朱立強 郭小行 曲秋芬 秦佳穎

【摘 要】制動系統(tǒng)響應(yīng)時間作為制動系統(tǒng)設(shè)計過程中的一個中間參數(shù)，對制動系統(tǒng)的性能會有一定的影響，但是可以通過對其他中間參數(shù)的相應(yīng)調(diào)整，最終可以保證制動系統(tǒng)的性能基本不受影響。本文通過對動車組制動系統(tǒng)響應(yīng)時間產(chǎn)生的機理、不同車型對制動系統(tǒng)響應(yīng)時間的要求及試驗結(jié)果的分析，表明制動系統(tǒng)響應(yīng)時間的差異基本不會對制動系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響，在型式試驗中可不作為試驗項目進(jìn)行評價。

【關(guān)鍵詞】動車組 制動系統(tǒng) 響應(yīng)時間 型式試驗

1 概述

制動系統(tǒng)作為動車組九大關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其性能的好壞與動車組的安全和運營秩序息息相關(guān)。制動系統(tǒng)的性能主要由制動系統(tǒng)響應(yīng)時間、減速度的設(shè)定、靜態(tài)傳動效率、防滑保護(hù)性能等中間參數(shù)決定，其中制動系統(tǒng)響應(yīng)時間作為一個中間參數(shù)，由于各車型影響制動系統(tǒng)響應(yīng)時間的某些因素的區(qū)別，不可能達(dá)到一致的要求，但可以通過對其他參數(shù)的調(diào)整、優(yōu)化匹配，以達(dá)到滿足制動系統(tǒng)性能的目的。目前國內(nèi)現(xiàn)行的動車組有CRH1系列、CRH2系列、CRH3系列和CRH5型動車組，在進(jìn)行整車型式試驗時均將制動系統(tǒng)響應(yīng)時間作為一個制動系統(tǒng)的性能指標(biāo)來進(jìn)行測試并評價。但是各車型根據(jù)自身制動系統(tǒng)的特性，設(shè)定了不同的制動系統(tǒng)響應(yīng)時間標(biāo)準(zhǔn)值，據(jù)此編制了試驗大綱并進(jìn)行了型式試驗，試驗結(jié)果制動系統(tǒng)的功能都正常，即常用制動滿足動車組的調(diào)速功能，緊急制動可以滿足緊急制動距離的要求，保證了動車組的操作性和安全性。由于各車型的制動系統(tǒng)特性不同，制動系統(tǒng)響應(yīng)時間設(shè)定不同、評價標(biāo)準(zhǔn)也不一致， 測試結(jié)果也不盡相同，故型式試驗大綱中將制動系統(tǒng)響應(yīng)時間作為制動系統(tǒng)性能的一個評價指標(biāo)意義不大。

2 制動系統(tǒng)響應(yīng)時間產(chǎn)生的機理

制動系統(tǒng)響應(yīng)時間是指靜態(tài)下動車組從發(fā)出制動命令至制動缸壓力上升到最高壓力90% 所需的時間。各型動車組由于制動系統(tǒng)特性不同，制動響應(yīng)時間產(chǎn)生的機理也不盡相同，響應(yīng)時間的長短也有區(qū)別。CRH3系列動車組制動系統(tǒng)分為常用制動和緊急制動等方式，常用制動主要用于使列車減速，緊急制動用于在緊急的情況下，列車緊急停車，保證列車的運營安全。兩種制動方式機理不同，控制方式也各異，所以制動響應(yīng)時間也有差別。以CRH380B型（非高寒）動車組為例，對常用制動響應(yīng)時間和緊急制動響應(yīng)時間產(chǎn)生的機理分別介紹。

2.1常用制動響應(yīng)時間

常用制動通過制動手柄進(jìn)行控制，當(dāng)制動手柄置于常用制動位時，主BCU先將接收到的制動手柄角度信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的制動級位，然后由主BCU根據(jù)當(dāng)前列車速度和預(yù)設(shè)的列車減速度曲線確定目標(biāo)減速度，進(jìn)而根據(jù)當(dāng)前列車重量計算出需施加的總制動力，最后根據(jù)列車匯總的當(dāng)前空氣制動系統(tǒng)最大能力和電制動系統(tǒng)最大能力，計算得到摩擦制動力指令和電制動指令，將該空電復(fù)合制動力指令以百分比信號的形式通過WTB/MVB發(fā)布，將指令發(fā)送到各單車EBCU，詳見圖1。

綜上所述，常用制動響應(yīng)時間包括：制動指令傳輸?shù)礁鬈嘐BCU之前的時間+單車BCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時間。

制動指令傳輸?shù)礁鬈嘊CU之前的時間約為0.5s，單車EBCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間約為0.3s，而C壓力開始上升直至制動缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時間約為2.2s，故常用制動的響應(yīng)時間約為3s。

2.2 緊急制動EB響應(yīng)時間

緊急制動EB由EBL環(huán)路觸發(fā)，當(dāng)EBL環(huán)路斷開時，每車的EBCU通過硬線接收到緊急制動EB施加的指令，控制輸出C壓力的過程與常用制動相同。

緊急制動EB制動響應(yīng)時間包括：EBCU通過硬線接收到緊急制動EB施加指令的時間+單車EBCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時間。

相比常用制動，緊急制動EB的制動指令傳輸?shù)紹CU由硬線執(zhí)行，其余過程一致。同時，由于硬線傳輸指令速率高于網(wǎng)絡(luò)，緊急制動EB響應(yīng)時間比常用制動響應(yīng)時間稍短。

2.3 緊急制動UB響應(yīng)時間

緊急制動UB由UBL環(huán)路觸發(fā)，當(dāng)UBL環(huán)路斷開時，激活BCU內(nèi)的緊急制動閥B60.03，直接輸出Cv壓力，經(jīng)過雙向閥B60.04、稱重閥B60.05到達(dá)中繼閥B60.07，輸出C壓力到達(dá)制動缸，詳見圖3.

緊急制動UB制動響應(yīng)時間包括：緊急制動UB指令發(fā)出到緊急制動閥執(zhí)行硬線指令時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時間。

相比緊急制動EB，緊急制動UB減少了單車EBCU接收到制動指令到輸出預(yù)控壓力（Cv壓力）的時間，響應(yīng)時間小于緊急制動EB的響應(yīng)時間。

由以上分析可知，制動響應(yīng)時間與制動指令的傳輸方式、制動閥類的動作時間、制動管路的布置、制動缸壓力的目標(biāo)值設(shè)置等因素有關(guān)，制動指令的傳輸方式越快、制動閥類越靈敏、制動管路布置越簡潔、制動缸壓力目標(biāo)值越小，則制動響應(yīng)時間越短。

2.4 其他型號動車組制動響應(yīng)時間

2.4.1 CRH1型動車組制動響應(yīng)時間

CRH1型動車組常用制動時，列車級制動控制由CCU執(zhí)行，車輛級制動控制由EBCU執(zhí)行，包括各種信號的處理、制動缸壓力控制、防滑保護(hù)等，由基礎(chǔ)制動裝置執(zhí)行制動動作。故常用制動響應(yīng)時間包括：制動指令傳輸?shù)礁鬈嘐BCU之前的時間+單車EBCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時間。緊急制動由安全環(huán)路控制，通過緊急制動閥、空重車調(diào)整閥、中繼閥最后通過制動缸施加緊急制動。緊急制動響應(yīng)時間包括：緊急制動指令發(fā)出到緊急制動閥執(zhí)行硬線指令時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時間。制動控制方式與CRH3C動車組類似，制動響應(yīng)時間構(gòu)成也基本一致。

2.4.2 CRH2型動車組制動響應(yīng)時間

制動指令由司機制動控制器發(fā)出電氣指令，經(jīng)列車信息控制系統(tǒng)傳送到每輛車的制動控制裝置，由EBCU的電子控制單元進(jìn)行運算，實施再生制動和空氣制動。其中空氣制動以控制電空轉(zhuǎn)換閥（EP閥）的電流，送出與電流相對應(yīng)的預(yù)控壓力信號到中繼閥，經(jīng)中繼閥送出流量放大的同比率壓縮空氣，再由增壓氣缸經(jīng)空—油變換作用轉(zhuǎn)變成油壓，最后經(jīng)制動盤液壓鉗將制動力作用到制動盤上，完成制動作用。故常用制動響應(yīng)時間包括：制動指令傳輸?shù)礁鬈嘐BCU之前的時間+單車EBCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時間+增壓缸中油壓達(dá)到設(shè)定時間的90%。安全制動的控制方式與CRH3C動車組緊急制動UB的方式類似。

2.4.3 CRH5型動車組制動響應(yīng)時間

CRH5型動車組制動系統(tǒng)的控制方式與CRH3C型動車組基本一致，故制動系統(tǒng)響應(yīng)時間的構(gòu)成也一致，響應(yīng)時間差別不大。

3 型式試驗大綱要求及試驗結(jié)果

3.1 各車型型式試驗大綱對制動響應(yīng)時間的要求

通過以上分析可知，各車型的制動系統(tǒng)控制方式不盡相同，所采用的制動系統(tǒng)零部件各有差異，管路布置各有特點，制動缸的目標(biāo)壓力值設(shè)定不同，故各車型的制動響應(yīng)時間也不一致。各車型根據(jù)自身制動系統(tǒng)的特性，編制了型式試驗大綱，對制動響應(yīng)時間的具體要求見表1。

3.2 各車型制動響應(yīng)時間型式試驗的結(jié)果

各車型按照型式試驗大綱的要求對制動響應(yīng)時間進(jìn)行了測試，具體試驗結(jié)果見表2.

由上述表格可知，各車型對制動系統(tǒng)響應(yīng)時間的要求不完全相同，而試驗結(jié)果也各有差異。同時各型號動車組均進(jìn)行了緊急制動距離的校核，在純空氣緊急制動工況下，均滿足各速度等級對緊急制動距離的要求：初速度160km/h，緊急制動距離不大于1400m，初速度200km/h，緊急制動距離不大于2000m，初速度250km/h，緊急制動距離不大于3200m，初速度300km/h，緊急制動距離不大于3800m，初速度350km/h，緊急制動距離不大于6500m。從而表明，盡管制動響應(yīng)時間不同，但是緊急制動距離均滿足要求，制動系統(tǒng)性能基本不受影響。

4 結(jié)論及建議

由以上分析可知，各型動車組制動系統(tǒng)的控制方式不同，選用的制動閥類各異，制動管路的布置各有特點，制動缸目標(biāo)壓力值的設(shè)定不同，導(dǎo)致各型動車組制動響應(yīng)時間不一致，各型動車組依據(jù)各自的特性編制了試驗大綱并進(jìn)行了型式試驗，制動響應(yīng)時間測試結(jié)果也有差異，但各速度級緊急制動距離滿足要求，對制動系統(tǒng)的性能基本沒有影響。

各型號動車組目前最長的已經(jīng)安全運營了6年以上，里程最多的單列車已經(jīng)運營了400多萬公里，運營狀況良好，并未因制動響應(yīng)時間不同而影響列車的運營秩序和安全。進(jìn)一步證明制動系統(tǒng)響應(yīng)時間只是制動系統(tǒng)設(shè)計過程中的一個中間參數(shù)，可以通過合理調(diào)整其他的參數(shù)來達(dá)到制動系統(tǒng)的目標(biāo)參數(shù)（制動距離的要求）。由于制動系統(tǒng)與ATP存在接口，為適應(yīng)ATP的要求，可在設(shè)計階段與ATP廠家協(xié)商，實現(xiàn)與ATP的匹配問題。

就目前國內(nèi)多種型號動車組并存的情況且沒有要求相互救援、相互連掛的要求，對制動響應(yīng)時間的要求不必過于苛刻；但是如果要求各型號的動車組可以相互救援、互聯(lián)互通，那么制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間必須一致，保證制動系統(tǒng)的一致性。

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