動車組制動力分配方式研究

于大堅

摘 要：合理的制動力分配能夠有效減少動車組制動時的能耗，降低制動磨耗設備（制動盤、閘片）的維護成本。本文對高速動車組的制動力分配方式（電制動力和空氣制動力的匹配關系）進行了研究，綜合實際運用需求和成本維護等多方面因素，提出了一種改進型的制動力分配方案，并以CRH1型動車組作為事例進行了數據分析和解剖。

關鍵詞：電制動;空氣制動;制動力分配;制動磨耗設備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.018

0 引言

制動系統承擔著動車組減速、停車的任務。高速動車組制動主要通過輪軌間的黏著作用產生制動力，且制動力的實際最大值受軌道粘著力的限制，一旦輪軌間的作用力超過了輪軌粘著的限制，就會打滑。因此從安全的角度，制動時應充分的利用軌道粘著，保證安全的停車距離。另因高速動車組施加制動時會產生大量的能量轉換，所以高速動車組制動時需要良好的控制策略來保證安全停車的同時還有較好的運用經濟性和乘坐舒適度[1]。

1 動車組制動方式

動車組制動主要有空氣制動和電制動兩種制動方式。空氣制動為盤形制動裝置，通過壓縮空氣使制動夾鉗上的閘片“夾緊”制動盤產生摩擦來實現制動，將列車的動能轉化為熱能。電制動是將牽引電動機變為發電機，制動時將電能反饋回電網，使能量再生利用，而不是變成熱能耗散掉，可有效地降低運用成本。

CRH1型動車組制動系統采用單管直通式電空制動系統與電制動系統，制動控制系統主要由制動信號發生、制動信號處理、制動信號執行三部分組成，統一由列車控制管理系統（TCMS）控制。 TCMS系統（包括列車控制設備TCU和網關GM）接收到制動指令后，根據車重、所需的減速度計算出制動力請求，通過網絡（MVB和WTB）進行傳遞制動指令給EBCU和PCU，并得到反饋信息，空氣制動由EBCU完成，電制動由PCU完成。

2 動車組制動力分配方式

和諧號動車組高速運行時，如果施加制動將會產生大量的能量轉換。而列車編組中動車和拖車具有不同的制動方式，制動時需合理協調各車間的制動力分配，使制動系統需要良好的控制策略來保證安全停車的同時還有較好的運用維護經濟性和乘坐舒適度[1]。

2.1 等減速度制動模式

等減速度制動模式列車根據各車的車重分配相應的制動力，使各車減速度一致，從而使車輛制動時充分利用軌道的粘著系數。動車如果電制力滿足制動力要求，則不用施加空氣制動，當如果電制力不足，補充空氣制動力;拖車直接施加空氣制動力至需求制動力。

等減速度模式的制動力分配圖如圖1所示，該模式動車的電制動力并未得到充分的利用（在施加小級別制動時該現象尤為明顯），且拖車制動盤的磨損明顯大于動車的制動盤磨損。因此該制動方式可以在較差的粘著條件下最大化的利用輪軌粘著，防止列車的制動力過分的在某輛車上集中施加，避免車輛出現滑行情況，保證制動距離。但也將導致拖車的制動盤和閘片磨損過快，且動車再生制動也不能得到充分利用，增加了動車組的維護成本，經濟性差。

2.2 等磨耗制動模式

等磨耗制動模式采取優先使用電制動，當電制動不足時，剩余的制動力平均分配到每套基礎制動設備上，使動車和拖車的每組制動盤和閘片所承受的制動力基本一致，進而使其磨耗趨于平衡，維護周期基本一致，有利于提高動車組的可維護性和經濟性。

等磨耗模式制動力分配圖如下圖2所示，此模式不僅能充分利用電制動，還可以使動車和拖車的制動盤和閘片的磨耗趨于平衡，制動盤和閘片的維護周期基本一致，有利于提高動車組運用的可維護性和經濟性。但是該方式每個動車所承受的總制動力明顯大于拖車所承受的制動力，當軌道粘著條件差時，動車更容易產生滑行，進而影響制動距離，安全性相對有所降低。

2.3 傳統的電空復合制動模式

傳統的電空復合制動模式采取優先使用電制動以降低空氣制動部件的磨耗;電制動力不足部分由拖車的空氣制動來承擔，來平衡動拖車之間施加的總制動力，盡量利用軌道粘著;當制動力需求更大時候，再使用動車的空氣制動力。此種模式可以在充分利用動車組電制動力的基礎上，盡量利用軌道的粘著，避免動車施加過大的制動力產生滑行。

該模式制動力分配圖如下圖3所示，雖然此模式電制動得到了充分的利用，但因動車的摩擦制動應用較少（在小級別制動中尤為明顯），故拖車制動盤較動車明顯磨損嚴重，會出現拖車制動盤和閘片須頻繁進行維護，而動車較少維護的情況，總體上增加了動車組的維護成本，增加了動車組運用的全壽命周期成本。

3 改進型動車組制動力分配方式

基于以上各種制動力分配方式的優缺點，結合動車組實際運用的行車特點，在保證安全同時兼顧維護經濟性的基礎上，本文提出了一種新型的制動力分配控制方法。

改進型的制動力分配控制框圖如圖4所示，施加常用制動時采用等磨耗的制動力分配方式，保證動車組的經濟性和可維護性，而檢測到制動過程中發生滑行，立刻切換至等減速度的制動力分配模式以保證充分利用軌道粘著，保證列車安全。而當施加緊急制動時，此時的制動力較大，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力分配方式。

根據運行經驗，設計時制動的減速度值的大小已經充分考慮輪軌粘著的影響，天氣狀態良好的情況下，正常運行制動基本上不會因沒有充分利用軌道粘著產生滑行，只有當天氣狀態惡劣施加大級別制動時才會出現滑行。因此這種改進型制動力分配方式大部分時間都采取等磨耗的制動力分配方式，僅當制動時檢測到滑行或施加緊急制動時（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兼顧維護經濟性。

4 結語

本文詳細介紹并分析了現有的制動力分配方式，并以CRH1型車為例詳細分析了各種分配方式的原理和優缺點，最后基于各種制動力分配方式的特點，結合動車組實際運用的行車特點，在保證安全同時兼顧維護經濟性的基礎上，本文提出了一種新型的制動力分配控制方法，可以在保證安全的前提下，進一步提高動車組運用的可維護性和經濟性，降低動車組運用的全壽命周期成本[2]，為空氣制動力分配提供了新的思路。

參考文獻：

[1]姜巖峰，曹宏發，王鵬飛，程宏明，安志鵬.和諧號動車組制動力動態分配模式[J].鐵道機車車輛，2011，31（05）：48-51.

[2]賽華松，喬峰，趙楊坤.高速動車組常用制動分配方式的研究[J].和諧共贏創新發展-旅客列車制動技術交流論文集，2017（08）：52-57.