tǒng)一般由電制動系統(tǒng)和空氣制動系統(tǒng)兩大部分組成，制動時采用復合制動方式，即電制動并用電氣指令式空氣制動。列車制動時，電制動優(yōu)先，當電制動力不足時，由空氣制動進行補足，有效降低了基礎制動中制動盤和閘片的磨耗。

2 電制動系統(tǒng)

2.1 再生制動

牽引工況，動車組通過受電弓接收接觸網的電力，經牽引變流器整流逆變后，提供給牽引電機，而在列車需要制動時，牽引變流器控制牽引電機切斷電源，轉變?yōu)榘l(fā)電機使用。制動時牽引電機將列車動能變?yōu)槿嘟涣麟姡蔂恳兞髌鲗⒋巳嘟涣麟娹D換為單相交流電，再由主變壓器升壓后回饋到電網，將列車運行的動能轉變?yōu)殡娔堋?/p>

2.2 電阻制動

在動車組主回路中設置制動電阻，制動過程中當再生電量不能反饋回電網時，由牽引電機和制動電阻構成電阻制動回路，由制動電阻將牽引電機發(fā)出的電能變?yōu)闊崮芟⒌簟?/p>

3 空氣制動系統(tǒng)

空氣制動系統(tǒng)主要由制動控制裝置、風源裝置和基礎制動裝置等組成。制動控制裝置是制動系統(tǒng)的中樞，負責接收制動指令，進行制動控制，擔負著制動力的計算和分配任務。風源裝置為制動系統(tǒng)提供制動的源動力，高速動車組上通常由主空壓機和輔助空壓機構成?；A制動裝置為制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構，將制動壓力作用在車輪上，產生輪軌摩擦力，從而進行列車制動。制動系統(tǒng)主要部件在列車上的布置如圖1。

圖 1 制動系統(tǒng)構成

3.1 制動控制裝置

3.1.1 常用制動

為滿足司機正?？剀囆枰O置常用制動。常用制動指令由司機通過司機室內制動控制器發(fā)出，制動時，采用電空復合制動，優(yōu)先使用電制動，電制動不足時，由空氣制動力進行補充。在常用制動情況下，基于預先設定的制動減速度控制列車的減速或者停車。通常常用制動沖動限制在0.75m/s3內。

另外，由列車上安裝的自動列車保護系統(tǒng)（ATP）可以根據安全需要發(fā)出最小、中等和最大常用制動指令，控制動車組減速或停車。

3.1.2 緊急制動

緊急制動是緊急情況下為使列車盡快停住而施行的制動。緊急制動一般采用兩種形式：電空復合緊急制動和純空氣緊急制動兩種方式。在司機設有緊急制動開關，操縱臺制動控制器上設有緊急制動位，可由司機進行緊急制動；自動列車保護系統(tǒng)（ATP）可根據安全需要觸發(fā)緊急制動停車。

為了安全保護需要，動車組設置貫通全列的常得電緊急制動指令線，根據緊急制動觸發(fā)設置條件，可以觸發(fā)電空復合緊急制動或純空氣緊急制動，在以下情況發(fā)生時將觸發(fā)緊急制動：總風缸壓力不足；列車分離時；緊急制動環(huán)路中斷或失電；制動系統(tǒng)控制電源失電；檢測到制動力不足；緊急電磁閥失電；列車超速，自動列車保護系統(tǒng)（ATP）起作用。緊急制動距離是對高速動車組制動能力考核的一個重要指標，動車組在干軌、平直軌道的制動距離要求如下：制動初速200km/h時，緊急制動距離≤2，000 m；制動初速300km/h時，緊急制動距離≤3，800 m；制動初速350km/h時，緊急制動距離≤6，500 m。

3.1.3 停放制動

停放制動為動車組在無風、無電時為防止列車溜車而設置的一種制動功能。停放制動的實現(xiàn)有兩種方式：采用儲能式停放制動單元缸或采用鐵靴。

儲能式停放制動單元缸集成在基礎制動裝置上，在停放制動緩解時，壓縮空氣充入停放制動缸，彈簧被壓縮。停放制動施加時，停放缸內的壓縮空氣被排出，彈簧力施加到制動卡鉗上產生制動力。動車組長時間放置，總風壓力降低到停放制動缸壓力以下時，停放制動自動施加。另外，在裝有停放制動缸的轉向架兩側提供機械緩解手柄，停放制動可以在車側手動緩解。當停放制動按鈕失效，不能緩解停放制動時，可操作轉向架兩側的手動緩解裝置進行緩解。采用鐵靴進行停放制動時，可以根據停放現(xiàn)場坡道、風速的大小，選擇不同型式的鐵靴放置在車輪與軌道間，防止列車溜車。

3.1.4 保持制動

為滿足坡道啟動要求，動車組設置保持制動功能。停車時，制動控制裝置自動施加一定的制動力（制動力大小根據車重和坡道預先設定）。列車在坡道上啟動時，保持制動起作用，防止列車溜車，當接收到保持制動釋放信號時，保持制動自動解除。在司機室內設置保持制動旁路開關，可將保持制動功能切除。

3.2 風源裝置

3.2.1 空氣壓縮機裝置

在進行風源裝置配置時，需核算動車組耗風量，根據耗風量的大小選擇合適排量的空氣壓縮機。高速動車組用空氣壓縮機一般采用活塞式空氣壓縮機和螺桿式空氣壓縮機兩種。

活塞式空氣壓縮機依靠其內部活塞往復運動產生壓縮空氣，一般經過二級壓縮即可得到所需壓強的壓縮空氣。活塞式空氣壓縮機能夠適應較寬的氣壓范圍，技術成熟，成本低，在工業(yè)領域具有廣泛應用，其缺點為噪聲大，易振動、運行平穩(wěn)性差。螺桿式空氣壓縮機機頭內部有一對互相嚙合的凹凸螺桿，其中凸齒形的稱為陽螺桿，凹齒形的稱為陰螺桿。螺桿式空氣壓縮機通過陰、陽螺桿的轉動對螺桿縫隙中的氣體進行壓縮，從而產生壓縮空氣。螺桿式空氣壓縮機具有體積小、振動小、噪音低、效率高、排氣壓力穩(wěn)定等優(yōu)點，在高速動車組上得到較多的應用。

3.2.2 干燥裝置

在每臺空氣壓縮機輸出管路上設有干燥裝置，去除壓縮空氣中的水分，防止管路、風缸及用氣設備等的腐蝕。干燥裝置一般采用雙塔式干燥裝置和膜式干燥裝置。

3.2.3 風缸

動車組每輛車上設有總風缸、制動風缸、控制風缸，各風缸容積根據耗風量計算確定。為防止總風壓力過高，在空氣壓縮機裝置和在裝有空氣壓縮機裝置的車輛總風缸上裝有安全閥。在各風缸底部留有排水孔，并裝有排水塞門，防止管路和風缸內部因水汽凝結造成腐蝕。

3.3 基礎制動裝置

基礎制動裝置一般分為踏面制動和盤型制動。踏面制動為將閘瓦作用在車輪踏面上，產生制動所需摩擦力；盤型制動為在車軸或車輪上設置制動盤，由制動夾鉗產生壓緊力作用在制動閘片上，由制動閘片和制動盤之間的摩擦力產生制動作用。時速120km/h以下的普通客車和地鐵車輛較多采用踏面制動，高速動車組采用盤型制動。

動車組的基礎制動裝置由制動夾鉗和制動盤組成，其中制動盤分為軸裝制動盤和輪裝制動盤。如圖2。

在進行制動系統(tǒng)設計時，需根據動車組編組形式、最高運用速度、車重以及安裝空間等參數信息進行基礎制動熱容量計算和匹配，從而進行制動盤數量的確定和選取。如CRH380A型動車組，動車每軸采用2輪盤，拖車每軸設置2輪盤和2軸盤。

長期以來，世界各國開發(fā)了多種適合于不同運行工況的制動材料。制動盤材料曾使用過普通鑄鐵、普通鑄鋼、低合金鑄鐵；此后，由于列車輕量化的需要，又相繼研究開發(fā)了特殊合金鑄鋼、低合金鍛鋼、鑄鐵-鑄鋼組合材料、c/c纖維復合材料和鋁合金基復合材料等新型材料。為滿足運用和安裝需要，基礎制動裝置向著熱容量大、體積小的方向發(fā)展。

4 小結

隨著高速列車技術的發(fā)展，制動系統(tǒng)的總體發(fā)展趨勢是以微機控制直通電空制動控制系統(tǒng)為基礎，以安全、可靠、舒適和環(huán)保節(jié)能為目標，通過不斷改革和創(chuàng)新，最終向高度自動化、智能化方向發(fā)展。同時，大功率制動盤、優(yōu)化的制動控制模式、高可靠性的制動系統(tǒng)、高性能的防滑技術、非粘著制動模式的應用等都將是高速動車組制動系統(tǒng)的研究關鍵與探索方向。

參考文獻

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