動(dòng)車組電空制動(dòng)系統(tǒng)仿真研究

王華

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林 132000）

動(dòng)車組電空制動(dòng)系統(tǒng)仿真研究

王華

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林 132000）

文章設(shè)計(jì)一款功能齊全、技術(shù)先進(jìn)、可操作性強(qiáng)的動(dòng)車組制動(dòng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，并簡(jiǎn)單介紹其功能參數(shù)。

動(dòng)車組；制動(dòng)系統(tǒng)；功能；參數(shù)

我國目前擁有 1800 組動(dòng)車組，已經(jīng)超過了世界其他國家的總量，動(dòng)車組制造、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)均處于世界領(lǐng)先。然而，動(dòng)車組運(yùn)用與檢修的從業(yè)人員專業(yè)素質(zhì)有待提高。據(jù)鐵路總公司的統(tǒng)計(jì)，所有運(yùn)行事故中與人員素質(zhì)有關(guān)的占 50%以上。究其原因，從業(yè)人員對(duì)動(dòng)車組關(guān)鍵技術(shù)的掌握面臨困難。缺乏適用的教材，更沒有功能齊全、技術(shù)先進(jìn)、可操作性強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)培訓(xùn)裝備。目前我國的動(dòng)車組，CRH1、CRH3、CRH380B/BL 均采用克諾爾制動(dòng)技術(shù)，世界上的動(dòng)車組當(dāng)中克諾爾技術(shù)占了相當(dāng)大的比重。由于克諾爾公司技術(shù)保密政策，目前國內(nèi)尚無此類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝備。針對(duì)這一現(xiàn)象，設(shè)計(jì)一個(gè)既可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)各性能，又可以用于高職教學(xué)的動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)是十分必要的。

高速鐵路動(dòng)車組制動(dòng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室項(xiàng)目，擬以時(shí)速 380km高鐵 B/BL 動(dòng)車組為原型，以一動(dòng)一拖為一個(gè)動(dòng)力單元，根據(jù)克諾爾直通式電空制動(dòng)的原理，按照真車的布置設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)機(jī)構(gòu)。

1 該試驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)的主要功能

（1）可以進(jìn)行單車或一個(gè)列車基本單元的制動(dòng)系統(tǒng)性能試驗(yàn)。

（2）能夠進(jìn)行常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)、停放制動(dòng)、備用制動(dòng)、回送模式下的直通制動(dòng)試驗(yàn)；常用制動(dòng)過程中能夠進(jìn)行以下試驗(yàn)：①復(fù)合制動(dòng)試驗(yàn)；②空氣制動(dòng)試驗(yàn)；③速度——粘著控制模式試驗(yàn)；④根據(jù)載荷變化自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力的試驗(yàn)（BCU控制）；⑤防滑控制功能試驗(yàn)；⑥故障模擬和故障診斷處理功能試驗(yàn)。

緊急制動(dòng)過程中可以進(jìn)行以下試驗(yàn)：①復(fù)合制動(dòng)試驗(yàn)（制動(dòng)控制器緊急制動(dòng)）；②空氣制動(dòng)試驗(yàn)（緊急按鈕緊急制動(dòng)）；③根據(jù)載荷變化自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力的試驗(yàn)（制動(dòng)控制器緊急由BCU 控制，緊急按鈕緊急制動(dòng)由空重閥控制）；④防滑控制功能試驗(yàn)；⑤故障模擬和故障診斷處理功能試驗(yàn)。

（3）能夠?qū)υ囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)記錄。

（4）能夠模擬車輛速度、動(dòng)力制動(dòng)力、車輛載荷的變化。

2 主要技術(shù)參數(shù)

（1）總風(fēng)管壓力為 800～1000KPa，列車管定壓 600KPa。

（2）電源電壓：AC220V，DC110V。

（3）模擬最高試驗(yàn)速度 380km/h。

（4）緊急制動(dòng)距離。①制動(dòng)初速度 300km/h 時(shí)，純空氣制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離為 3700m。②制動(dòng)初速度 250km/h 時(shí)，純空氣制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離為 2700m。③制動(dòng)初速度 200km/h 時(shí)，純空氣制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離為 2000m。

（5）空氣阻力。

R（N）=0.000755mg+120.344（v+dv）+7.838（v+dv）2

式中，m 為列車質(zhì)量（kg）；dv 為逆風(fēng)速度（m/s）；v 為速度（m/s）；

（6）輪軌粘著系數(shù)，如圖1 所示。

圖1 平直軌道輪軌粘著系數(shù)

3 功能設(shè)計(jì)

（1）常用制動(dòng)試驗(yàn)。啟動(dòng)常用制動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)，由制動(dòng)控制器發(fā)出制動(dòng)指令，制動(dòng)指令的大小與制動(dòng)控制器的扳動(dòng)角度成比例。制動(dòng)控制器發(fā)出制動(dòng)指令后，傳給中央控制單元CCU，CCU 根據(jù)制動(dòng)指令和列車單元的車輛載荷計(jì)算制動(dòng)力需求值，CCU 將制動(dòng)力需求值通過“CAN”總線傳給試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)，同時(shí) CCU 通過“CAN”總線將制動(dòng)指令傳給每輛車的BCU。測(cè)控系統(tǒng)將動(dòng)力制動(dòng)力模擬值反饋到 CCU，CCU 將制動(dòng)力需求值和動(dòng)力制動(dòng)力模擬值進(jìn)行比較，如果動(dòng)力制動(dòng)力滿足不了制動(dòng)力需求，按照優(yōu)先由拖車的空氣制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑瓌t和車輛載荷進(jìn)行動(dòng)力制動(dòng)力的分配，分配給每輛車的動(dòng)力制動(dòng)力信號(hào)通過“CAN”總線傳到每輛車的 BCU。

（2）緊急制動(dòng)試驗(yàn)。緊急制動(dòng)試驗(yàn)過程中，可以進(jìn)行復(fù)合制動(dòng)、空氣制動(dòng)、載荷變化、防滑控制和故障模擬的試驗(yàn)。

啟動(dòng)緊急制動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)，可通過以下方法觸發(fā)緊急制動(dòng)：①按下緊急制動(dòng)按鈕，產(chǎn)生純空氣緊急制動(dòng)。②制動(dòng)控制器置“緊急”位，產(chǎn)生電空混合緊急制動(dòng)。③速度大于 0km/h，施加停放制動(dòng)觸發(fā)緊急制動(dòng)。④其它監(jiān)控設(shè)備，如 ATP 等觸發(fā)的緊急制動(dòng)。

緊急制動(dòng)的控制方法如下：①列車管排大氣。通過分配閥啟動(dòng)自動(dòng)空氣緊急制動(dòng)；②直通制動(dòng)的緊急制動(dòng)電磁閥斷電，啟動(dòng)直通空氣緊急制動(dòng)；③常用制動(dòng)冗余。每臺(tái) BCU 檢測(cè)“緊急回路狀態(tài)”列車線，施加緊急制動(dòng)。

在正常運(yùn)行時(shí)，列車管充滿定壓，緊急制動(dòng)回路閉合。在緊急制動(dòng)時(shí)，列車管通過緊急按鈕和動(dòng)車的緊急制動(dòng)閥排大氣，同時(shí)緊急制動(dòng)回路斷電。每輛車的制動(dòng)控制單元都連接到緊急制動(dòng)回路上。通過列車管大氣，所有車上的分配閥都起作用，產(chǎn)生制動(dòng)缸預(yù)控制壓力，到達(dá)直通制動(dòng)控制單元。

（3）停放制動(dòng)試驗(yàn)。啟動(dòng)停放制動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)，通過停放開關(guān)觸發(fā)停放制動(dòng)。對(duì)于停放單元缸，排氣施加停放制動(dòng)，充氣緩解停放制動(dòng)。每輛拖車的每根軸帶有一個(gè)停放單元缸。停放開關(guān)置于緩解位，激活一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電磁閥為彈簧制動(dòng)缸充風(fēng)，緩解停放制動(dòng)；停放開關(guān)置于制動(dòng)位，激活一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電磁閥使彈簧制動(dòng)缸排氣，實(shí)施制動(dòng)。

（4）備用制動(dòng)試驗(yàn)。啟動(dòng)備用制動(dòng)試驗(yàn)，將操縱臺(tái)隔離開關(guān)置于關(guān)閉位，利用備用制動(dòng)控制器進(jìn)行備用制動(dòng)試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

（5）回送模式直通制動(dòng)試驗(yàn)。對(duì)于采用自動(dòng)空氣制動(dòng)作為備用制動(dòng)的動(dòng)車組，回送時(shí)，是通過牽引機(jī)車或連掛列車的機(jī)車大閘操縱制動(dòng)主管壓力，來操縱動(dòng)車組的備用自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組的制動(dòng)和緩解。如果動(dòng)車組只有直通制動(dòng)系統(tǒng)，回送時(shí)就需要采集牽引機(jī)車或連掛列車的制動(dòng)主管壓力信號(hào)，以此信號(hào)作為指令來操縱動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組的制動(dòng)和緩解。

（6）防滑控制試驗(yàn)。常用制動(dòng)過程中，可啟動(dòng)防滑控制試驗(yàn)。防滑控制試驗(yàn)時(shí)，由測(cè)控系統(tǒng)按照設(shè)定的滑行模式來控制每根軸的速度變化。對(duì)于動(dòng)軸，防滑控制系統(tǒng)可對(duì)空氣制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)進(jìn)行防滑控制。常用制動(dòng)時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)的動(dòng)力制動(dòng)模擬裝置根據(jù)低于空氣制動(dòng)防滑的判據(jù)值，對(duì)出現(xiàn)滑行的軸進(jìn)行防滑控制，即減小該軸的動(dòng)力制動(dòng)力。正常情況下，動(dòng)力制動(dòng)防滑判據(jù)值設(shè)置較敏感，可較好控制動(dòng)力制動(dòng)的滑行；如果動(dòng)軸仍存在嚴(yán)重滑行，則 BCU 會(huì)發(fā)送一個(gè)減算指令（通過 CAN 總線）給動(dòng)力制動(dòng)模擬裝置，使其減小動(dòng)力制動(dòng)力。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)的這款動(dòng)車組制動(dòng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，不但可以體現(xiàn)出動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的特性，還模擬了實(shí)際檢修工作中會(huì)出現(xiàn)的狀況，從而更好地應(yīng)用到高職教學(xué)中。

Research on Simulation of EMU air brake system

WA NG Hua
（Jilin R ailway Technology College，Jilin，Jilin 132000，China）

This paper designs a fully functional and strong operational EMU brake training equipment with advanced technology，and briefly introduces its functional parameters.

EMU；braking system；function；parameter

U266.2

A

2095-980X（2016）12-0043-02

2016-11-07

吉林省高等教育學(xué)會(huì) 2015 年度教科研課題《動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)》（課題批準(zhǔn)號(hào)：JGJX2015B50），主持人：王華。

王華（1959-），男，吉林吉林人，教授，副院長。