崔少杰

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。制動(dòng)系統(tǒng)承擔(dān)著動(dòng)車組減速、停車的任務(wù)。高速動(dòng)車組制動(dòng)主要通過(guò)輪軌間的黏著作用產(chǎn)生制動(dòng)力，且制動(dòng)力的實(shí)際最大值受軌道粘著力的限制，一旦輪軌間的作用力超過(guò)了輪軌粘著的限制，就會(huì)打滑。因此從安全的角度，制動(dòng)時(shí)應(yīng)充分的利用軌道粘著，保證安全的停車距離。另因高速動(dòng)車組施加制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的能量轉(zhuǎn)換，所以高速動(dòng)車組制動(dòng)時(shí)需要良好的控制策略來(lái)保證安全停車的同時(shí)還有較好的運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性和乘坐舒適度。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；制動(dòng)力；分配方式研究

引言

合理的制動(dòng)力分配能夠有效減少動(dòng)車組制動(dòng)時(shí)的能耗，降低制動(dòng)磨耗設(shè)備（制動(dòng)盤、閘片）的維護(hù)成本。本文對(duì)高速動(dòng)車組的制動(dòng)力分配方式（電制動(dòng)力和空氣制動(dòng)力的匹配關(guān)系）進(jìn)行了研究，綜合實(shí)際運(yùn)用需求和成本維護(hù)等多方面因素，提出了一種改進(jìn)型的制動(dòng)力分配方案，并以CRH1型動(dòng)車組作為事例進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析和解剖。

1動(dòng)車組制動(dòng)方式

動(dòng)車組制動(dòng)主要有空氣制動(dòng)和電制動(dòng)兩種制動(dòng)方式。空氣制動(dòng)為盤形制動(dòng)裝置，通過(guò)壓縮空氣使制動(dòng)夾鉗上的閘片“夾緊”制動(dòng)盤產(chǎn)生摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。電制動(dòng)是將牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，制動(dòng)時(shí)將電能反饋回電網(wǎng)，使能量再生利用，而不是變成熱能耗散掉，可有效地降低運(yùn)用成本。

CRH1型動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)采用單管直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)與電制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)控制系統(tǒng)主要由制動(dòng)信號(hào)發(fā)生、制動(dòng)信號(hào)處理、制動(dòng)信號(hào)執(zhí)行三部分組成，統(tǒng)一由列車控制管理系統(tǒng)（TCMS）控制。TCMS系統(tǒng)（包括列車控制設(shè)備TCU和網(wǎng)關(guān)GM）接收到制動(dòng)指令后，根據(jù)車重、所需的減速度計(jì)算出制動(dòng)力請(qǐng)求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（MVB和WTB）進(jìn)行傳遞制動(dòng)指令給EBCU和PCU，并得到反饋信息，空氣制動(dòng)由EBCU完成，電制動(dòng)由PCU完成。

2常用制動(dòng)力分配方式

動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)主要包括制動(dòng)指令設(shè)備、制動(dòng)控制系統(tǒng)、風(fēng)源系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)裝置等。動(dòng)車組常用制動(dòng)時(shí)，由制動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)制動(dòng)指令設(shè)備發(fā)出的常用制動(dòng)指令進(jìn)行制動(dòng)力的管理，控制基礎(chǔ)制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)裝置執(zhí)行制動(dòng)作用，風(fēng)源系統(tǒng)提供制動(dòng)過(guò)程中所需要的壓縮空氣。目前，“和諧號(hào)”動(dòng)車組在進(jìn)行常用制動(dòng)力分配時(shí)常用的有均衡制動(dòng)控制和電制動(dòng)力優(yōu)先控制[1]。

2.1均衡制動(dòng)控制

均衡制動(dòng)控制是各車等減速度的控制方式，即各車承擔(dān)自身所需制動(dòng)力。動(dòng)車優(yōu)先使用電制動(dòng)力，不足的部分采用本車的空氣制動(dòng)力補(bǔ)充，拖車采用本車的空氣制動(dòng)力。采用均衡制動(dòng)控制時(shí)，施加在每輛車上的制動(dòng)力與本車的質(zhì)量成正比，單車對(duì)黏著的利用率相同。在較差的輪軌黏著條件下，采用此種控制方式，有利于避免滑行，改善制動(dòng)性能。由于空氣制動(dòng)力與電制動(dòng)力僅在單車（動(dòng)車）范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)合制動(dòng)，拖車僅能使用本車的空氣制動(dòng)力，此種控制方式不能充分發(fā)揮電制動(dòng)力的效果。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，拖車頻繁使用空氣制動(dòng)，動(dòng)車空氣制動(dòng)基本不用，故拖車的制動(dòng)盤和閘片的磨耗要遠(yuǎn)大于動(dòng)車。

2.2電制動(dòng)力優(yōu)先控制

傳統(tǒng)的電制動(dòng)力優(yōu)先控制是充分利用動(dòng)車的電制動(dòng)力的控制方式[2]。在列車的電制動(dòng)力達(dá)到最大值之前，優(yōu)先使用動(dòng)車的電制動(dòng)力；電制動(dòng)力不足部分由拖車的空氣制動(dòng)力補(bǔ)充；當(dāng)制動(dòng)力需求更大時(shí)，使用動(dòng)車的空氣制動(dòng)力補(bǔ)充。補(bǔ)充過(guò)程中單車的制動(dòng)力不超過(guò)由輪軌黏著條件決定的可用制動(dòng)力。采用傳統(tǒng)的電制動(dòng)力優(yōu)先控制，有利于充分發(fā)揮動(dòng)車電制動(dòng)力，減小空氣制動(dòng)力的使用，降低列車制動(dòng)盤和閘片的整體磨耗。通常情況下，動(dòng)車的電制動(dòng)力和拖車的空氣制動(dòng)力之和已可滿足常用制動(dòng)的需求。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，存在著拖車空氣制動(dòng)使用較多、動(dòng)車空氣制動(dòng)使用較少或基本不用的情況，故拖車制動(dòng)盤和閘片的磨耗要大于動(dòng)車。

2.3兩種常用制動(dòng)力分配方式的比較

通過(guò)以上分析可見(jiàn)，相較于均衡制動(dòng)控制，傳統(tǒng)的電制動(dòng)力優(yōu)先控制，由于充分利用了電制動(dòng)力，列車制動(dòng)盤和閘片的整體磨耗較低，但拖車的制動(dòng)盤和閘片的磨耗仍高于動(dòng)車，導(dǎo)致拖車制動(dòng)盤和閘片的維護(hù)周期短于動(dòng)車，實(shí)際運(yùn)用時(shí)會(huì)出現(xiàn)拖車頻繁維護(hù)、動(dòng)車維護(hù)較少的情況[3]?！昂椭C號(hào)”動(dòng)車組的動(dòng)車制動(dòng)盤普遍采用輪裝制動(dòng)盤，為分體式結(jié)構(gòu)，采用螺栓連接的方式安裝在車輪兩側(cè)，與之匹配的閘片安裝于車輪對(duì)應(yīng)的兩側(cè)位置；拖車制動(dòng)盤普遍采用軸裝制動(dòng)盤，為整體式結(jié)構(gòu)，采取壓裝的方式安裝在兩車輪之間的輪軸上，與之匹配的閘片安裝于車底制動(dòng)盤對(duì)應(yīng)的兩側(cè)位置。由此造成拖車制動(dòng)盤和閘片的維護(hù)難度遠(yuǎn)高于動(dòng)車，不利于運(yùn)營(yíng)的可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性。

2.4等磨耗制動(dòng)模式

等磨耗制動(dòng)模式采取優(yōu)先使用電制動(dòng)，當(dāng)電制動(dòng)不足時(shí)，剩余的制動(dòng)力平均分配到每套基礎(chǔ)制動(dòng)設(shè)備上，使動(dòng)車和拖車的每組制動(dòng)盤和閘片所承受的制動(dòng)力基本一致，進(jìn)而使其磨耗趨于平衡，維護(hù)周期基本一致，有利于提高動(dòng)車組的可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性。等磨耗制動(dòng)模式不僅能充分利用電制動(dòng)，還可以使動(dòng)車和拖車的制動(dòng)盤和閘片的磨耗趨于平衡，制動(dòng)盤和閘片的維護(hù)周期基本一致，有利于提高動(dòng)車組運(yùn)用的可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性。但是該方式每個(gè)動(dòng)車所承受的總制動(dòng)力明顯大于拖車所承受的制動(dòng)力，當(dāng)軌道粘著條件差時(shí)，動(dòng)車更容易產(chǎn)生滑行，進(jìn)而影響制動(dòng)距離，安全性相對(duì)有所降低。

3改進(jìn)型動(dòng)車組制動(dòng)力分配方式

基于以上各種制動(dòng)力分配方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)用的行車特點(diǎn)，在保證安全同時(shí)兼顧維護(hù)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新型的制動(dòng)力分配控制方法。施加常用制動(dòng)時(shí)采用等磨耗的制動(dòng)力分配方式，保證動(dòng)車組的經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性，而檢測(cè)到制動(dòng)過(guò)程中發(fā)生滑行，立刻切換至等減速度的制動(dòng)力分配模式以保證充分利用軌道粘著，保證列車安全。而當(dāng)施加緊急制動(dòng)時(shí)，此時(shí)的制動(dòng)力較大，屬緊急情況下的停車，采取等減速度模式以安全為主的制動(dòng)力分配方式。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)制動(dòng)的減速度值的大小已經(jīng)充分考慮輪軌粘著的影響，天氣狀態(tài)良好的情況下，正常運(yùn)行制動(dòng)基本上不會(huì)因沒(méi)有充分利用軌道粘著產(chǎn)生滑行，只有當(dāng)天氣狀態(tài)惡劣施加大級(jí)別制動(dòng)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)滑行。因此這種改進(jìn)型制動(dòng)力分配方式大部分時(shí)間都采取等磨耗的制動(dòng)力分配方式，僅當(dāng)制動(dòng)時(shí)檢測(cè)到滑行或施加緊急制動(dòng)時(shí)（小概率事件）才用等減速度控制方式，基本上可以在保證安全同時(shí)兼顧維護(hù)經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)比分析可見(jiàn)，相較于傳統(tǒng)的電制動(dòng)優(yōu)先控制，改進(jìn)型常用制動(dòng)控制在充分利用了電制動(dòng)力、減小了列車制動(dòng)盤和閘片的整體磨耗基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)（針對(duì)不同制動(dòng)級(jí)別可設(shè)置不同的比例系數(shù)），可調(diào)節(jié)空氣制動(dòng)力在動(dòng)車和拖車上的分配比例，進(jìn)一步通過(guò)對(duì)動(dòng)車和拖車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置數(shù)量的適當(dāng)配置，使分配到每套基礎(chǔ)制動(dòng)裝置上的制動(dòng)力基本一致，使動(dòng)車和拖車制動(dòng)盤和閘片的磨耗趨于平衡，有利于提升動(dòng)車組運(yùn)用的可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性。本文主要講述動(dòng)車組空電復(fù)合制動(dòng)分配原則，解析了其制動(dòng)力復(fù)合控制邏輯，舉例說(shuō)明了在不同工況下制動(dòng)力分配方法。面對(duì)不同的列車狀態(tài)，合理地選用制動(dòng)力分配方案對(duì)于提高車輛性能和降低制造成本有著極其重要的意義。同時(shí)，制動(dòng)力的分配方式還和線路條件、車重等條件相關(guān)，所以在制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型時(shí)還要根據(jù)實(shí)際情況做出判斷。

參考文獻(xiàn)

[1]姜巖峰，曹宏發(fā)，王鵬飛，等.和諧號(hào)動(dòng)車組制動(dòng)力動(dòng)態(tài)分配模式[J].鐵道機(jī)車車輛，2011，31（05）：48-51.

[2]賽華松，喬峰，趙楊坤.高速動(dòng)車組常用制動(dòng)力分配方式的研究[C].和諧共贏創(chuàng)新發(fā)展-旅客列車制動(dòng)技術(shù)交流論文集，2017，（08）：60-65.

[3]賽華松，喬峰，趙楊坤，等.高速動(dòng)車組常用制動(dòng)力分配方式的研究[J].鐵道車輛，2018，56（02）：11-13.

（作者單位：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司山東青島）