CR200J型電動車組拖車停放制動系統的設計

芮 向 輝，劉 云 峰

(1. 中國鐵路上海局集團有限公司 南京車輛監造項目部，江蘇 南京 211800； 2.中車南京浦鎮車輛有限公司 技術中心，江蘇 南京 210031)

停放制動是防止靜置狀態下列車發生溜逸的制動方式。目前國內客車和CR200J型電動車組通常采用蝸輪蝸桿式或傘齒絲杠式的手制動機來實施停放制動，操作麻煩，需要到每一輛車上操作手制動機，且制動力的大小因施加人不同而不同。而國外動車組通常采用彈簧儲能方式的停放制動，不需要人工操作，僅由司機通過操作停放制動按鈕即可實現停放制動的施加或緩解。

因此，2019年年底在對CR200J型電動車組進行改進設計時，為滿足一體化的需要，在拖車和控制車上加裝停放制動裝置，取消原車上裝有的傘齒輪手制動機，停放制動受動力車統一控制。全列每輛車均布置停放制動裝置，可實現自由靈活編組及單車停放功能。停放制動能夠保證拖車單車滿軸重時在18‰坡道上安全停放的要求，同時考慮了制動力和停放制動力不能疊加。

本文根據停放制動功能要求以及CR200J型電動車組制動系統的特點，設計出可用于CR200J型電動車組的功能結構完善的停放制動系統。

1 停放制動功能的實現

為實現彈簧儲能式停放制動的要求，拖車停放制動系統主要包括停放制動控制模塊、停放制動缸、停放制動風缸、停放制動緩解拉手、停放制動管路、停放制動指示器等。另外，為保證停放制動功能，動車組需具有完整的故障導向安全設計，動車組還設有停放制動控制及監控的硬線及環路，中央控制單元CCU有停放制動監控環路的接口及軟件處理邏輯，顯示屏有拖車停放制動狀態信息等。

1.1 氣路控制方案

相比于手制動機的停放制動，采用彈簧儲能式的停放制動主要增加了停放制動控制模塊和停放制動缸。停放制動控制模塊受司機臺停放制動按鈕控制，可以將停放制動風缸或制動缸中的壓縮空氣充到停放制動缸的停放腔室中，從而實現停放制動。

1.1.1停放制動控制模塊

停放制動控制模塊由氣路板、供風塞門、過濾器、減壓閥、縮孔、停放制動電磁閥、雙向止回閥、停放隔離塞門、壓力開關、測試口、壓力傳感器、停放制動指示器等組成，如圖1所示。停放制動電磁閥采用雙脈沖電磁閥，該電磁閥不但可以接收電指令進行動作，還可以通過手動操縱對車輛進行停放制動施加和緩解；雙向閥有避免制動力和停放制動力的疊加功能；減壓閥可以將供風壓力減到600 kPa[1]。

01.供風塞門；02.過濾器；03.減壓閥；04.縮孔；05.停放制動電磁閥； 06.雙向止回閥；07.停放隔離塞門；08.測試口；09.壓力開關； 10.壓力傳感器；11.停放制動指示器。

1.1.2停放制動缸

停放制動缸為復合缸體，如圖2所示：右部分為制動腔室，左部分為停放制動腔室。當對停放制動腔室進行充風時，如圖2(a)所示，活塞向左移動壓縮停放彈簧同時帶動停放制動絲杠軸左移，與制動缸制動絲杠軸分開；當對停放制動腔室進行排風時，如圖2(b)所示，活塞在停放彈簧的作用下向右移動同時帶動停放制動絲杠軸右移，與制動缸制動絲杠軸接觸并一起向右移動。

1.1.3氣路控制原理

CR200J型電動車組拖車的停放制動采用被動式制動方式，即當給停放制動缸充風時，拖車的停放制動處于緩解狀態；當給停放制動缸排風時，拖車的停放制動處于施加狀態。停放制動系統有兩路風源能將壓縮空氣充入停放制動風缸中，其中一路為總風管，另一路為副風缸。停放制動工作原理如圖3所示。停放制動緩解時，停放制動控制模塊中的緩解電磁閥得電，停放制動風缸中的空氣經停放制動控制模塊的緩解電磁閥、雙向閥進入停放制動缸的停放腔室將停放彈簧壓回，停放制動缸的杠桿動作，閘片離開制動盤，拖車緩解。

圖3 停放制動工作原理圖

停放制動施加時，停放制動控制模塊中的施加電磁閥得電，停放制動缸中的空氣經停放制動控制模塊的雙向閥、施加電磁閥排到大氣中，制動缸中的停放彈簧回壓，停放制動缸的杠桿動作，閘片抱緊制動盤，拖車施加停放制動。如果此后施加常用制動空氣制動機動作，副風缸中的空氣經空氣制動機進入停放制動缸的制動腔室，同時會有一部分空氣經停放制動控制模塊的雙向閥進入停放制動缸的停放制動腔室由停放彈簧壓回，防止總制動力疊加。

1.2 電氣控制方案

司機通過操作司機臺上的停放制動按鈕將按鈕信號通過硬線給到停放制動控制模塊，從而控制停放的施加與緩解。停放制動施加后斷開停放監控環路并將信號給中央控制單元，中央控制單元監測到動力車或拖車停放制動施加后動車組意外移動將觸發懲罰制動。同時停放狀態由行車安全監控系統監控，并通過網絡反饋給頭車中央控制單元，司機可通過顯示屏了解施加停放制動的具體車輛；用于切除停放制動的停放隔離塞門狀態也由行車安全監控系統監控，通過網絡反饋給頭車中央控制單元。停放制動電氣控制如圖4所示。

圖4 停放制動電氣控制示意圖

司機按下停放施加按鈕，按鈕信號通過硬線傳遞給停放制動控制模塊，停放制動控制模塊控制停放制動缸排風使壓力下降，壓力下降到特定壓力值時壓力開關得電，使停放監控環路動作，從而驅動停放施加指示燈亮。

司機按下停放緩解按鈕，按鈕信號通過硬線傳遞到停放制動控制模塊，停放制動控制模塊向停放制動缸充風使壓力上升，壓力上升到特定壓力值時壓力開關失電，使停放監控環路動作，從而驅動停放施加指示燈滅。

當停放制動系統故障時，為避免影響制動系統的正常工作和對動車組運行安全帶來隱患，在確認某車的停放制動功能出現故障后，應能保證此車的停放制動被可靠隔離[2]。停放制動隔離需要以下操作才能完成可靠隔離：

(1) 通過關閉停放隔離塞門，將停放制動缸壓力排空，停放制動施加，此時壓力開關失電，停放監控環路在斷開狀態；

(2) 停放隔離塞門關閉后，需手動將停放制動缸緩解；

(3) 完成手動緩解后，操作車上環路旁路開關，司機顯示屏彈出提示對話框“XX車停放被隔離”，司機需在司機顯示屏上手動點擊確認對話框，確認單車停放制動隔離完成且停放制動隔離狀態在司機顯示屏顯示。

2 坡道停放制動計算

為滿足CR200J型電動車組拖車單車最大軸重時在18‰坡道上安全停放的要求，需對停放制動力進行計算。圖5為拖車坡道停放示意圖。

圖5 坡道停放示意圖

斜坡產生的下滑力FH計算公式為：

FH=M×g×sin(arctan(i))

(1)

式中：M——車重；

g——重力加速度；

i——坡道角度。

拖車的停放制動力FV計算公式為：

FV=F×N×μ×2R/D

(2)

式中：F——停放制動閘片壓力；

N——摩擦面數量；

μ——靜態摩擦因數；

R——制動盤的摩擦半徑；

D——車輪直徑，按照新輪計算。

停放制動力應大于車輛在坡道上的下滑力。根據式(1)和式(2)計算單車停放制動安全系數n：

n=FV/FH

(3)

停放制動系統技術參數如表1所示。計算結果顯示，CR200J型電動車組拖車單車滿足滿軸重時在18‰坡道上安全停放的要求，安全系數為1.1，表明停放制動系統滿足設計要求。

表1 停放制動系統技術參數

3 試驗

停放制動系統在廠內裝車完成后進行了靜態動作試驗，試驗結果顯示停放制動缸狀態良好，系統能夠進行制動、緩解動作。裝有該停放制動系統的拖車在北京進行了坡道停放的型式試驗，試驗結果顯示能夠在18‰的坡道上安全停放，符合設計要求。

4 結束語

本文主要介紹了CR200J型電動車組停放制動系統的組成和部件原理，詳細說明了氣路和電氣控制方案。該停放制動系統已成功在CR200J型電動車組動力集中拖車上安裝，并通過了中國鐵道科學研究院的型式試驗。該系統減少了車輛停放受人為因素的影響，使車輛停放更安全。