列車制動系統數字化氣密性試驗研究

蘇健 付陽陽

摘 要 “復興號”標準動車組制動系統是高速動車組九大關鍵技術之一，制動系統的好壞直接關系到列車的安全運行，而制動系統的組成通常包括空氣壓縮機、風缸、制動管路及各種閥件，所以列車制動系統組裝就是將這些單一部件組裝在一起，使其成為一個有機整體，然后通過制動原理的控制，實現列車的制動及緩解功能，目前動車組采用的制動方式多為電空制動，也就是俗稱的電制動和空氣制動集成，這就不難看出在制動系統中要有對高壓空氣的控制，而涉及高壓空氣在整個制動系統中流動就不允許整個系統存在泄漏，這也是本課題研究的對象，怎樣利用數字化控制解決制動系統氣密性試驗的泄漏問題，我們通過研究一種供風試驗裝置，通過該裝置實現對制動系統氣密性試驗的精準控制。

關鍵詞 制動;氣密性;泄漏量;數字化

“復興號”標準動車組是我國自主研發的高速列車，而高速動車組制動系統是直接關系列車能不能停下來的關鍵，因為列車動不了沒什么，但要是停不下來就可能造成車毀人亡的重大事故發生，所以我國在列車生產過程中為了安全起見，采用了沖風緩解，排風制動的原理，因此我們在進行動車組組裝過程中要保證各制動系統部件在組裝過程中不能出現泄漏[1]。

高速動車組的制動能量和速度的平方成正比，傳統的純空氣制動已不能滿足需要，因此必須采用能提供強大制動力并能更好利用黏著的復合制動系統，制動時電制動與空氣制動聯合作用，且以電制動為主。雖然電制動可以提供強大的制動力，但目前空氣制動對于高速動車組來說仍然不可或缺，這是因為：直流電機的制動力隨著列車速度的降低而減小，如不采取其他制動方式，列車就不能完全的停下來，所以如果能夠實現精準的列車制動就需要復合制動方式。復合制動系統通常由電制動系統、空氣制動系統、防滑裝置、制動控制系統等組成。

我國鐵路上習慣于把壓力空氣簡稱為 “風”，把空氣制動機簡稱為“風閘”。依此類推風缸、風泵、風管、風壓、風表等名稱均由此而來。制動系統組裝主要就是將風泵、風缸、風表及用風設備通過風管連接起來，形成一個密封的整體，而高速動車組對車輛制動系統的氣密性要求更加嚴格，通常作用風壓0.5Kpa，保壓5min內泄漏量不得超過0.01Kpa，但是一系列新的問題產生了：怎樣精準控制供風壓力？怎樣精準判斷制動系統的管路泄漏量？當出現泄漏后，怎樣更加高效的查找出泄漏點？為此，我們研究了一套數字化控制氣密性試驗的裝置[2]。

該裝置主要由軟件控制部分、氣動控制部分和機械連接部分三部分組成，實現了從數字化控制到氣動系統作用再到與高速動車組作用三個階段的整體作用。對于軟件控制部分，裝置采用了PLC控制，利用PLC程序的順序控制原理，依次實現氣密性試驗整個過程的動作實現，同時配上壓力變送器，可以將密封空間內部的壓力變化輸入到PLC，然后通過PLC判斷后再實現必要的功能控制，同時軟件部分還配備了HMI（人工界面）系統，并將HMI和PLC實現實時交互，通過PLC設置的信號，能夠從HMI系統中實時反饋出來，同時還能夠在HMI系統工業觸摸屏中設定相應的參數要求，將這些參數反饋到PLC系統中，當達到參數值后才能進行PLC的順序運行，另外，在軟件部分的設計過程中還可以根據車型變化設定不同的供風壓力，當連接系統達到此種壓力后能夠自動切斷供風風源，進入壓力保持階段，然后根據工藝要求的泄漏量，在軟件部分中設定泄露值，當達到此泄漏值時會觸發聲光報警器，給試驗人員提示;對于氣動控制部分，我們綜合考慮制動系統復雜性，然后根據管路的性質分為總風管路、列車管路、廢排供風管路、撒沙管路和空簧管路幾部分，這樣就能夠通過制動系統內部的截斷閥使整個制動系統分為上述的幾部分，將整體分割成局部，在氣動部分的設計階段，我們從氣源分配閥開始將風源分配成幾個獨立的供風管系，然后每條管系上配備風源通斷電磁閥、壓力變送器、壓力表、快插接頭和連接管路，然后外部配備機械式截斷塞門和連接接頭，這樣就能夠實現裝置從外部風源引進到給列車供風的管路連接，同時如果需要限制風壓還可以在單獨管系上配備減壓閥，如果需要增加系統的供風壓力，可以在單獨管系上配備增壓泵，這樣就能實現裝置無論是高壓還是低壓都能使用，增強了裝置的通用性，對于不同車型都有通用性;對于機械連接部分，主要起支撐裝置部件的安裝，用于使各氣動元件和電氣元件固定連接，保證裝置的連接可靠，同時我們為了便于裝置的移動，還設計成一種移動車型結構，能夠便于操作員工方便的移動工裝，實現裝置的簡單可靠[3]。

綜上所述，我們研究的此項裝置可以實現風源不同供風壓力的控制，可以實現通過數值輸入，參數變化完成系統的運行，可以實現對泄漏點精準的數值控制，兼具有聲光報警功能，同時此種裝置還使得整個系統分成若干部分，當某部分出現泄漏后只需要對此部位進行泄漏點查找，減小了檢查面積，提高了作業效率。

參考文獻

[1] 程迪.列車制動系統[M].鄭州：鄭州大學出版社，2006：75.

[2] 豈興明.PLC與觸摸屏從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社， 2019：104.

[3] 應云飛.城市軌道交通車輛制動系統[M].成都：西南交通大學出版社，2016：50.

作者簡介

蘇健（1969-），男，河北唐山人;學歷：本科，高級技師，現就職單位：中車唐山機車車輛有限公司，研究方向：高速動車組制動系統。