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1、 动车组制动控制系统分析摘要：我国客运专线的运营,电力动车组的投入使用,标志着我国已进入高速铁路的时代。随着高速动车组的引进,一些新设备、新技术、新知识也随之而来。为了保证高速运行的安全可靠性、有效性和舒适性,制动技术则是其中极为重要的一部分。对于高速列车的制动来说,传统的摩擦制动方式已不能保证运行的安全,那么采用何种方式的制动方式才能达到确保安全的目的呢?本文将对高速动车组制动系统做一描述。关键词：动车组；制动；滑行；防滑系统；黏着控制Abstract: the operation of the passenger dedicated line in China, the investmen
2、t in the electric power car group, is a symbol of the times of Chinas entering the high-speed railway. With the introduction of high-speed EMU, some new equipment, new technology, new knowledge is also followed. In order to ensure the safety and reliability, validity and comfort of the high speed op
3、eration, braking technology is a very important part of it. For high-speed train braking, the traditional friction braking method has been unable to ensure the safety of the operation, then the way of how to achieve the braking mode to achieve the purpose of the security, the paper will make a descr
4、iption of the high speed EMU braking system.Keywords: EMU; brake; slide; antiskid systems; adhesion control1.各系列动车组技术现状1.1 TGV系列电动车组制动技术现状：动车采用电阻制动+轮盘式盘形空气制动装置+微机控制防滑器；拖车采用轴盘式盘形空气制动装置+微机控制防滑器+弹簧停放制动器+踏面制动。另外，车上还装有弹簧停放制动器。当制动缸压力缓慢降到小于或等于300kPa时，弹簧停放制动器自动产生制动作用。1.2 ICE系列电动车组制动技术现状：德国ICE1、ICE2动车组采用动力集中
5、牵引微机控制自动式电空制动技术，动力制动采用再生制动电阻制动。ICE一3动车组采用动力分散牵引微机控制自动式电空制动技术，线性涡流制动，动力制动采用再生制动。动车采用再生制动+轮盘式盘形空气制动装置+微机控制防滑器；拖车采用轴盘式盘形空气制动装置+磁轨制动机+微机控制防滑器+弹簧停车制动器。每辆动车均装有l套再生制动装置+轮盘式盘形空气制动装置。再生制动机制动时，动车上产生的三相交流电通过一套装置将电能反馈给电网。当再生制动系统发生故障时，接触导线电压下降，则所有的再生制动装置将不发挥作用。另外，ICE拖车上还装有一套遥控制动机控制装置，位于车辆l位端。拖车还装有手制动装置，紧急制动阀装在动车
6、司机室内。客室内若发生紧急情况，旅客可拉动紧急制动手把，实施紧急制动。在运行速度250kmh时，常用制动距离为4820m，紧急制动距离为2300m。1.3 新干线系列电动车组制动技术现状：13本新干线0系、100系700系、E1系一E4系(双层动车组)采用动力分散牵引微机控制直通式电空制动技术，旋转涡流制动(ECB)，动力制动采用再生制动电阻制动。动车采用再生制动电阻制动+轮盘式盘形空气制动装置+微饥控制防滑器+空重车调整装置；拖车采用旋转涡流制动装置(ECB)+微机控制防滑器+踏面清扫器+空重车调整装置。2我国动车组制动系统原理2.1 动车组制动系统特点动车组运行速度高，会给列车的制动能力、
7、运行平稳性等方面提出一系列问题。（由于列车制动能量和速度的平方成正比，时速200km以上的动车组的制动能量是普通列车的4倍以上。）因此，动车组制动系统的性能和组成，与我国目前的旅客列车完全不同。高速动车组必须装备高效率和高安全性的制动系统，为列车正常运行提供调速和停车制动的手段；并在意外故障或其它必要情况下具有尽可能短的制动距离。一般说来，动车组的制动系统应具有如下特点： 一、安全性高高速动车组制动系统的制动能力强，反应速度快，具有相当高的安全性；在结构上具体表现在以下两个方面：（一）采用电、空联合制动模式，电制动优先，而且普遍装有防滑器。电制动与空气制动结合可保证列车在较大的速度范围内都有充
8、足的制动力，而防滑器的安装可使轮轨间的粘着力得到充分运用，进而有效地缩短制动距离。电制动由于操纵控制方便，并且可以大大减少空气制动系统零部件的磨耗，因而得以优先使用。（二）操纵控制采用电控、直通或微机控制电气指令式等灵敏而迅速的系统。这些装置使制动系统的反应更为迅速，进一步缩短了制动距离。二、控制准确制动作用采用微机控制，可为确保列车正点运行精确地提供所需制动力；对复合制动的模式进行合理设计，使不同型式的制动力达到最佳的组合作用。三、舒适度高高速动车组制动作用的时间和减速度远大于普通的旅客列车，因此采取了相应措施来提高旅客乘坐的纵向舒适度；其制动平均减速度、最大减速度和纵向冲动的指标均高于普通
9、的旅客列车。所采取的措施主要有：（一）采用微机控制的电气指令制动系统可实现制动过程的优化控制，并在提高平均减速度的同时尽量减少减速度的变化率；（二）减少列车中不同车辆制动力的差别，以缓和车辆之间的纵向冲击力。（三）防滑装置还可避免因轮轨间粘着力不足而产生车轮踏面擦伤，继而防止列车运行平稳性恶化，提高乘坐舒适性，以及避免对车轴等部件产生附加应力的问题。四、可靠性高（一）采用“故障导向安全”机构（fail-safe），以便在制动系统发生故障时，能向安全方向动作。如高速动车组一般设有空气制动、微机控制的电空制动和计算机网络三种制动控制方式。在正常运行情况下，由计算机网络控制并传递全列车各车辆的制动信
10、息。当该控制系统发生故障时，能自动转为电空制动作用。在电气故障或电空制动故障时，能依靠纯空气制动来保证不良状态下的制动距离。此外，在高速动车组微机控制的制动控制过程中需要有大量的信息输入、数字运算和输出指令，为防止故障，在该指令系统的设计中也考虑了相应的可靠性措施。（二）进行“防止误操作”设计（fool-proof），使得非熟练操作者也能可靠地实施制动系统的功能。2.2 动车组制动技术装置制动装置是保证列车安全运行所必需的装置，因此高速动车组对制动技术提出了严峻的挑战。动车组的动能与速度的平方成正比，而在一定的制动距离条件下，列车的制动功率是速度的三次函数。因此传统的空气制动能力远远不能满足需
11、要。动车组常采用再生制动与空气制动的复合制动模式，制动控制系统包括再生制动控制系统和空气制动控制系统，此外还有电子防滑器及基础制动装置等。 图1. 制动系统工作原理图相对动力集中式列车而言，动力分散列车的控制系统具有许多优点。动力集中式列车动力制动往往集中在机车上，而拖车往往只采用摩擦制动；而动力分散列车的动力制动分散在列车的多辆(可能全部)车上，因而能更充分地利用再生制动、电阻制动等动力制动的制动能力，这就大大减少了摩擦制动摩擦副的磨损，提高了列车运行的经济性，同时大大减少了制动时的噪声。动车组制动系统需要具备的条件是：(1)尽可能缩短制动距离以保障列车安全；(2)保证高速制动时车轮不滑行；
12、(3)司机操纵制动系统灵活可靠，能适应列车自动控制的要求。2.3 微机控制直通电空制动系统2.3.1 微机控制制动系统空气制动机按其作用原理不同可分为直通式空气制动机和自动控制制动机。直通式空气制动机是通过制动阀把总风缸的压缩空气直接变成经列车管进入制动缸的其压强大小直接反映制动力大小的压缩空气，直接在制动缸得到所需制动力；自动式空气制动机是通过制动阀改变制动管的空气压力，以此压力变化为控制信号，控制车辆制动机的三通阀(或分配阀)，其两种制动机原理见图。图2 直通式和自动式空气制动机原理简图我国动车组制动模式有2种，即微机控制自动式电空制动系统与微机控制直通式电空制动系统。微机控制自动式电空制
13、动系统主要由制动控制器、车辆计算机、列车管压力控制装置、分配阀、防滑装置、基础制动装置、风源系统、动力制动装置、辅助制动装置等组成，如图2所示。自动式是在自动空气制动机的基础上增加了电气指令控制系统对列车管压力的控制，通过同时对各车辆的列车管的减压增加，使各车辆的三通阀同时作用，加快列车整体的制动及缓解速度，提高了自动空气制动机的性能。法国TGV和德国ICE高速动车组采用的就是类似上述方案的微机控制自动式电空制动系统。微机控制直通式电空制动系统主要由制动控制器、微机控制单元、制动控制单元、基础制动装置、防滑装置、动力制动装置、风源系统、辅助制动装置等组成，如图3所示。直通式是采用电信号来传递制
14、动和缓解指令的直通空气制动系统。动车组的制动指令是由司机制动控制器发出的，经列车信息监控系统传至每辆车的制动控制装置，由制动控制装置的制动控制单元运算，对各车辆的制动信号管的压力空气进行控制，用该制动管的压力使各中继阀工作，打开中继阀中制动储风缸与制动缸的通路，最后使制动缸获得符合制动力要求的空气压力，由基础制动装置完成制动作用。直通式具有响应快、一致性好、控制方便等优点，但也存在着一旦列车分离，列车就失去制动能力。因此一般都与自动制动机和作为紧急制动控制用的长带电往返电路并用。现在的电动车组制动控制系统大多采用直通式的电气指令式制动控制系统，日本新干线高速动车组、欧洲部分电动车组、我国自行研
15、制的“先锋号”和“中华之星”高速动车组均采用微机控制直通电空制动系统。我国引进的时速200km的川崎动车组的制动系统也采用电气指令式微机控制直通式电空制动，这符合高速制动系统的发展方向。2.3.2 制动信号发生与传输部分该部分主要用来产生制动信号并将信号传递到各车辆的MBCU或PBCU。主要由制动控制器、调制及逻辑控制器、制动指令线等组成。（1）制动控制器 受司机控制产生常用或紧急制动指令。在司机室还设有非常制动按纽开关、停放制动和强迫缓解等开关，用以产生相应的指令信号。（2）调制及逻辑控制器调制及逻辑控制器同时接收ATP发出的指令，逻辑控制器还接收车长阀等发出的指令。调制器将制动控制器或AT
16、P的常用或紧急制动指令转换成相应的脉宽调制(PWM)信号。逻辑控制器通过逻辑电路，使指令线在各工况下发出相应的指令信号。（3）制动指令线 用于传递制动指令。2.1.2 微机制动控制单位(MBCU)MBCU是微机控制直通电空制动系统的关键部件，它是一台进行制动和防滑控制的微机，为该系统的关键部件。其主要功能如下：(1)接受和检测制动指令、空重车信号和速度信号。(2)根据列车运行速度、车重和制动指令计算所需的常用制动力。(3)按充分发挥动力制动能力的原则，进行动力制动与空气制动的配合控制。使空气制动力等于所需的制动力减去动力制动力。(4)为提高列车的舒适度，进行常用制动防冲动控制。(5)通过动车MBCU 与拖车MBCU
