HD100型動車組空氣制動系統設計及制動性能計算

姜 葛，張 斌，黃學梅

（南車資陽機車有限公司 研發部，四川資陽641301）

HD100型動車組空氣制動系統設計及制動性能計算

姜 葛，張 斌，黃學梅

（南車資陽機車有限公司 研發部，四川資陽641301）

介紹了出口蘇丹HD100型內燃動車組符合AAR標準的空氣制動系統的原理、結構等，并對動車組緊急制動性能進行了計算。

HD100型動車組；風源系統；AAR制動系統；性能計算

HD100型動車組是南車資陽機車有限公司出口蘇丹國家鐵路公司2動4拖動力集中式內燃動車組。動車組由資陽公司集成并負責動車的設計制造，拖車委托南車南京浦鎮車輛有限公司負責設計生產。動車組軌距1067 mm，最大運營速度100 km/h，采用推挽式牽引，總載客人數304人。根據合同要求，制動系統采用AAR標準的美國Wabtec公司產品，其中動車為26-L型制動機，拖車為26-CV8型制動機。下面主要介紹動車的空氣制動系統設計及動車組的制動性能計算。

1　動車空氣制動系統設計

空氣制動系統包括風源系統、制動系統、輔助系統等。

1.1風源系統

風源系統為動車及拖車制動系統和輔助生活用風系統提供干燥潔凈的壓縮空氣，主要包括：空壓機、干燥器、總風缸、高壓保安閥、總風壓力開關等。其部件組成見圖1所示。

圖1　風源系統原理圖

（1）空壓機

空壓機采用一臺L2.4/10（s1）型螺桿式壓縮機，具有超壓安全、滑油溫度高及低壓啟動保護，能夠連續工作。主要技術參數如下：

根據出口蘇丹機車的經驗，為能夠滿足當地0～50℃環境溫度，空壓機溫度開關由110℃設定為130℃，聯軸節處彈性體選擇耐高溫橡膠，彈性體耐溫溫度≥120℃。

（2）干燥器

采用JK G2.A型空氣干燥器，該干燥器為雙塔結構，兩個塔按照90 s的轉換周期進行干燥和再生。主要技術參數如下：

（3）總風缸

采用2個容積為250 dm3的總風缸，總容積為500 dm3，分別位于油箱兩側。

（4）總風壓力控制器

為協調2臺動車空壓機合理運行，每節動車設置有2個總風壓力開關，分別為壓力開關1（750～900 kPa），壓力開關2（700～900 kPa）。當總風壓力低于700 kPa，壓力開關2動作，控制2臺動車空壓機同時工作。總風壓力低于750 kPa而高于700 kPa時，壓力開關1動作，控制本務動車一臺空壓機工作。該種控制方式能夠將空壓機的工作效率提高一倍，滿足螺桿式空壓機≥30%的工作率要求。

1.2制動系統

動車采用Wabtec公司生產的26-L型制動機，該制動機成熟可靠，在蘇丹鐵路廣泛使用，較好適應當地高溫沙漠環境。該制動機主要由26C-S A26制動閥、A-l撒沙及切斷先導閥、26-F控制閥、J1.4-14作用閥、8#放風閥等組成。其部件組成見圖2所示。

圖2　制動系統原理圖

動車26-L型制動機具有如下主要功能：

（1）動車組自動制動。通過操縱自動制動閥，可以實現動車組的制動、緩解、保壓等功能。列車管壓力設計為500 kPa，全制動時，動車與拖車制動缸壓力均為350 kPa。

（2）動車單獨制動。根據用戶要求，保留了動車的單獨制動功能，能夠實現動車的單獨制動與單緩。

（3）緊急制動。通過操縱自動制動閥、緊急制動閥或者斷鉤時，均可使動車組產生緊急制動，并自動切斷動車動力。緊急制動時，動車與拖車制動缸壓力均為380 kPa。

（4）自動保壓功能?？梢宰詣友a償動車制動缸壓力的泄漏。

（5）具有階段緩解和直接緩解功能，動車組設置為階段緩解。

（6）斷鉤保護功能。斷鉤時自動遮斷動車總風管對列車管的補風。

（7）懲罰制動。在動車組超速、警惕時執行懲罰制動。制動模式設置為常用制動。

（8）電空聯鎖功能。具有電阻制動撤銷后，制動缸壓力能自動追加與不能追加兩種。動車設置為不能追加。

（9）單獨制動保護功能。動車單獨制動時，動車組不能實施電阻制動；非操作端動車單獨制動時，動車組牽引封鎖。

（10）停放制動保護功能。拖車設置有停放制動，動車端能夠對拖車停放制動進行控制，當拖車實施停放制動時，動車組牽引封鎖。

2　動車組織凍醒能計算

2.1技術要求

整列動車組在滿員、速度100 km/h、平直道、清潔軌面運行狀態下，緊急制動距離≤800 m。

2.2動車組基本參數

動車采用單元制動器，低摩粉末冶金閘瓦；拖車采用輪盤制動，采用高摩冶金閘片，閘片摩擦系數由南車南京浦鎮車輛有限公司提供；動車組編組為2動4拖。

緊急制動時，動車閘瓦壓力k1計算：

制動缸直徑d=0.1775 m

制動倍率γ=4

機械效率η=0.85

閘缸壓力p=380 kPa

動車閘瓦壓力

2.3緊急制動時間及距離計算

根據T B/T 1407《列車牽引計算規程》標準，動車單位基本阻力公式參照DF11G機車：

拖車單位基本阻力公式參照準高速單層客車：

動車組單位基本阻力ω0的計算：其中每節動車質量P1=80 t，每節拖車滿員下質量P2=43 t：

每節動車制動力b1計算：其中每節動車制動器數n1=12，閘瓦壓力k1=31.95 kN，

閘瓦動摩擦系數：每節拖車制動力b2計算：其中每節拖車閘片n2=4，閘瓦壓力k2=51.2 kN，拖車閘片動摩擦系數μ2（由南車南京浦鎮車輛有限公司提供相關數據）

動車組制動力

動車組單位制動力：

動車組有效走行時間：

其中v1，v2為速度分段。

動車組緊急制動時間：tz=te+tk，其中tk為空走時間，取3.5 s。

動車組有效走行距離：

動車組空走距離：sk=tk×v0/3.6，其中v0為制動初速度，取100 km/h

動車組緊急制動距離：

根據動車組的初速度100 km/h，按每下降5 km/h進行分段，計算速度取分段中間值：

v1取值100，97.5，95，……，7.5，5，2.5

v2取值97.5，95，92.5，……，5，2.5，0

動車組緊急制動時間：

動車組緊急制動距離：

動車組在速度100 km/h、平直道、清潔軌面運行狀態下：緊急制動距離為562.4 m，制動時間為34.6 s。

2.4動車組緊急制動力與黏著力校核

干燥軌面黏著系數：

動車組黏著力：

動車組制動力：

速度v同樣按初速度100 km/h，每下降5 km/h進行分段，取分段中間值。分別計算動車組黏著力F、制動力B，計算結果見圖3。

圖3　動車組制動力與黏著力曲線

從計算結果可以看出在動車組緊急制動時，在任何速度下，動車組黏著力F均大于制動力B，能夠保證動車組輪對不會出現抱死滑行狀態。

2.5動車組制動一致性計算

動車組在緊急制動時，動車與拖車的瞬時減速度應盡量保持一致，以降低制動沖擊，為提高乘客舒適度。

首先假設動車與拖車分離，分別計算動車與拖車的有效制動距離，不考慮空走距離。動車有效制動距離：

拖車有效制動距離：

動車組有效制動距離：

動車瞬時減速度：

拖車瞬時減速度：

動車組瞬時減速度：

計算速度v1、v2取值同緊急制動距離計算保持一致。計算結果見表2，曲線圖見圖4。

表2　動車組緊急制動參數計算結果

圖4　動車組減速度曲線

從圖4中可以看出，在動車組速度從100 km/h降至32.5 km/h的過程中，動車與拖車的減速度基本保持了一致，制動平穩性良好，在速度低于32.5 km/h后，減速度差異開始擴大。速度低于5 km/h到停車的過程中，制動沖擊最大。

3　結 論

（1）動車組風源系統與制動系統參考出口蘇丹的SD D1型機車進行設計，滿足用戶當地0～50℃高溫、多風沙的氣候環境。

（2）動車組緊急制動距離，在滿員、平直、潔凈的軌道上計算結果是562.4 m，最終在蘇丹用戶處的試驗結果為600 m左右，滿足合同小于800 m的技術要求。但參照以前機車的設計經驗，大部分機車緊急制動距離實測值都比計算值比偏低，蘇丹動車組的實測值比計算值高出約40 m還是出乎了意料。

分析原因，在動車單機緊急制動時，制動缸壓力從0 kPa上升至（380±10）kPa在8～10 s，而國內的JZ-7型制動機制動缸壓力從0 kPa上升至（420～450）kPa時間在4～6 s，26-L型制動機上閘時間要慢2～4 s，標準TB/T1407里的空走時間tk取3.5 s就有點偏短。

當取值tk=5.5 s時，緊急制動距離：

參照實測結果600 m，動車組空走時間tk取值5.5 s較為合適。

（3）動車組制動黏著力校核。理論計算值，在任何速度下動車組黏著力均大于制動力，線路測試結果，動車組緊急制動時自動撒沙，動車組并未出現抱死滑行的情況，與計算相符。

（4）動車組制動一致性校核。用戶對該項沒有明確的考核指標，測試結果表明動車組緊急制動平穩性較好，未感覺到明顯的制動沖擊，在速度降至25 km/h時沖擊開始顯著，停車前5 s內比較明顯，測試結果與計算基本相符。良好的制動平穩性得到了用戶的認可。HD100型蘇丹動車組于2013年底順利通過蘇丹國鐵線路試驗，投入了正式運用中。該動車組成功的將滿足AAR標準的制動系統集成運用并裝車，為今后小編組、動力集中式動車組的制動系統設計與集成提供了寶貴的經驗。

［1］ 夏寅蓀.ND5型內燃機車［M］.北京：中國鐵道出版社，1988.

［2］ TB/T 1407-1998.列車牽引計算規程［S］.

Design of the Air Brake System of HD100 DMU and Analysis of the Braking Capacity

JIANG Ge，ZHANG Bin，HUANG Xuemen
（Research and Development Department，CSR Ziyang Loco motive Co.，Ltd.，Ziyang 641301 Sichuan，China）

The paper introduces the structure and principle of HD100 DMU＇s air brake system which export to Sudan and analyses the emergency braking capacity.

HD100 DMU；air system；AAR braking system；capacity analyzing

U266.35

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.08

1008-7842（2015）04-0035-05

?）男，工程師（

2015-01-21）