试论国内动力集中动车组制动控制技术

试论国内动力集中动车组制动控制技术

白福瑞

中车唐山机车车辆有限公司       063000

摘要：文章介绍了国内外动力集中动车组制动技术现状，提出了我国２００ｋｍ／ｈ动力集中动车组制动系统设计目标，分析研究了制动控制系统的组成、主要功能及作用原理。２００ｋｍ／ｈ动力集中动车组制动控制系统技术方案比既有

１６０ｋｍ／ｈ动力集中动车组的制动技术性能有较大提升，提高了紧急制动和常用制动功能的可靠性，同时考虑了连挂回送及混编需要。

关键词：动力集中动车组；制动技术；工作原理；

一、动力集中动车组制动技术现状

高速动车组分为动力集中和动力分散２种模式，其制动控制系统有自动式电空和直通式电空２种作用方式。我国和日本的200ｋｍ／ｈ及以上速度等级高速动车组均采用动力分散方式，采用微机控制的直通式电空制动控制系统，ＣＲＨ３Ｃ、ＣＲＨ５Ａ、ＣＲＨ３８０Ｂ还设置了备用自动空气制动机；欧洲大部分高速动车组采用动力集中方式，主要采用自动式空气或电空制动控制系统。

1.1国外动力集中动车组制动技术现状

动车和拖车多采用自动式电空或微机控制的自动式电空制动控制系统、大功率盘形基础制动装置、高性能防滑器等，部分拖车还装有线性涡流制动、磁轨制动装置。采用双管供风，总风管参与制动系统供风。动车制动系统根据制动控制器产生的制动指令控制列车管压力变化，同时通过指令线将制动和缓解信号传递到每辆拖车的电空制动装置，使各车的分配阀同步产生制动和缓解作用。也有的动车组通过网络或硬线将制动和缓解信号传递到每辆拖车的微机控制单元，由微机控制单元控制拖车电空制动装置。动车通常采用动力制动和空气制动的复合制动方式，拖车根据列车管的压力变化施加空气制动。欧洲动力集中动车组制动控制系统主要具有以下特点：

（１）具有阶段制动和阶段缓解功能，制动力调节能力良好，控制准确。

（２）能够实现同步制动和缓解，可减小制动和缓解过程的冲动。

（３）具有故障诊断功能。在采用微机控制制动系统的动车组上，制动机的电控部分能够进行自诊断并实现故障导向安全功能，且能根据压力传感器和压力

开关的信号监测制动机的状态。

（４）具有信息通信功能。

1.2国内动力集中动车组制动技术现状

该动车组采用自动式电空制动系统，动车和控制车采用ＣＡＢ－Ａ型微机控制制动系统，拖车采用Ｆ８型和１０４型电空制动装置，通过５线制电空指令线接收动车或控制车的制动、缓解指令，控制制动电磁阀、缓解电磁阀、保压或紧急电磁阀得失电，实现电空制动功能，基础制动采用铸钢制动盘、粉末冶金闸片和制动夹钳单元。有以下特点：

（１）动车和控制车采用微机控制制动系统，拖车采用Ｆ８型和１０４型电空制动装置，开通使用列车电空制动功能，可基本实现同步制动，提高了缓解作用的一致性，减小了列车冲动。

（２）采用Ｆ８型电空制动装置的列车紧急制动响应时间明显缩短，减少了空走时间和空走距离。

（３）基础制动采用铸钢制动盘和粉末冶金闸片，提高了制动盘的热负荷承受能力，可提高制动系统的制动能力，延长制动盘的使用寿命。与我国既有２００ｋｍ／ｈ及以上速度等级动力分散动车组相比，１６０ｋｍ／ｈ动力集中动车组制动系统制造和运用成本低，易于实现列车灵活编组，检修维护更为方便，但在制动系统的响应性、制动力调节的灵活性、充分利用轮轨黏着、故障诊断和信息存储等方面存在较大差距。

２动力集中动车组制动控制系统技术方案研究

2.1动力集中动车组制动控制系统方案设计

动力集中动车组制动控制系统的设计可借鉴我国既有动力分散动车组和１６０ｋｍ／ｈ动力集中动车组制动控制系统的技术特点，采用微机控制直通电空制动系统加备用自动空气制动机的方式，即正常情况下，依靠直通式电空制动系统进行制动和缓解控制，在直通式电空制动系统故障或由机车牵引时，依靠备用自动制动机起作用。制动系统具有根据载荷变化自动调节制动力、防滑控制、故障诊断和故障导向安全等功能，响应时间短，能够进行制动力的准确控制和精细调节。

2.2.1制动系统组成

每辆车的制动系统主要由制动控制系统、基础制动装置、防滑系统及空气悬挂供风装置等组成，动车、控制车制动系统还包括列车制动指令控制装置、风源系统等。制动控制系统由直通式电空制动装置和自动空气制动机组成。直通式电空制动装置包括空气制动控制单元（ＰＢＣＵ）、电子制动控制单元（ＥＢＣＵ）；自动空气制动机采用具有阶段缓解和一次缓解转换功能的Ｆ８型空气制动机。

与既有动力分散动车组的ＰＢＣＵ相比，取消了紧急制动电磁阀，代之以紧急制动切换阀，且总体结构组成更为简单。动力分散动车组紧急制动电磁阀采用失电紧急制动方式，一旦因故障等原因而失电，直接输出制动储风缸压缩空气，产生意外紧急制动，目前已成为复兴号动车组和ＣＲＨ系列动车组的主要故障，影响了动车组的正常运营。

2.2.2主要功能及作用原理

2.2.2.1常用制动和缓解指令的产生与传输既有160ｋｍ／ｈ动力集中动车组的动车采用微机控制制动系统，微机控制单元控制列车管压力变化的

同时还向拖车提供５线制电空指令，控制拖车自动电空制动机，这种指令信号不代表列车管压力或所需制动力的大小，无法操纵直通电空制动系统进行制动和缓解控制。虽然动车制动控制器产生的制动指令为网络信号或硬线模拟信号，可以代表列车管压力和所需制动力的大小，但该信号只提供给动车制动微机控制单元，没有提供给编组中的拖车。因此，160ｋｍ／ｈ动车电空指令不能适应直通电空制动系统的要求，但制动控制器产生的电指令信号为向直通电空制动系统传输电信号指令提供了条件。

2.2.2.2常用制动的控制

常用制动时，动车或控制车列车制动指令控制装置接收到制动指令之后，计算动车组制动力需求，优先采用动车的电制动力，并适当考虑列车制动力的均衡控制；电制动力不足时，由各车的空气制动进行补充，列车制动指令控制装置将应补充的制动力转换成相应的制动指令和列车管减压量，分别通过列车线／网络、列车管传递给各车空气制动系统。正常情况下，常用制动依靠微机控制直通电空制动系统起作用，自动空气制动机根据列车管压力变化也产生预控压力，但无法控制制动缸压力。如图２所示，非紧急制动状态下，紧急安全环路向每辆车的紧急制动切换阀ＥＢＣ供电，紧急制动切换阀常带电使Ｆ８型分配阀不与双向阀导通，转换塞门Ｋ２处于关闭状态，切断自动制动机到ＰＢＣＵ的通路，自动制动机产生的常用制动预控压力无法到达ＰＢＣＵ；带电触点塞门Ｋ１打开，依靠ＰＢＣＵ的充排气电磁阀ＳＢＶ、ＳＲＶ进行常用制动和缓解控制。制动过程中可以根据制动指令和车辆载荷变化（采集空气弹簧压力）、冲动限制要求及黏着力变化等进行制动力控制。

2.2.2.3紧急制动的控制

自动制动机和直通制动系统产生的紧急制动预控压力经过ＰＢＣＵ的双向阀进行比较，较大的预控压力通过双向阀后依次到达空重车阀ＬＡＶ、中继阀ＲＶ，控制中继阀产生紧急制动的制动缸压力。如图２所示，如果操纵每辆车上的紧急制动阀（车长阀）产生紧急制动，在列车管排大气的同时通过紧急制动阀上的开关触点使紧急安全环路断开，也可产生紧急制动，之后的紧急制动控制与按紧急制动按钮时的相同。本方案中采用的紧急安全环路方式，其作用与动车组和城轨车辆的不同，该环路失电不是直接触发紧急制动，而是接通自动空气制动机与ＰＢＣＵ之间的通路，从而使自动空气制动机产生的紧急制动预控压力能够到达ＰＢＣＵ，产生紧急制动作用，也就是说紧急安全环路的得失电主要起到切断和接通自动空气制动机的作用。这种方式避免了目前动力分散动车组因紧急阀故障造成的意外紧急制动问题，同时因自动制动产生紧急制动时直通制动也产生备用的预控压力，保证紧急制动能可靠施加。

三、结束语

200ｋｍ／ｈ动力集中动车组制动系统具有以下优点：（１）通过采用微机控制制动系统，可实现制动力的准确控制和精细调节、冲动限制控制、空重车调整、故障诊断和导向安全、信息通信等功能，提高了制动系统性能。

（２）利用动车或控制车的制动控制器、列车制动指令控制装置、硬线或列车网络等，可形成200ｋｍ／ｈ动力集中动车组所需要的直通电空制动指令，进行常用制动控制，并同步控制列车管减压，使拖车自动空气制动机同步产生常用制动控制压力，提高了常用制动功能的可靠性。

（３）拖车采用微机控制直通电空制动加备用自动制动的方案，可实现直通电空制动系统故障及连挂回送时的制动控制；通过紧急安全环路和紧急制动切换

阀进行紧急制动控制，避免了意外紧急制动的产生，同时提高了紧急制动功能的可靠性。