關于客車列車制動機試驗系統的應用改進

張鐵軍

【摘 要】對比《鐵路客車空氣制動裝置檢修規則》（鐵總運〔2014〕215號）中有關列車制動機試驗的技術要求，準確地總結分析現有制動機試驗系統中存在問題，設計開發了TKS-41型微機控制客車列車制動機試驗系統，論證了該系統關鍵技術解決方案的可行性，說明了改進措施，描述了系統組成。

【Abstract】 In this paper， the technical requirements of the train brake test are compared with the "rules for the maintenance of the air brake of the railway passenger car" （CRT[2014] No. 215）， and the problems in the existing brake test system are accurately summarized. The TKS-41 microcomputer controlled passenger train brake system was developed， and the feasibility of the key technology solution of the system was demonstrated. The improvement measures were described and the system composition was described.

【關鍵詞】客車列車制動機試驗系統；設計改進；應用

【Keywords】bus train brake test system； design improvement； application

【中圖分類號】U266 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0155-03

1 引言

為統一鐵路客車空氣制動裝置檢修技術要求和質量標準，保證客車空氣制動裝置檢修質量，鐵路總公司組織制定了《鐵路客車空氣制動裝置檢修規則》（鐵總運〔2014〕215號），自2015年1月1日起開始施行。針對新制規，目前現有微機控制列車制動機試驗系統存在以下幾點問題：

①執行器壓力數據和尾部的壓力數據采樣間隔在0.5s以上，采樣頻率較低，執行器自身無法精確判斷充風或減壓的速度，所以執行器的充風或減壓速度不可控，并且不同設備的一致性較差。

②不具備執行器的機能試驗功能，沒有配置相應的機能檢查設備。

③不支持客列尾主機的測試功能。

為解決上述問題，太原車輛段成立課題組，對客車列車制動機試驗系統進行升級改造，設計開發了TKS-41型微機控制客車列車制動機試驗系統。

2 TKS-41型微機控制客車列車制動監測系統

2.1 系統組成

TKS-41型微機控制客車列車制動機試驗系統由值班室監控中心、現場雙路執行器、尾壓監測設備、客列尾試驗裝置等組成。

值班室監控中心的計算機控制現場執行器與客列尾試驗裝置，并接收執行器返回的首部壓力數據和尾壓監測返回的尾部壓力數據，以及客列尾裝置返回的客列尾主機的信息，根據試驗進程和相關數據，判定試驗的結果。

2.2 工作原理

監控計算機上安裝列車制動機試驗控制軟件。

當某股道列車開始試風時，計算機與列車首部的執行器、列車尾部的電子風表、列車兩端的客列尾主機進行數據通信，根據控制過程及處理結果向執行器發送控制指令[1]。監控計算機實時巡檢制動管首部和尾部壓力，根據不同的情況控制執行器工作，在試驗結束時自動保存試驗曲線及試驗結果。（圖1）

2.3 執行控制單元——雙路執行器

兩臺執行器從電路上做到了相互獨立，能夠完全獨立完成制動機試驗功能。執行器是整個試風系統的執行機構，它接收并執行監控計算機的命令，向計算機回傳風源壓力、制動管首部壓力、工作環境參數。

2.4 尾壓監測設備

尾壓監測設備由尾壓基站、無線風壓監測儀等組成。

無線風壓監測儀卡接在列車管尾部軟管的風鉤上，開機后，實時快速采集列車制動管尾部壓力。并通過無線的方式上傳到尾壓基站，尾壓基站再將數據通過有線通信的方式上傳到監控計算機中，實現列車管尾部風壓的采集。

無線風壓監測儀采用進口高精度壓力傳感器，將尾部壓力物理量轉化為電信號，通過微控制器將信號轉換為具體的壓力值[2]。壓力傳感器精度不低于3‰，測量范圍為0～1000 kPa。

2.5 客列尾試驗裝置

客列尾試驗裝置由TK-980電臺、控制電路、穩壓電路、天線等組成。

控制電路通過有線CAN通信接收監控計算機的命令，然后將命令通過TK-980電臺發送給客列尾主機，并通過電臺接收客列尾主機的信息，解析后通過CAN通信上傳到監控計算機。

無線頻率為800MHz，無線通信距離不小于1km，無線發送功率大于20W。

CAN總線通信波特率4800bps，裝置采用AC220V供電。

3 系統特點及關鍵技術分析

3.1 系統特點

①完成《鐵路技術管理規程》、《鐵路客車空氣制動裝置檢修規則》（鐵總運〔2014〕215號）中關于列車制動機試驗的全部功能。

②執行器機能檢查。增加容積風缸，符合執行器的充排氣時間檢查。

③制動緩解感度試驗的試驗設備減壓速度在10～20kPa/s，制動安定試驗的設備減壓速度在25～35kPa/s。

④試風執行器與電子風表采用時間同步技術、數據壓縮技術，快速連續的采集制動管首部壓力、制動管尾部壓力，快速、準確定位安定性不良的車輛，定位誤差不大于1輛。

總風系統漏泄試驗與制動管試驗同時進行，并記錄在同一個試驗記錄。

⑤客列尾主機試驗。試風作業時，實現了制動機與客列尾主機試驗同步進行，縮短了試驗時間、降低了勞動強度、提高了車輛周轉率。具有客列尾主機連接與解除、壓力查詢、欠壓自動提示，以及“1s內分別出發首部、尾部客列尾主機排風，自動判定首部、尾部客列尾主機是否排風，是否分別引起首部、尾部車輛發生緊急制動作用。”

⑥客車列車尾部風壓監控裝置具有體積小、重量輕、攜帶方便、記錄試驗過程曲線、減壓速度等優點，能夠完成尾部車輛安定性、首部車輛制動靈敏度的試驗。

⑦尾壓監測。采用了新式無線風壓監測儀和矮柱尾壓中轉站，無線風表降低了功耗，提高電池使用壽命，減少了故障率；基站可通率達到99.9%，真正實現了制動機試驗以尾部壓力為準。

⑧雙路執行器同時在線，真正實現雙機熱備，確保不間斷試驗。能夠同時開展列車制動管、總風管試驗，節約試驗時間。

3.2 關鍵技術分析驗證

3.2.1 到達時間差定位技術分析

如圖2所示，B點突然大量排氣的時刻記為t0，緊急制動波將以相對恒定的波速V向列車首部、尾部同時傳遞，從而全列車輛發生緊急制動作用。微機控制列車制動機試驗系統的執行器、電子風表快速采集的壓力都將出現拐點，計算機自動分析查找出壓力拐點，這兩個時刻分別記為t1、t2。到達時間差定位公式，為公式（1）。圖2是實測的緊急制動時執行器與電子風表采集到的壓力變化曲線。

其中，Lf為長大風管長度，m；

M為全列車制動管長度，m；

N為突然大量排氣的B點距第1輛端部之間制動管長度，m；

V為緊急制動波速，104閥的緊急制動波速為196～207m/s。每個執行器或機車制動閥的排氣速度不同，引起緊急制動波速存在一定變化范圍。

t1為執行器記錄的緊急制動作用引起的拐點時刻，s。

t2為電子風表記錄的緊急制動作用引起的拐點時刻，s。

表1中，最大距離誤差7.3m。最短的客車單車（如25G發電車，換長2.1）制動管長度的一半約為12m，因此客車順位定位沒有誤差。

理論值與實測結果吻合，故障車輛定位精準。可見公式（1）的定位原理與實現方法，切實可行。

3.2.2 同時試驗首尾部客列尾主機

要實現首尾部客列尾主機同時試驗，數據快速采集與時間統一是關鍵。首尾部客列尾主機同時排氣后，微機控制列車制動機試驗系統的執行器、電子風表快速采集的壓力都將出現拐點，計算機自動分析查找出壓力拐點，自動判斷是否分別引起首部、尾部車輛發生緊急制動作用。

3.2.3 機能減壓速度穩定性試驗

系統升級后對通同一執行器進行多次機能試驗測試結果如表2所示。

通試驗數據得出，機能試驗平均偏差分別為：制度感度≤0.03、緩解感度≤0.01、制動安定≤0.08。因此，可以得出結論：執行器機能減壓具備很強穩定性。

4 實際效果

太原客技站對系統升級后，經長期試用，不僅解決了原有的系統執行器與監控計算機無線通信，壓力數據采樣頻率低，數據通信速率慢，充風和減壓速度不可控，且無法監測、不支持新制規規定的機能檢查的所有要求、不支持客列尾主機的相關監測等問題。還縮短了試驗時間、降低了勞動強度、提高了車輛周轉率。解決對工作人員的依賴性，保證鐵道車輛的安全可靠。整個試驗過程由計算機自動控制，減小了工作人員的工作強度并且提高了勞動效率；使鐵道車輛的安全達到更高的層次；使鐵路運輸在競爭中處于更加有利的位置。

【參考文獻】

【1】夏寅蓀，黃德山，何力.104型空氣及電空制動機[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

【2】中國鐵路總公司.鐵路客車空氣制動裝置檢修規則[M].北京：中國鐵道出版社，2014.