動車組制動力復合方式分析

摘 要：制動力分配直接影響到動車組的行駛安全和運輸能力。為了獲得響應速度和制動效率的平衡，常常把編組內的車輛按單元進行電空制動力的分配。制動力的大小受摩擦系數、接觸面積、相對速度和溫度等因素的影響。在車輛運行的各個階段，運行速度和制動力的關系是非線性的。由于復合制動的組合機制比較復雜，如果完全針對各車的實際條件分別實施復合制動，則使制動控制系統的運算量非常大，嚴重影響列車制動的響應速度。

關鍵詞：動車組；制動復合；制動力分配

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-02

目前動車組制動時均采用空電復合制動方式，電制動優先。電制動與空氣制動協調配合使用，可以提高電制動利用率，減少基礎制動裝置的機械磨損，降低運用成本。

在單輛車上進行的電制動與空氣制動的復合實施稱為單車制動力復合；在整列車內由不同車輛組成的單元內進行的電制動和空氣制動的復合實施則稱為單元制動力復合。

一、空-電復合制動力分配原則

目前動車組采用的制動方式主要是電制動和空氣制動。其中，能夠提供動力的動車擁有電制動和空氣制動兩種能力，而無動力的拖車僅具有空氣制動能力。因此，列車制動過程中的總制動力FU滿足如下關系：

FU=Ft+Fm=Fe+FtA+FmA；

式中：FU為列車制動時所設定的總制動力，FE為所有車輛提供的電制動力值，Ft、Fm分別為拖車、動車所需要的制動力值，FtA（N）、FmA（N）分別為所有拖車、動車提供的空氣制動力值。

（1）當Fe≥FU時，FtA=0，FmA=0；即當電動力可以所需的制動力時，動車和拖車都不需要施加空氣制動，列車所需的制動力全部由電制動承擔。

（2）當FU﹥Fe時，電制動不足以滿足整車所需要的制動力時，則有如下情況：

若Fe≥Fm時，FmA=0，FtA=FU-Fe；

當Fe﹤Fm時，FmA=Fm-Fe，FtA=FU-Fm；

即當電制動力不能滿足列車所需的制動力時，剩余制動力由空氣制動補充。為防止車輪滑行，不足的制動力首先在拖車上補以空氣制動；若制動力仍不足，則由動車上補以空氣制動。

但在低速制動時，列車無法提供穩定的電制動力，且空氣制動受響應時間影響，無法對快速下降的電制動力進行及時補充，產生制動沖動。未避免該情況，在制動低速段設置電空制動轉換，BCU將控制電制動緩慢退出，使空氣制動力能夠及時補充，以減少空氣制動力滯后產生的制動力波動。

二、制動力復合方案介紹

制動復合方式的選取主要和動車組控制方式和運營要求相關，針對采用單元制動力復合方式的動車組，以一列4動4拖的8輛編組動車組為例，對其制動力復合方案進行詳細介紹。

（一）制動力復合控制邏輯

空電混合制動采用在2動2拖單元內進行混合制動，即將8輛車編組的列車分為2個空電混合單元。按此方式復合制動時，2個牽引單元是相互獨立的，與混合制動相關的信息可采用MVB傳送，也可采用硬線形式傳送。每個BCU都可以通過列車硬線讀取制動手柄位置并且可以通過MVB讀取制動力分配的相關信號。根據來自其他車輛的制動指令和復合制動信息，每個BCU都進行計算和在本車中施加ED/EP制動。

按兩動兩拖單元復合制動時，2個復合制動單元是相互獨立的，與復合制動相關的信息只在一個復合制動單元內交互。信息傳送的方式可采用MVB傳送，也可采用硬線形式傳送。不論是通過硬線還是通過網絡進行復合控制，兩動兩拖的空電復合制動控制邏輯是相同的，即僅在本兩動兩拖單元內實現制動力分配。

列車常用制動時，單元內優先施加動車電制動力，不足部分由空氣制動補充，根據“等粘著”原則或“等磨耗”原則可以優先由拖車空氣制動補充或動車、拖車同時施加空氣制動。當本牽引單元的某車無法施加制動力時，可通過制動計算確定是否由其它三輛車進行補充，相對于“1動1拖為1個單元”而言，更容易保證總的制動力大小不變，從而提高了常用制動下制動系統的可用性；相對于“整列編組為1個單元”而言，減輕了網絡協議復雜度，減少硬線接線數量。其具體計算邏輯如圖1所示：

（二）制動力復合方案分析

為詳細說明復合制動下的制動力分配情況，現選取同一復合工況下的不同分配方案進行分析。以兩動兩拖復合制動方案為例，速度V=200Km/h時，7級常用制動（減速度0.8m/s2）所需制動力為485KN。復合制動單元內承擔制動力242.5KN。現對各種復合工況做具體介紹：

（1）正常工況下的制動力復合。在正常的情況下（考慮車重），在不超黏著限制的情況下，在動車施加最大電制動28.71KN。如果電制動力不能滿足制動要求，優先在拖車按車重及黏著限制補充空氣制動40KN、60KN。如果制動力仍然不足，在不超黏著限制的情況下，由動車補充空氣制動各40KN，具體分配關系如圖2所示：

（2）電制動故障下的制動力復合。空電復合制動是按實際電制動力實時配合的，當某輛動車電制動故障時，實際的電制動力為零，空氣制動系統仍然可以正常發揮，對總的列車制動力沒有影響。

當復合單元內所有電制動系統故障時，各車均按拖車處理，按車重及黏著限制實現單元內的交叉復合。具體的制動力分配方案如圖3所示：

當復合單元內一節動車電制動故障時，復合邏輯同正常情況，首先施加最大電制動力，剩余制動力各車按車重及黏著限制補充，如圖4所示。

（3）空氣制動故障下的制動力復合。常用制動下如果某動車空氣制動系統發生故障，電制動力可以正常發揮，對總制動力無影響。當拖車空氣制動系統發生故障時，單元內仍然可以進行空電制動復合。在電制動力可以滿足復合制動單元所需的制動力時，拖車空氣制動系統故障對總的列車制動力沒有影響，列車總的制動力可能偏小。基礎制動還需經熱容量計算驗證，是否單元內補充或考慮降級運行。在本方案中，默認故障車已經施加了相應的制動力，由本單元的其他三輛車進行交叉復合制動，總制動力偏小。經過計算驗證滿足要求。

三、結束語

本文主要講述動車組空電復合制動分配原則，并以動車組為例，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，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，所以在制動系統設計、選型時還要根據實際情況做出判斷。

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[作者簡介]陳澍軍（1980-），男，業務經理，工程師，大學學士，軌道車輛制動系統設計。