動車組電空制動系統仿真研究

王華

（吉林鐵道職業技術學院，吉林吉林 132000）

動車組電空制動系統仿真研究

王華

（吉林鐵道職業技術學院，吉林吉林 132000）

文章設計一款功能齊全、技術先進、可操作性強的動車組制動實訓設備，并簡單介紹其功能參數。

動車組；制動系統；功能；參數

我國目前擁有 1800 組動車組，已經超過了世界其他國家的總量，動車組制造、動態監測均處于世界領先。然而，動車組運用與檢修的從業人員專業素質有待提高。據鐵路總公司的統計，所有運行事故中與人員素質有關的占 50%以上。究其原因，從業人員對動車組關鍵技術的掌握面臨困難。缺乏適用的教材，更沒有功能齊全、技術先進、可操作性強的實訓培訓裝備。目前我國的動車組，CRH1、CRH3、CRH380B/BL 均采用克諾爾制動技術，世界上的動車組當中克諾爾技術占了相當大的比重。由于克諾爾公司技術保密政策，目前國內尚無此類實驗實訓裝備。針對這一現象，設計一個既可以實現動車組制動系統各性能，又可以用于高職教學的動車組制動系統是十分必要的。

高速鐵路動車組制動實驗實訓室項目，擬以時速 380km高鐵 B/BL 動車組為原型，以一動一拖為一個動力單元，根據克諾爾直通式電空制動的原理，按照真車的布置設計實訓機構。

1 該試驗臺可以實現的主要功能

（1）可以進行單車或一個列車基本單元的制動系統性能試驗。

（2）能夠進行常用制動、緊急制動、停放制動、備用制動、回送模式下的直通制動試驗；常用制動過程中能夠進行以下試驗：①復合制動試驗；②空氣制動試驗；③速度——粘著控制模式試驗；④根據載荷變化自動調整制動力的試驗（BCU控制）；⑤防滑控制功能試驗；⑥故障模擬和故障診斷處理功能試驗。

緊急制動過程中可以進行以下試驗：①復合制動試驗（制動控制器緊急制動）；②空氣制動試驗（緊急按鈕緊急制動）；③根據載荷變化自動調整制動力的試驗（制動控制器緊急由BCU 控制，緊急按鈕緊急制動由空重閥控制）；④防滑控制功能試驗；⑤故障模擬和故障診斷處理功能試驗。

（3）能夠對試驗結果進行檢測記錄。

（4）能夠模擬車輛速度、動力制動力、車輛載荷的變化。

2 主要技術參數

（1）總風管壓力為 800～1000KPa，列車管定壓 600KPa。

（2）電源電壓：AC220V，DC110V。

（3）模擬最高試驗速度 380km/h。

（4）緊急制動距離。①制動初速度 300km/h 時，純空氣制動時制動距離為 3700m。②制動初速度 250km/h 時，純空氣制動時制動距離為 2700m。③制動初速度 200km/h 時，純空氣制動時制動距離為 2000m。

（5）空氣阻力。

R（N）=0.000755mg+120.344（v+dv）+7.838（v+dv）2

式中，m 為列車質量（kg）；dv 為逆風速度（m/s）；v 為速度（m/s）；

（6）輪軌粘著系數，如圖1 所示。

圖1 平直軌道輪軌粘著系數

3 功能設計

（1）常用制動試驗。啟動常用制動試驗模式時，由制動控制器發出制動指令，制動指令的大小與制動控制器的扳動角度成比例。制動控制器發出制動指令后，傳給中央控制單元CCU，CCU 根據制動指令和列車單元的車輛載荷計算制動力需求值，CCU 將制動力需求值通過“CAN”總線傳給試驗臺測控系統，同時 CCU 通過“CAN”總線將制動指令傳給每輛車的BCU。測控系統將動力制動力模擬值反饋到 CCU，CCU 將制動力需求值和動力制動力模擬值進行比較，如果動力制動力滿足不了制動力需求，按照優先由拖車的空氣制動進行補償的原則和車輛載荷進行動力制動力的分配，分配給每輛車的動力制動力信號通過“CAN”總線傳到每輛車的 BCU。

（2）緊急制動試驗。緊急制動試驗過程中，可以進行復合制動、空氣制動、載荷變化、防滑控制和故障模擬的試驗。

啟動緊急制動試驗模式時，可通過以下方法觸發緊急制動：①按下緊急制動按鈕，產生純空氣緊急制動。②制動控制器置“緊急”位，產生電空混合緊急制動。③速度大于 0km/h，施加停放制動觸發緊急制動。④其它監控設備，如 ATP 等觸發的緊急制動。

緊急制動的控制方法如下：①列車管排大氣。通過分配閥啟動自動空氣緊急制動；②直通制動的緊急制動電磁閥斷電，啟動直通空氣緊急制動；③常用制動冗余。每臺 BCU 檢測“緊急回路狀態”列車線，施加緊急制動。

在正常運行時，列車管充滿定壓，緊急制動回路閉合。在緊急制動時，列車管通過緊急按鈕和動車的緊急制動閥排大氣，同時緊急制動回路斷電。每輛車的制動控制單元都連接到緊急制動回路上。通過列車管大氣，所有車上的分配閥都起作用，產生制動缸預控制壓力，到達直通制動控制單元。

（3）停放制動試驗。啟動停放制動試驗模式時，通過停放開關觸發停放制動。對于停放單元缸，排氣施加停放制動，充氣緩解停放制動。每輛拖車的每根軸帶有一個停放單元缸。停放開關置于緩解位，激活一個雙穩態電磁閥為彈簧制動缸充風，緩解停放制動；停放開關置于制動位，激活一個雙穩態電磁閥使彈簧制動缸排氣，實施制動。

（4）備用制動試驗。啟動備用制動試驗，將操縱臺隔離開關置于關閉位，利用備用制動控制器進行備用制動試驗，記錄試驗結果。

（5）回送模式直通制動試驗。對于采用自動空氣制動作為備用制動的動車組，回送時，是通過牽引機車或連掛列車的機車大閘操縱制動主管壓力，來操縱動車組的備用自動制動系統，實現動車組的制動和緩解。如果動車組只有直通制動系統，回送時就需要采集牽引機車或連掛列車的制動主管壓力信號，以此信號作為指令來操縱動車組制動系統，實現動車組的制動和緩解。

（6）防滑控制試驗。常用制動過程中，可啟動防滑控制試驗。防滑控制試驗時，由測控系統按照設定的滑行模式來控制每根軸的速度變化。對于動軸，防滑控制系統可對空氣制動和動力制動進行防滑控制。常用制動時，測控系統的動力制動模擬裝置根據低于空氣制動防滑的判據值，對出現滑行的軸進行防滑控制，即減小該軸的動力制動力。正常情況下，動力制動防滑判據值設置較敏感，可較好控制動力制動的滑行；如果動軸仍存在嚴重滑行，則 BCU 會發送一個減算指令（通過 CAN 總線）給動力制動模擬裝置，使其減小動力制動力。

4 結語

設計的這款動車組制動實訓設備，不但可以體現出動車組制動系統的特性，還模擬了實際檢修工作中會出現的狀況，從而更好地應用到高職教學中。

Research on Simulation of EMU air brake system

WA NG Hua
（Jilin R ailway Technology College，Jilin，Jilin 132000，China）

This paper designs a fully functional and strong operational EMU brake training equipment with advanced technology，and briefly introduces its functional parameters.

EMU；braking system；function；parameter

U266.2

A

2095-980X（2016）12-0043-02

2016-11-07

吉林省高等教育學會 2015 年度教科研課題《動車組制動系統實驗實訓平臺設計》（課題批準號：JGJX2015B50），主持人：王華。

王華（1959-），男，吉林吉林人，教授，副院長。