動車組制動力分配方式研究

崔少杰

摘要：隨著社會的發(fā)展，我國現(xiàn)代化建設的發(fā)展也突飛猛進。制動系統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)生大量的能量轉(zhuǎn)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(jīng)濟性和乘坐舒適度。

關鍵詞：動車組；制動力；分配方式研究

引言

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(shù)據(jù)分析和解剖。

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(chǎn)生摩擦來實現(xiàn)制動，將列車的動能轉(zhuǎn)化為熱能。電制動是將牽引電動機變?yōu)榘l(fā)電機，制動時將電能反饋回電網(wǎng)，使能量再生利用，而不是變成熱能耗散掉，可有效地降低運用成本。

CRH1型動車組制動系統(tǒng)采用單管直通式電空制動系統(tǒng)與電制動系統(tǒng)，制動控制系統(tǒng)主要由制動信號發(fā)生、制動信號處理、制動信號執(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)（包括列車控制設備TCU和網(wǎng)關GM）接收到制動指令后，根據(jù)車重、所需的減速度計算出制動力請求，通過網(wǎng)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常用制動力分配方式

動車組制動系統(tǒng)主要包括制動指令設備、制動控制系統(tǒng)、風源系統(tǒng)、基礎制動和動力制動裝置等。動車組常用制動時，由制動控制系統(tǒng)根據(jù)制動指令設備發(fā)出的常用制動指令進行制動力的管理，控制基礎制動和動力制動裝置執(zhí)行制動作用，風源系統(tǒng)提供制動過程中所需要的壓縮空氣。目前，“和諧號”動車組在進行常用制動力分配時常用的有均衡制動控制和電制動力優(yōu)先控制[1]。

2.1均衡制動控制

均衡制動控制是各車等減速度的控制方式，即各車承擔自身所需制動力。動車優(yōu)先使用電制動力，不足的部分采用本車的空氣制動力補充，拖車采用本車的空氣制動力。采用均衡制動控制時，施加在每輛車上的制動力與本車的質(zhì)量成正比，單車對黏著的利用率相同。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，改善制動性能。由于空氣制動力與電制動力僅在單車（動車）范圍內(nèi)進行復合制動，拖車僅能使用本車的空氣制動力，此種控制方式不能充分發(fā)揮電制動力的效果。在實際運營過程中，拖車頻繁使用空氣制動，動車空氣制動基本不用，故拖車的制動盤和閘片的磨耗要遠大于動車。

2.2電制動力優(yōu)先控制

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

2.3兩種常用制動力分配方式的比較

通過以上分析可見，相較于均衡制動控制，傳統(tǒng)的電制動力優(yōu)先控制，由于充分利用了電制動力，列車制動盤和閘片的整體磨耗較低，但拖車的制動盤和閘片的磨耗仍高于動車，導致拖車制動盤和閘片的維護周期短于動車，實際運用時會出現(xiàn)拖車頻繁維護、動車維護較少的情況[3]。“和諧號”動車組的動車制動盤普遍采用輪裝制動盤，為分體式結構，采用螺栓連接的方式安裝在車輪兩側，與之匹配的閘片安裝于車輪對應的兩側位置；拖車制動盤普遍采用軸裝制動盤，為整體式結構，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盤對應的兩側位置。由此造成拖車制動盤和閘片的維護難度遠高于動車，不利于運營的可維護性和經(jīng)濟性。

2.4等磨耗制動模式

等磨耗制動模式采取優(yōu)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(jīng)濟性。等磨耗制動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(jīng)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(chǎn)生滑行，進而影響制動距離，安全性相對有所降低。

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(yōu)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(jīng)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。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(jīng)濟性和可維護性，而檢測到制動過程中發(fā)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(jù)運行經(jīng)驗，設計時制動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，正常運行制動基本上不會因沒有充分利用軌道粘著產(chǎn)生滑行，只有當天氣狀態(tài)惡劣施加大級別制動時才會出現(xiàn)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(jīng)濟性。

結語

通過以上對比分析可見，相較于傳統(tǒng)的電制動優(yōu)先控制，改進型常用制動控制在充分利用了電制動力、減小了列車制動盤和閘片的整體磨耗基礎上，通過設置適當?shù)谋壤禂?shù)（針對不同制動級別可設置不同的比例系數(shù)），可調(diào)節(jié)空氣制動力在動車和拖車上的分配比例，進一步通過對動車和拖車基礎制動裝置數(shù)量的適當配置，使分配到每套基礎制動裝置上的制動力基本一致，使動車和拖車制動盤和閘片的磨耗趨于平衡，有利于提升動車組運用的可維護性和經(jīng)濟性。本文主要講述動車組空電復合制動分配原則，解析了其制動力復合控制邏輯，舉例說明了在不同工況下制動力分配方法。面對不同的列車狀態(tài)，合理地選用制動力分配方案對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，制動力的分配方式還和線路條件、車重等條件相關，所以在制動系統(tǒng)設計、選型時還要根據(jù)實際情況做出判斷。

參考文獻

[1]姜巖峰，曹宏發(fā)，王鵬飛，等.和諧號動車組制動力動態(tài)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-旅客列車制動技術交流論文集，2017，（08）：60-65.

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

（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司山東青島）