动车组制动力分配方式研究
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摘要：随着社会的发展，我国现代化建设的发展也突飞猛进。制动系统承担着动车组减速、停车的任务。高速动车组制动主要通过轮轨间的黏着作用产生制动力，且制动力的实际最大值受轨道粘着力的限制，一旦轮轨间的作用力超过了轮轨粘着的限制，就会打滑。因此从安全的角度，制动时应充分的利用轨道粘着，保证安全的停车距离。另因高速动车组施加制动时会产生大量的能量转换，所以高速动车组制动时需要良好的控制策略来保证安全停车的同时还有较好的运用经济性和乘坐舒适度。
关键词：动车组；制动力；分配方式研究
引言
合理的制动力分配能够有效减少动车组制动时的能耗，降低制动磨耗设备（制动盘、闸片）的维护成本。本文对高速动车组的制动力分配方式（电制动力和空气制动力的匹配关系）进行了研究，综合实际运用需求和成本维护等多方面因素，提出了一种改进型的制动力分配方案，并以CRH1型动车组作为事例进行了数据分析和解剖。
1动车组制动方式
动车组制动主要有空气制动和电制动两种制动方式。空气制动为盘形制动装置，通过压缩空气使制动夹钳上的闸片“夹紧”制动盘产生摩擦来实现制动，将列车的动能转化为热能。电制动是将牵引电动机变为发电机，制动时将电能反馈回电网，使能量再生利用，而不是变成热能耗散掉，可有效地降低运用成本。
CRH1型动车组制动系统采用单管直通式电空制动系统与电制动系统，制动控制系统主要由制动信号发生、制动信号处理、制动信号执行三部分组成，统一由列车控制管理系统（TCMS）控制。TCMS系统（包括列车控制设备TCU和网关GM）接收到制动指令后，根据车重、所需的减速度计算出制动力请求，通过网络（MVB和WTB）进行传递制动指令给EBCU和PCU，并得到反馈信息，空气制动由EBCU完成，电制动由PCU完成。
2常用制动力分配方式
动车组制动系统主要包括制动指令设备、制动控制系统、风源系统、基础制动和动力制动装置等。动车组常用制动时，由制动控制系统根据制动指令设备发出的常用制动指令进行制动力的管理，控制基础制动和动力制动装置执行制动作用，风源系统提供制动过程中所需要的压缩空气。目前，“和谐号”动车组在进行常用制動力分配时常用的有均衡制动控制和电制动力优先控制[1]。
2.1均衡制动控制
均衡制动控制是各车等减速度的控制方式，即各车承担自身所需制动力。动车优先使用电制动力，不足的部分采用本车的空气制动力补充，拖车采用本车的空气制动力。采用均衡制动控制时，施加在每辆车上的制动力与本车的质量成正比，单车对黏着的利用率相同。在较差的轮轨黏着条件下，采用此种控制方式，有利于避免滑行，改善制动性能。由于空气制动力与电制动力仅在单车（动车）范围内进行复合制动，拖车仅能使用本车的空气制动力，此种控制方式不能充分发挥电制动力的效果。在实际运营过程中，拖车频繁使用空气制动，动车空气制动基本不用，故拖车的制动盘和闸片的磨耗要远大于动车。
2.2电制动力优先控制
传统的电制动力优先控制是充分利用动车的电制动力的控制方式[2]。在列车的电制动力达到最大值之前，优先使用动车的电制动力；电制动力不足部分由拖车的空气制动力补充；当制动力需求更大时，使用动车的空气制动力补充。补充过程中单车的制动力不超过由轮轨黏着条件决定的可用制动力。采用传统的电制动力优先控制，有利于充分发挥动车电制动力，减小空气制动力的使用，降低列车制动盘和闸片的整体磨耗。通常情况下，动车的电制动力和拖车的空气制动力之和已可满足常用制动的需求。在实际运营过程中，存在着拖车空气制动使用较多、动车空气制动使用较少或基本不用的情况，故拖车制动盘和闸片的磨耗要大于动车。
2.3两种常用制动力分配方式的比较
通过以上分析可见，相较于均衡制动控制，传统的电制动力优先控制，由于充分利用了电制动力，列车制动盘和闸片的整体磨耗较低，但拖车的制动盘和闸片的磨耗仍高于动车，导致拖车制动盘和闸片的维护周期短于动车，实际运用时会出现拖车频繁维护、动车维护较少的情况[3]。“和谐号”动车组的动车制动盘普遍采用轮装制动盘，为分体式结构，采用螺栓连接的方式安装在车轮两侧，与之匹配的闸片安装于车轮对应的两侧位置；拖车制动盘普遍采用轴装制动盘，为整体式结构，采取压装的方式安装在两车轮之间的轮轴上，与之匹配的闸片安装于车底制动盘对应的两侧位置。由此造成拖车制动盘和闸片的维护难度远高于动车，不利于运营的可维护性和经济性。
2.4等磨耗制动模式
等磨耗制动模式采取优先使用电制动，当电制动不足时，剩余的制动力平均分配到每套基础制动设备上，使动车和拖车的每组制动盘和闸片所承受的制动力基本一致，进而使其磨耗趋于平衡，维护周期基本一致，有利于提高动车组的可维护性和经济性。等磨耗制动模式不仅能充分利用电制动，还可以使动车和拖车的制动盘和闸片的磨耗趋于平衡，制动盘和闸片的维护周期基本一致，有利于提高动车组运用的可维护性和经济性。但是该方式每个动车所承受的总制动力明显大于拖车所承受的制动力，当轨道粘着条件差时，动车更容易产生滑行，进而影响制动距离，安全性相对有所降低。
3改进型动车组制动力分配方式
基于以上各种制动力分配方式的优缺点，结合动车组实际运用的行车特点，在保证安全同时兼顾维护经济性的基础上，本文提出了一种新型的制动力分配控制方法。施加常用制动时采用等磨耗的制动力分配方式，保证动车组的经济性和可维护性，而检测到制动过程中发生滑行，立刻切换至等减速度的制动力分配模式以保证充分利用轨道粘着，保证列车安全。而当施加紧急制动时，此时的制动力较大，属紧急情况下的停车，采取等减速度模式以安全为主的制动力分配方式。根据运行经验，设计时制动的减速度值的大小已经充分考虑轮轨粘着的影响，天气状态良好的情况下，正常运行制动基本上不会因没有充分利用轨道粘着产生滑行，只有当天气状态恶劣施加大级别制动时才会出现滑行。因此这种改进型制动力分配方式大部分时间都采取等磨耗的制动力分配方式，仅当制动时检测到滑行或施加紧急制动时（小概率事件）才用等减速度控制方式，基本上可以在保证安全同时兼顾维护经济性。
结语
通过以上对比分析可见，相较于传统的电制动优先控制，改进型常用制动控制在充分利用了电制动力、减小了列车制动盘和闸片的整体磨耗基础上，通过设置适当的比例系数（针对不同制动级别可设置不同的比例系数），可调节空气制动力在动车和拖车上的分配比例，进一步通过对动车和拖车基础制动装置数量的适当配置，使分配到每套基础制动装置上的制动力基本一致，使动车和拖车制动盘和闸片的磨耗趋于平衡，有利于提升动车组运用的可维护性和经济性。本文主要讲述动车组空电复合制动分配原则，解析了其制动力复合控制逻辑，举例说明了在不同工况下制动力分配方法。面对不同的列车状态，合理地选用制动力分配方案对于提高车辆性能和降低制造成本有着极其重要的意义。同时，制动力的分配方式还和线路条件、车重等条件相关，所以在制动系统设计、选型时还要根据实际情况做出判断。
参考文献
[1]姜岩峰，曹宏发，王鹏飞，等.和谐号动车组制动力动态分配模式[J].铁道机车车辆，2011，31（05）：48-51.
[2]赛华松，乔峰，赵杨坤.高速动车组常用制动力分配方式的研究[C].和谐共赢创新发展-旅客列车制动技术交流论文集，2017，（08）：60-65.
[3]赛华松，乔峰，赵杨坤，等.高速动车组常用制动力分配方式的研究[J].铁道车辆，2018，56（02）：11-13.
（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛）
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