于大堅(jiān)

摘 要：合理的制動(dòng)力分配能夠有效減少動(dòng)車(chē)組制動(dòng)時(shí)的能耗，降低制動(dòng)磨耗設(shè)備（制動(dòng)盤(pán)、閘片）的維護(hù)成本。本文對(duì)高速動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)力分配方式（電制動(dòng)力和空氣制動(dòng)力的匹配關(guān)系）進(jìn)行了研究，綜合實(shí)際運(yùn)用需求和成本維護(hù)等多方面因素，提出了一種改進(jìn)型的制動(dòng)力分配方案，并以CRH1型動(dòng)車(chē)組作為事例進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析和解剖。

關(guān)鍵詞：電制動(dòng);空氣制動(dòng);制動(dòng)力分配;制動(dòng)磨耗設(shè)備

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

0 引言

制動(dòng)系統(tǒng)承擔(dān)著動(dòng)車(chē)組減速、停車(chē)的任務(wù)。高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)主要通過(guò)輪軌間的黏著作用產(chǎn)生制動(dòng)力，且制動(dòng)力的實(shí)際最大值受軌道粘著力的限制，一旦輪軌間的作用力超過(guò)了輪軌粘著的限制，就會(huì)打滑。因此從安全的角度，制動(dòng)時(shí)應(yīng)充分的利用軌道粘著，保證安全的停車(chē)距離。另因高速動(dòng)車(chē)組施加制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的能量轉(zhuǎn)換，所以高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)時(shí)需要良好的控制策略來(lái)保證安全停車(chē)的同時(shí)還有較好的運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性和乘坐舒適度[1]。

1 動(dòng)車(chē)組制動(dòng)方式

動(dòng)車(chē)組制動(dòng)主要有空氣制動(dòng)和電制動(dòng)兩種制動(dòng)方式。空氣制動(dòng)為盤(pán)形制動(dòng)裝置，通過(guò)壓縮空氣使制動(dòng)夾鉗上的閘片“夾緊”制動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，將列車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。電制動(dòng)是將牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，制動(dòng)時(shí)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(yùn)用成本。

CRH1型動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)采用單管直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)與電制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)控制系統(tǒng)主要由制動(dòng)信號(hào)發(fā)生、制動(dòng)信號(hào)處理、制動(dòng)信號(hào)執(zhí)行三部分組成，統(tǒng)一由列車(chē)控制管理系統(tǒng)（TCMS）控制。 TCMS系統(tǒng)（包括列車(chē)控制設(shè)備TCU和網(wǎng)關(guān)GM）接收到制動(dòng)指令后，根據(jù)車(chē)重、所需的減速度計(jì)算出制動(dòng)力請(qǐng)求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（MVB和WTB）進(jìn)行傳遞制動(dòng)指令給EBCU和PCU，并得到反饋信息，空氣制動(dòng)由EBCU完成，電制動(dòng)由PCU完成。

2 動(dòng)車(chē)組制動(dòng)力分配方式

和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組高速運(yùn)行時(shí)，如果施加制動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生大量的能量轉(zhuǎn)換。而列車(chē)編組中動(dòng)車(chē)和拖車(chē)具有不同的制動(dòng)方式，制動(dòng)時(shí)需合理協(xié)調(diào)各車(chē)間的制動(dòng)力分配，使制動(dòng)系統(tǒng)需要良好的控制策略來(lái)保證安全停車(chē)的同時(shí)還有較好的運(yùn)用維護(hù)經(jīng)濟(jì)性和乘坐舒適度[1]。

2.1 等減速度制動(dòng)模式

等減速度制動(dòng)模式列車(chē)根據(jù)各車(chē)的車(chē)重分配相應(yīng)的制動(dòng)力，使各車(chē)減速度一致，從而使車(chē)輛制動(dòng)時(shí)充分利用軌道的粘著系數(shù)。動(dòng)車(chē)如果電制力滿(mǎn)足制動(dòng)力要求，則不用施加空氣制動(dòng)，當(dāng)如果電制力不足，補(bǔ)充空氣制動(dòng)力;拖車(chē)直接施加空氣制動(dòng)力至需求制動(dòng)力。

等減速度模式的制動(dòng)力分配圖如圖1所示，該模式動(dòng)車(chē)的電制動(dòng)力并未得到充分的利用（在施加小級(jí)別制動(dòng)時(shí)該現(xiàn)象尤為明顯），且拖車(chē)制動(dòng)盤(pán)的磨損明顯大于動(dòng)車(chē)的制動(dòng)盤(pán)磨損。因此該制動(dòng)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(chē)的制動(dòng)力過(guò)分的在某輛車(chē)上集中施加，避免車(chē)輛出現(xiàn)滑行情況，保證制動(dòng)距離。但也將導(dǎo)致拖車(chē)的制動(dòng)盤(pán)和閘片磨損過(guò)快，且動(dòng)車(chē)再生制動(dòng)也不能得到充分利用，增加了動(dòng)車(chē)組的維護(hù)成本，經(jīng)濟(jì)性差。

2.2 等磨耗制動(dòng)模式

等磨耗制動(dòng)模式采取優(yōu)先使用電制動(dòng)，當(dāng)電制動(dòng)不足時(shí)，剩余的制動(dòng)力平均分配到每套基礎(chǔ)制動(dòng)設(shè)備上，使動(dòng)車(chē)和拖車(chē)的每組制動(dòng)盤(pán)和閘片所承受的制動(dòng)力基本一致，進(jìn)而使其磨耗趨于平衡，維護(hù)周期基本一致，有利于提高動(dòng)車(chē)組的可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性。

等磨耗模式制動(dòng)力分配圖如下圖2所示，此模式不僅能充分利用電制動(dòng)，還可以使動(dòng)車(chē)和拖車(chē)的制動(dòng)盤(pán)和閘片的磨耗趨于平衡，制動(dòng)盤(pán)和閘片的維護(hù)周期基本一致，有利于提高動(dòng)車(chē)組運(yùn)用的可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性。但是該方式每個(gè)動(dòng)車(chē)所承受的總制動(dòng)力明顯大于拖車(chē)所承受的制動(dòng)力，當(dāng)軌道粘著條件差時(shí)，動(dòng)車(chē)更容易產(chǎn)生滑行，進(jìn)而影響制動(dòng)距離，安全性相對(duì)有所降低。

2.3 傳統(tǒng)的電空復(fù)合制動(dòng)模式

傳統(tǒng)的電空復(fù)合制動(dòng)模式采取優(yōu)先使用電制動(dòng)以降低空氣制動(dòng)部件的磨耗;電制動(dòng)力不足部分由拖車(chē)的空氣制動(dòng)來(lái)承擔(dān)，來(lái)平衡動(dòng)拖車(chē)之間施加的總制動(dòng)力，盡量利用軌道粘著;當(dāng)制動(dòng)力需求更大時(shí)候，再使用動(dòng)車(chē)的空氣制動(dòng)力。此種模式可以在充分利用動(dòng)車(chē)組電制動(dòng)力的基礎(chǔ)上，盡量利用軌道的粘著，避免動(dòng)車(chē)施加過(guò)大的制動(dòng)力產(chǎn)生滑行。

該模式制動(dòng)力分配圖如下圖3所示，雖然此模式電制動(dòng)得到了充分的利用，但因動(dòng)車(chē)的摩擦制動(dòng)應(yīng)用較少（在小級(jí)別制動(dòng)中尤為明顯），故拖車(chē)制動(dòng)盤(pán)較動(dòng)車(chē)明顯磨損嚴(yán)重，會(huì)出現(xiàn)拖車(chē)制動(dòng)盤(pán)和閘片須頻繁進(jìn)行維護(hù)，而動(dòng)車(chē)較少維護(hù)的情況，總體上增加了動(dòng)車(chē)組的維護(hù)成本，增加了動(dòng)車(chē)組運(yùn)用的全壽命周期成本。

3 改進(jìn)型動(dòng)車(chē)組制動(dòng)力分配方式

基于以上各種制動(dòng)力分配方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合動(dòng)車(chē)組實(shí)際運(yùn)用的行車(chē)特點(diǎn)，在保證安全同時(shí)兼顧維護(hù)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新型的制動(dòng)力分配控制方法。

改進(jìn)型的制動(dòng)力分配控制框圖如圖4所示，施加常用制動(dòng)時(shí)采用等磨耗的制動(dòng)力分配方式，保證動(dòng)車(chē)組的經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性，而檢測(cè)到制動(dòng)過(guò)程中發(fā)生滑行，立刻切換至等減速度的制動(dòng)力分配模式以保證充分利用軌道粘著，保證列車(chē)安全。而當(dāng)施加緊急制動(dòng)時(shí)，此時(shí)的制動(dòng)力較大，屬緊急情況下的停車(chē)，采取等減速度模式以安全為主的制動(dòng)力分配方式。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)制動(dòng)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(yùn)行制動(dòng)基本上不會(huì)因沒(méi)有充分利用軌道粘著產(chǎn)生滑行，只有當(dāng)天氣狀態(tài)惡劣施加大級(jí)別制動(dòng)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)滑行。因此這種改進(jìn)型制動(dòng)力分配方式大部分時(shí)間都采取等磨耗的制動(dòng)力分配方式，僅當(dāng)制動(dòng)時(shí)檢測(cè)到滑行或施加緊急制動(dòng)時(shí)（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(shí)兼顧維護(hù)經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹并分析了現(xiàn)有的制動(dòng)力分配方式，并以CRH1型車(chē)為例詳細(xì)分析了各種分配方式的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，最后基于各種制動(dòng)力分配方式的特點(diǎn)，結(jié)合動(dòng)車(chē)組實(shí)際運(yùn)用的行車(chē)特點(diǎn)，在保證安全同時(shí)兼顧維護(hù)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新型的制動(dòng)力分配控制方法，可以在保證安全的前提下，進(jìn)一步提高動(dòng)車(chē)組運(yùn)用的可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性，降低動(dòng)車(chē)組運(yùn)用的全壽命周期成本[2]，為空氣制動(dòng)力分配提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：

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