復興號動車組超員報警功能對制動系統的影響分析

宋國良

(中國國家鐵路集團有限公司 機輛部， 北京 100844)

列車的高速化發展，對制動系統提出了更高的要求[1]。復興號動車組制動系統設置了超員報警功能。自復興號動車組投入運營以來，發生了多起超員報警問題，對高鐵運輸秩序帶來一定影響。結合中國鐵路實際運輸需求提出超員報警功能的優化方案，設置超員預警和超員報警兩級報警功能，并調整了設計參數。接著從動車組制動力、摩擦副熱負荷能力、制動距離等方面開展了影響分析和安全評估。

1 復興號動車組現有超員報警設計

1.1 超員報警工作原理

復興號動車組在速度小于5 km/h時通過制動控制裝置(BCU)檢測空氣彈簧壓力，根據空氣彈簧壓力與車質量的對應關系，將壓力轉換為車質量后傳給列車網絡控制系統，列車網絡控制系統將采集到的數值與超員報警值進行比較，當某個單車采集數值大于或等于單車超員報警值時，報單車超員報警；當所有單車采集數值之和大于或等于列車超員報警值時，報列車超員報警。

動車組發生超員報警時，司機室、乘務員室以及機械師室監控屏將彈屏顯示，同時報警車廂廣播中有聲音提示，當疏散至小于超員報警值時，動車組超員報警自動解除。

1.2 超員報警值設定現狀

考慮到車質量檢測誤差，為避免超員誤報警，CR400AF型動車組各車在超員20%的車質量基礎上，各車增加1 t質量設定為超員報警設定值，見表1；CR400BF型動車組各車在超員20%的車質量基礎上，3、6車增加0.6～0.8 t后達到車輛軸重限值68 t，2、7車增加2.5 t后接近68 t，所以2、3、6、7車報警值按照68 t設置，其余車按超員20%后再增加約2.5 t設定為報警值，見表2。整列車超員報警值均為各單車超員報警值之和。

2 復興號動車組超員報警優化方案

將超員狀態分為超員預警和超員報警兩級(速度大于5 km/h不進行超員預警和報警檢測)，單車設單車超員預警(單車超員20%)和單車超員報警兩級；整列設列車超員預警(整列超員20%)和列車超員報警兩級。考慮車質量檢測誤差，避免超員誤報警，復興號動車組超員預警值設定為在超員20%的車質量基礎上，各車增加1.25 t(考慮檢測誤差0.85 t和積灰0.4 t)，超員報警值設定為車質量允許最大限值66.75 t(最大軸重68 t-檢測誤差0.85 t-積灰質量0.4 t)，其中CR400BF因3車、6車自重較重，無法再區分預警和報警兩級，故只按66.75 t直接設一級報警值。整列車超員預警和超員報警值為各單車超員預警和超員報警值之和。優化后CR400AF型動車組列車超員報警時的整列車質量相對于定員質量增加了52.4 t，見表3。CR400BF型動車組超員報警時的整列車質量相對于定員質量增加了30.19 t，見表4。

表1 CR400AF型動車組車質量及超員報警設置情況

表2 CR400BF型動車組車質量及超員報警設置情況

表3 CR400AF型動車組車質量及超員報警設置情況

表4 CR400BF型動車組車質量及超員報警設置情況

超員達到車質量允許最大限值時，進行超員報警，在司機室、機械師室及乘務員室彈屏顯示并聲光報警，同時在報警車廂內廣播。客運乘務員組織疏散，列車長上報信息，要求后續車站在售票和旅客乘降方面采取相應措施，超員報警解除后方可行車。

3 復興號動車組超員報警功能對制動系統的影響分析

3.1 列車制動力影響分析

制動系統設置有空重車閥，緊急制動UB時具有空重車調整功能，在不超軸重范圍內，制動力能夠隨著車質量的增加而增大。

動車組常用制動和緊急制動EB的制動力受軟件控制，制動力能夠隨著車質量的增加而增大。

3.2 基礎制動裝置熱負荷能力影響分析

復興號各車型基礎制動配置相同，即：動車每軸配置2套鑄鋼輪盤；拖車每軸配置3套鑄鋼軸盤。

基礎制動熱負荷按照車輛設計的最大軸質量17 t[2]進行校核，連續兩次初速度350 km/h緊急制動工況下，各車型輪盤和軸盤最高溫度計算結果如表5所示：

表5 熱負荷能力計算結果

在1∶1制動動力試驗臺，進行連續兩次大壓力制動，輪盤和軸盤最高溫度試驗結果如表6所示：

表6 熱負荷能力試驗臺試驗結果

3.3 制動距離影響分析

復興號各車型動車組在350 km/h和300 km/h初速度下，制動距離的計算值見表7。

3.4 超員載荷下正線制動距離和制動熱負荷試驗驗證

復興號動車組技術條件規定，350 km/h初速度緊急制動距離不大于6 500 m，大功率鋼質制動盤單次停車制動的制動盤溫度限值通常為不超過700 ℃。

表7 制動距離計算結果 m

為了驗證復興號動車組在超員載荷下制動距離及制動熱負荷是否滿足上述要求，特選取CR400AF-B/CR400BF-B動車組，車質量加載至設計滿軸質量(17 t)后在正線進行初速度350 km/h的緊急制動EB(純空氣工況)、緊急制動UB制動試驗，這兩種工況下制動力全部由空氣制動承擔，熱負荷最嚴苛。此次試驗采用在制動閘片摩擦塊上加裝熱電偶的方式，間接測試制動盤制動溫升情況，以降低正線研究性試驗對參試車輛制動部件的影響。為確保閘片溫升能夠有效反映出制動盤面的溫度變化情況，復興號動車組超員載荷正線試驗前，利用高速鐵路系統試驗國家工程實驗室的高速1∶1 制動動力試驗臺，對350 km/h初速度下緊急制動的制動盤、閘片溫度對應關系進行了對標試驗，對標試驗得到如下信息：

(1)隨著制動次數的增加以及閘片的磨耗，制動盤和閘片上測得的最高溫度均呈上升趨勢，閘片最高溫度上升速度明顯大于制動盤；

(2)制動試驗過程中，隨著制動初速度的增大，制動盤和閘片上測得的最高溫度值持續升高，閘片與制動盤的溫度差也越來越大；

(3)隨著閘片溫度升高，制動盤和閘片的溫差百分比趨于穩定，閘片溫度超過700 ℃后，兩者溫差約200 ℃(溫差30%)左右。

表8為CR400AF-B/CR400BF-B動車組正線實測制動距離和制動過程中閘片最高溫度數據，其中CR400AF-B制動距離為6 085 m，CR400BF-B制動距離為6 229 m，制動距離滿足要求。CR400AF-B動車閘片的溫度為621 ℃，拖車閘片的溫度為710 ℃；CR400BF-B動車閘片的溫度為625 ℃，拖車閘片的溫度為747℃，折算為制動盤溫度后，滿足不高于700 ℃

表8 滿軸重制動距離及閘片溫度試驗結果

的要求。

4 結 論

針對復興號動車組運營中出現的超員報警問題，對列車超員報警功能進行了優化，優化后CR400AF型動車組列車超員報警時的整列車質量相對于定員質量增加了52.4 t。CR400BF型動車組超員報警時的整列車質量相對于定員質量增加了30.19 t，經理論分析和試驗驗證，優化后列車制動距離及熱負荷均滿足要求。