和諧號動車組制動有效率分析

郭小行 梁建全 朱立強 陳磊

【摘 要】為了確保列車運行過程中，制動系統能隨時正常可靠地工作，和諧號動車組在每次上線運行之前，必須進行制動試驗，以確認制動系統各項功能是否正常。制動試驗的順利通過是列車運行安全的重要保證，制動有效率是制動試驗的重要指標。本文通過對和諧號動車組制動系統、制動有效率進行分析，說明制動有效率丟失并不完全說明制動系統失效，并提供了解決制動有效率丟失故障的方法。

【關鍵詞】動車組 有效率 制動試驗

1 前言

為了確保列車運行過程中，制動系統能隨時正常可靠地工作，和諧號動車組在每次上線運行之前，必須進行制動試驗，以確認制動系統各項功能是否正常。制動試驗結束之后，制動系統將根據摩擦制動有效的車輛的數量計算當前制動有效率值，并顯示在司機顯示屏（HMI）上。制動試驗的順利通過是列車運行安全的重要保證。為了確保在緊急情況下，能夠可靠施加緊急制動使列車安全停車，制動試驗最重要的一項是確認列車緊急制動有效率。在緊急制動有效率低于100%的條件下，列車必須限速運行。

2 制動系統與制動有效率分析

2.1制動系統分析

直通式電空制動系統由電子制動控制單元EBCU控制：EBCU接收并解讀來自制動控制手柄或列車控制系統的制動指令，然后控制空氣制動控制單元PBCU執行空氣制動。空氣制動主要部件如圖1所示。

圖1空氣制動原理圖

2.1.1常用制動

在PBCU內，常用制動電磁閥< B1.1、B1.2 >將來自EBCU的電信號轉換成相應的預控制空氣壓力。常用制動時，緊急電磁閥< B2 >關閉，從常用制動電磁閥來的壓縮空氣經稱重閥< E >進入中繼閥< RV >，經過中繼閥流量放大后輸出。常用制動時，制動力隨載重變化的調整由EBCU進行控制。

2.1.2緊急制動

緊急制動時，緊急制動安全回路斷開，緊急電磁閥得電，從總風管來的壓縮空氣經緊急電磁閥進入稱重閥和中繼閥，施加與載荷相應的緊急制動壓力；此時，如EBCU處于正常工作狀態，可同時控制電空轉換閥產生緊急制動壓力。緊急制動指令同時也發送給備用的自動式空氣制動系統：制動管的壓縮空氣也通過一個緊急排風閥迅速排空，繼而觸發分配閥< DV >產生緊急制動動作。直通式制動壓力與自動式制動壓力在雙向止回閥< D >進行比較，較大者經稱重閥到達中繼閥，最終完成對制動缸壓力的控制。

2.1.3備用制動

司機可通過司機室備用制動控制手柄控制列車管的充/排風，通過各車PBCU中分配閥和中繼閥實現自動式空氣制動的施加/緩解動作。備用制動時，列車管的壓縮空氣進入分配閥，分配閥根據列車管壓力轉換控制輸出壓力，經雙向止回閥< D >進行比較后輸出到中繼閥。

2.2制動有效率分析

制動有效率的試驗主要通過直接制動、間接制動和緊急制動三項試驗來進行。試驗中每輛車的本地制動控制單元（BCU）并行發送“摩擦制動施加狀態”、“摩擦制動緩解狀態”、“摩擦制動隔離狀態”及“摩擦制動有效狀態”的信息。這些狀態信息通過網絡反饋給HMI，這樣，司機就可以在制動試驗期間通過HMI監控摩擦制動的施加、緩解及隔離的狀態，而且司機可以看到制動是正常還是異常。

制動試驗中制動有效率正常的條件如下：

（1）與摩擦制動有關的隔離塞門狀態正常：直通式電空制動隔離電磁閥< A1 >，直通式電空制動、間接制動隔離電磁閥< A2 >，間接制動隔離電磁閥< A3 >，制動缸隔離電磁閥< A5 >，分配閥隔離電磁閥< A4 >都應處于開通狀態。

（2）電磁閥< B4 >的狀態正常。

（3）下列壓力測量正確：1）由壓力傳感器< B1.3 >測量的直接制動預控制壓力；2）由壓力傳感器< C2 >測量的間接制動預控制壓力；3）由壓力傳感器< C3 >測量的制動缸壓力；4）由壓力傳感器< C1 >測量的總風壓力大于6.5bar；5）經直接制動的緊急制動閥< B2 >實施的緊急制動正常工作；6）由間接制動經分配閥< DV >和雙向止回閥< D >實施的緊急制動正常工作；7）高/低壓比的控制正常工作；8）由壓力傳感器< C4 >和< C5 >測量的列車管壓力正常。

2.3制動有效率丟失分析

制動試驗結束后，制動系統將計算當前制動有效率值，并上報HMI。試驗過程中如果檢測到異常，將會造成動車組制動有效率丟失，但此時并不一定是制動系統功能失效，也可能是個別感應元件的故障或者壓力傳感器零點漂移。制動有效率丟失的表現主要有單車制動效率丟失和單元制動效率丟失。

2.3.1 單車制動有效率丟失

單車制動有效率丟失即動車組個別車輛的制動有效率丟失，此類情況主要由常用制動、緊急制動的控制氣路引起，并伴隨相應的故障代碼。如前所述，施加緊急制動后，緊急制動閥< B2 >動作產生緊急制動。同時，在緊急制動情況下，常用制動控制作為冗余控制，產生一定的預控壓力。緊急制動緩解后，理想情況下，緊急制動閥失電，由緊急制動閥動作產生的緊急制動緩解。因緊急制動也同樣通過間接制動作用，列車管充風需要一定的時間，此時常用制動作為冗余控制，仍保持有預控壓力。緊急制動施加或緩解時，BCU會對預控壓力的上升和下降時間進行檢測，如果電磁閥故障以致制動施加或緩解時間過長，則認為單車制動有效率丟失。

此外，制動施加或緩解的狀態通過壓力傳感器< C3 >進行監測，其穩定性也直接影響到對制動施加和緩解的判斷，當壓力傳感器故障時也會導致制動有效率丟失。

2.3.2單元制動有效率丟失

8輛編組的動車組分兩個牽引單元，四個車為一個牽引單元。制動系統的管理模式是：主控端頭車BCU為列車制動管理系統（TBM），其負責向動車組中兩個牽引單元的頭車BCU（即單元制動管理系統SBM）進行制動管理。SBM負責向本單元的四個車的制動BCU進行管理。因此，單元制動有效率丟失的主要問題是SBM存在故障。在每個牽引單元的頭車BCU中設有壓力傳感器< C4 >，用于檢測列車管壓力，而中間車則不具備此功能。頭車的BCU（SBM）依據該值對本單元的間接制動性能進行診斷，所以其檢測值的準確性直接影響到本單元的制動有效率。如果列車管壓力傳感器故障則會引起單元制動有效率丟失。這種情況可以通過更換壓力傳感器解決。

3 結語

制動有效率是對制動功能的綜合檢測，無論是單車制動有效率丟失還是單元制動有效率丟失，并不完全代表制動功能失效，可能只是其中的某個指標不符合判定標準。由于制動試驗、故障查找的時間較長，從動車組運營的安全、快捷等方面考慮，在實際運用過程中發現制動有效率丟失時，可以按相關文件進行應急處理。通過運營經驗的不斷積累，對問題原因的深入分析，對軟硬件進行優化調整，目前已經大大減少了該類情況發生的頻率。

參考文獻：

[1]章陽，張洋，蔣軍，胡宇.和諧號動車組制動系統制動試驗方法[J].鐵道機車車輛，2011，31（5）： 73-76.

[2]王月明，王松文.動車組制動技術[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[3]孫劍方，李和平，曹宏發，章陽.動車組制動安全性研究[J].鐵道機車車輛，2011.10.

[4]胡準慶.動車組制動系統[M].北京交通大學出版社，2012.6.1.

1作者簡介：郭小行，女，工學碩士學位，工程師，主要從事動車組制動系統的研發設計工作，曾參與設計多種車型的制動系統方案及結構設計工作。