關于動車組制動系統響應時間的探討

朱立強 郭小行 曲秋芬 秦佳穎

【摘 要】制動系統響應時間作為制動系統設計過程中的一個中間參數，對制動系統的性能會有一定的影響，但是可以通過對其他中間參數的相應調整，最終可以保證制動系統的性能基本不受影響。本文通過對動車組制動系統響應時間產生的機理、不同車型對制動系統響應時間的要求及試驗結果的分析，表明制動系統響應時間的差異基本不會對制動系統的性能產生影響，在型式試驗中可不作為試驗項目進行評價。

【關鍵詞】動車組 制動系統 響應時間 型式試驗

1 概述

制動系統作為動車組九大關鍵系統之一，其性能的好壞與動車組的安全和運營秩序息息相關。制動系統的性能主要由制動系統響應時間、減速度的設定、靜態傳動效率、防滑保護性能等中間參數決定，其中制動系統響應時間作為一個中間參數，由于各車型影響制動系統響應時間的某些因素的區別，不可能達到一致的要求，但可以通過對其他參數的調整、優化匹配，以達到滿足制動系統性能的目的。目前國內現行的動車組有CRH1系列、CRH2系列、CRH3系列和CRH5型動車組，在進行整車型式試驗時均將制動系統響應時間作為一個制動系統的性能指標來進行測試并評價。但是各車型根據自身制動系統的特性，設定了不同的制動系統響應時間標準值，據此編制了試驗大綱并進行了型式試驗，試驗結果制動系統的功能都正常，即常用制動滿足動車組的調速功能，緊急制動可以滿足緊急制動距離的要求，保證了動車組的操作性和安全性。由于各車型的制動系統特性不同，制動系統響應時間設定不同、評價標準也不一致， 測試結果也不盡相同，故型式試驗大綱中將制動系統響應時間作為制動系統性能的一個評價指標意義不大。

2 制動系統響應時間產生的機理

制動系統響應時間是指靜態下動車組從發出制動命令至制動缸壓力上升到最高壓力90% 所需的時間。各型動車組由于制動系統特性不同，制動響應時間產生的機理也不盡相同，響應時間的長短也有區別。CRH3系列動車組制動系統分為常用制動和緊急制動等方式，常用制動主要用于使列車減速，緊急制動用于在緊急的情況下，列車緊急停車，保證列車的運營安全。兩種制動方式機理不同，控制方式也各異，所以制動響應時間也有差別。以CRH380B型（非高寒）動車組為例，對常用制動響應時間和緊急制動響應時間產生的機理分別介紹。

2.1常用制動響應時間

常用制動通過制動手柄進行控制，當制動手柄置于常用制動位時，主BCU先將接收到的制動手柄角度信號轉換成相應的制動級位，然后由主BCU根據當前列車速度和預設的列車減速度曲線確定目標減速度，進而根據當前列車重量計算出需施加的總制動力，最后根據列車匯總的當前空氣制動系統最大能力和電制動系統最大能力，計算得到摩擦制動力指令和電制動指令，將該空電復合制動力指令以百分比信號的形式通過WTB/MVB發布，將指令發送到各單車EBCU，詳見圖1。

綜上所述，常用制動響應時間包括：制動指令傳輸到各車EBCU之前的時間+單車BCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達到設定壓力的90%的時間。

制動指令傳輸到各車BCU之前的時間約為0.5s，單車EBCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間約為0.3s，而C壓力開始上升直至制動缸壓力達到設定壓力的90%的時間約為2.2s，故常用制動的響應時間約為3s。

2.2 緊急制動EB響應時間

緊急制動EB由EBL環路觸發，當EBL環路斷開時，每車的EBCU通過硬線接收到緊急制動EB施加的指令，控制輸出C壓力的過程與常用制動相同。

緊急制動EB制動響應時間包括：EBCU通過硬線接收到緊急制動EB施加指令的時間+單車EBCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達到設定壓力的90%的時間。

相比常用制動，緊急制動EB的制動指令傳輸到BCU由硬線執行，其余過程一致。同時，由于硬線傳輸指令速率高于網絡，緊急制動EB響應時間比常用制動響應時間稍短。

2.3 緊急制動UB響應時間

緊急制動UB由UBL環路觸發，當UBL環路斷開時，激活BCU內的緊急制動閥B60.03，直接輸出Cv壓力，經過雙向閥B60.04、稱重閥B60.05到達中繼閥B60.07，輸出C壓力到達制動缸，詳見圖3.

緊急制動UB制動響應時間包括：緊急制動UB指令發出到緊急制動閥執行硬線指令時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達到設定壓力的90%的時間。

相比緊急制動EB，緊急制動UB減少了單車EBCU接收到制動指令到輸出預控壓力（Cv壓力）的時間，響應時間小于緊急制動EB的響應時間。

由以上分析可知，制動響應時間與制動指令的傳輸方式、制動閥類的動作時間、制動管路的布置、制動缸壓力的目標值設置等因素有關，制動指令的傳輸方式越快、制動閥類越靈敏、制動管路布置越簡潔、制動缸壓力目標值越小，則制動響應時間越短。

2.4 其他型號動車組制動響應時間

2.4.1 CRH1型動車組制動響應時間

CRH1型動車組常用制動時，列車級制動控制由CCU執行，車輛級制動控制由EBCU執行，包括各種信號的處理、制動缸壓力控制、防滑保護等，由基礎制動裝置執行制動動作。故常用制動響應時間包括：制動指令傳輸到各車EBCU之前的時間+單車EBCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達到設定壓力的90%的時間。緊急制動由安全環路控制，通過緊急制動閥、空重車調整閥、中繼閥最后通過制動缸施加緊急制動。緊急制動響應時間包括：緊急制動指令發出到緊急制動閥執行硬線指令時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達到設定壓力的90%的時間。制動控制方式與CRH3C動車組類似，制動響應時間構成也基本一致。

2.4.2 CRH2型動車組制動響應時間

制動指令由司機制動控制器發出電氣指令，經列車信息控制系統傳送到每輛車的制動控制裝置，由EBCU的電子控制單元進行運算，實施再生制動和空氣制動。其中空氣制動以控制電空轉換閥（EP閥）的電流，送出與電流相對應的預控壓力信號到中繼閥，經中繼閥送出流量放大的同比率壓縮空氣，再由增壓氣缸經空—油變換作用轉變成油壓，最后經制動盤液壓鉗將制動力作用到制動盤上，完成制動作用。故常用制動響應時間包括：制動指令傳輸到各車EBCU之前的時間+單車EBCU接收到制動指令到輸出制動缸壓力（C壓力）開始上升的時間+C壓力開始上升直至制動缸壓力達到設定壓力的90%的時間+增壓缸中油壓達到設定時間的90%。安全制動的控制方式與CRH3C動車組緊急制動UB的方式類似。

2.4.3 CRH5型動車組制動響應時間

CRH5型動車組制動系統的控制方式與CRH3C型動車組基本一致，故制動系統響應時間的構成也一致，響應時間差別不大。

3 型式試驗大綱要求及試驗結果

3.1 各車型型式試驗大綱對制動響應時間的要求

通過以上分析可知，各車型的制動系統控制方式不盡相同，所采用的制動系統零部件各有差異，管路布置各有特點，制動缸的目標壓力值設定不同，故各車型的制動響應時間也不一致。各車型根據自身制動系統的特性，編制了型式試驗大綱，對制動響應時間的具體要求見表1。

3.2 各車型制動響應時間型式試驗的結果

各車型按照型式試驗大綱的要求對制動響應時間進行了測試，具體試驗結果見表2.

由上述表格可知，各車型對制動系統響應時間的要求不完全相同，而試驗結果也各有差異。同時各型號動車組均進行了緊急制動距離的校核，在純空氣緊急制動工況下，均滿足各速度等級對緊急制動距離的要求：初速度160km/h，緊急制動距離不大于1400m，初速度200km/h，緊急制動距離不大于2000m，初速度250km/h，緊急制動距離不大于3200m，初速度300km/h，緊急制動距離不大于3800m，初速度350km/h，緊急制動距離不大于6500m。從而表明，盡管制動響應時間不同，但是緊急制動距離均滿足要求，制動系統性能基本不受影響。

4 結論及建議

由以上分析可知，各型動車組制動系統的控制方式不同，選用的制動閥類各異，制動管路的布置各有特點，制動缸目標壓力值的設定不同，導致各型動車組制動響應時間不一致，各型動車組依據各自的特性編制了試驗大綱并進行了型式試驗，制動響應時間測試結果也有差異，但各速度級緊急制動距離滿足要求，對制動系統的性能基本沒有影響。

各型號動車組目前最長的已經安全運營了6年以上，里程最多的單列車已經運營了400多萬公里，運營狀況良好，并未因制動響應時間不同而影響列車的運營秩序和安全。進一步證明制動系統響應時間只是制動系統設計過程中的一個中間參數，可以通過合理調整其他的參數來達到制動系統的目標參數（制動距離的要求）。由于制動系統與ATP存在接口，為適應ATP的要求，可在設計階段與ATP廠家協商，實現與ATP的匹配問題。

就目前國內多種型號動車組并存的情況且沒有要求相互救援、相互連掛的要求，對制動響應時間的要求不必過于苛刻；但是如果要求各型號的動車組可以相互救援、互聯互通，那么制動系統的響應時間必須一致，保證制動系統的一致性。

參考文獻：

[1]朱文卿，吳曉彪.關于高速列車緊急制動平均減速度的探討[J].鐵道車輛，2013.09.

[2]尹方，李和平.和諧型動車組緊急制動模式分析[J].鐵道機車車輛，2009（2）.

[3]戰成一.CRH2型200+kmh動車組制動系統[J].機車電傳動，2009（1）：4-9.

[4]陳亮 等.和諧號動車組常用制動的控制模式[J].鐵道機車車輛，2011（5）.

[5]金哲，武青海，李和平.和諧號動車組制動計算方法[J].鐵道機車車輛，2011（5）.