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1、第六章第六章 动车组牵引制动性能动车组牵引制动性能动车组牵引制动性能计算培训中心高速动车组技术第五章 制动系统200km/h EMU电动车组采用动力分散交流传动牵引模式，适应在铁路既有线上以160km/h速度级正常运行，在新建的客运专线并能在既有线指定区段上以200km/h速度级正常运行。这里对于动车组牵引制动相关的环境、线路等运行条件以及动车组的主要技术参数予以简单介绍。 高速动车组技术第五章 制动系统一、动车组运用条件 1. 动车组运用的自然环境 气温条件：2540C。 相对湿度：95%（月平均最低温度25C时）。 海拔高度：1500m。 最大风速：一般年份15m/s；偶遇30m/s。 气
2、候特点：有风、沙、雨、雪天气；偶有盐雾、酸雨、沙尘暴等现象。高速动车组技术第五章 制动系统2. 动车组运行的线路条件 200km/h速度等级线路区段的线路参数如下： 坡道： 区间最大坡度：12（困难条件下20）。 站段联络线坡度：30。 最小曲线半径：2200m。 缓和曲线：三次抛物线型高速动车组技术第五章 制动系统 线间距：4.2 m。 到发线有效长度：650 m，困难条件下520 m。 最大超高：150mm。 最大超过允许值：110mm。 道岔限速： 区间道岔直向通过速度：200km/h。进出站为18号可动心轨道岔（导曲线半径为1200m，侧向通过限速80km/h）和12号可动心轨提速道岔
3、（侧向通过速度50km/h）。高速动车组技术第五章 制动系统 竖曲线半径：15000m。 车站站台高度：5001200mm。 车站站台边缘距轨道中心线的距离：1750mm。 正线数目：双线。 轨底坡：1/40。 既有线线路其他有关参数如下： 坡道：30。 轨底坡：1/40。高速动车组技术第五章 制动系统3. 列车运用特点列车为两端均可操纵控制的动车组，可单列运行，也可两列联挂运行。 两列联挂时间：3min。 列车立即折返时间：125km/h 高速动车组技术第五章 制动系统动车组运行于平直道和12、20、30直坡道上的牵引力与基本运行阻力的相对关系曲线，由图可以看出，列车运行于12无隧道的直坡道
4、上的均衡速度在200km/h以上。高速动车组技术第五章 制动系统（1）牵引力曲线牵引力为EMU所要求的全功率对应得最大牵引力。牵引力在从0125km/h的速度范围内，以速度0 km/h的牵引力为基点按一定斜率下降，在速度125km/h以上范围内，牵引力与速度呈双曲线下降（恒功率）的趋势。（2）牵引力与速度的关系一般来说，所需牵引力按照下列公式计算： （N）高速动车组技术第五章 制动系统加速度以下式计算： （m/s2）在EMU加速时，不仅对车体加速，也需要施加力量来克服车轮、车轴、制动盘片、驱动用电动机、齿轮装置等旋转部分的惯性力矩，以使车轮旋转、加速。从计算的角度，用旋转部分的等效重量计算，换
5、算的系数定义为惯性系数。惯性系数的值因EMU的车（有驱动电动机、齿轮装置）与T车的比例（动拖比）不同而不同，一般由照动车组的技术规格所规定。车辆的等价重量按照G（1）来计算。高速动车组技术第五章 制动系统（2）运行阻力 曲线中的虚线表示无隧道、直线、平坡及最大坡度12下对应的运行阻力。按照实际计算，在208km/h附近，牵引力曲线与运行阻力（12）曲线相交，这一点是坡度12对应的EMU的均衡速度点。对于平直道，在250km/h点，牵引力超出运行阻力，表明还有继续加速的余量，用剩余加速度来表示，即250km/h时剩余加速度0.059m/s2，200km/h时剩余加速度0.124m/s2）。起动时
6、的加速度要求有0.406m/s2。高速动车组技术第五章 制动系统（3）单点划线表示电动机电压、破折线表示电动机电流。电动机电压在速度175km/h前， 设定为V/f（电压/频率）达到一定值时加速（电压、频率与速度略呈比例）、速度175km/h以上时电动机电压为一定值。电动机电流在速度125km/h前，与牵引力呈比例下降、从125175km/h是基本上与速度成反比例减少。即，电动机电压与电动机电流之积保持一定值，表示在这种状态下进入推移的稳定能量加速区域。高速动车组技术第五章 制动系统此外，在175km/h以上时，如前所述，电动机电压一定，所以如果暂定功率因数暂无变化，由于是稳定能量，电流会按照
7、一定值推移。但是，在图中，电动机电流是随着速度的上升而下降的。（4）运行速度营业运行速度 200 km/h最高试验速度 250 km/h高速动车组技术第五章 制动系统第三节 动车组的粘着 我们已经知道，粘着系数和轮轨接触几何尺寸、接触区域状态、动轮直径、运行速度等有关，动车组高速运行时，轮轨间的接触条件恶化，粘着系数降低；另一方面，动车组动轮直径比内燃、电力机车的小，所以，动车组的粘着系数比机车的粘着系数小。高速动车组技术第五章 制动系统ICE和TGV高速动车组由于采用动力集中或相对集中的牵引方式，列车轴重大，故粘着系数高于动力分散的日本新干线高速动车组（0、100、300系）。 高速动车组技
8、术第五章 制动系统高速动车组技术第五章 制动系统高速动车组技术第五章 制动系统值得说明的是，动车组速度在250200km/h之间，且轨面状态不好时，粘着系数大约为0.0770.083之间，粘着允许的制动减速度为0.760.81m/s2，因此，200km/h EMU 的平均制动减速度都处于边缘，因此，采取增粘措施（采用踏面清扫器）和防滑措施（采用防滑控制）是制动系统必须的。这样，动车组的最大制动减速度在轨面状态较好时或轨面湿润时，都在一定程度上得到保障。高速动车组技术第五章 制动系统第四节 动车组的阻力特性不同列车速度下空气阻力所占的比例速度/（km/h）2050100160300空气阻力所占比
9、例2%15%41%55%75%95%高速动车组的速度都在200km/h以上，空气阻力占主导地位。所以动车组往往从头尾部以及整个列车的流线型（包括车顶和车下设备）来减低空气阻力，并尽量降低表面粗糙度和列车高度。高速动车组技术第五章 制动系统基本阻力中各部分的比例 10km/h100km/h140km/h摩擦阻力90%3020振动阻力83025空气阻力24055高速动车组技术第五章 制动系统基本阻力的计算 （N/t） 计算运行阻力的公式还有相近的公式，一般在动车组的技术规格中作规定。此处所列公式为200km/h EMU的基础原型车的实测值。高速动车组技术第五章 制动系统第五节 动车组的牵引功率动车
10、组运行速度高，运行阻力随之增大，必须有足够的动力来克服增大阻力。（1）功率配置动车组的功率主要与运行的目标速度、列车总重、最高速度时剩余加速度有关。参照欧洲高速铁路联网高速列车技术条件： 平直道最高速度运行时，应有剩余加速度0.05m/s/s； 加速过程平均加速度：040km/h 0.48m/s/s0120 km/h 0.32m/s/s0160 km/h 0.17m/s/s高速动车组技术第五章 制动系统 考虑15km/h的逆风；列车（轮周）功率按平直道最高速度200km/h、考虑15km/h的逆风运行时，仍有剩余加速度0.05m/s/s；牵引电机总功率：实际电机功率： 300X164800 k
11、W单位列车重量牵引功率：11.74kw/t高速动车组技术第五章 制动系统（2）功率与列车最大运行速度的关系 功率与列车最大运行速度的关系（列车重量400t）速 度120km/h140km/h160km/h200km/h250km/h300km/h功 率5888821248268941636144高速动车组技术第五章 制动系统（3）高速动车组的功率重量比 总 重最高速度定 员总功率功率重量比日本300系740t270km/h1021座14100kW19.05kW/t法国TGV-N800t350km/h1400座14000kW17.5kW/t德国ICE820t280km/h950座9600kW11
12、.7kW/t高速动车组技术第五章 制动系统（4）地铁轻轨车辆的功率重量比四轴车 12kW/t六轴铰接车 11kW/t八轴铰接车 10kW/t由此看出，200km/h EMU动车组的功率重量比与其他电动车组的功率重量比是一致的。高速动车组技术第五章 制动系统第六节 动车组的起动加速性能计算一、起动加速过程加速度1. 起动加速度列车在定员载荷、平直道的起动加速度为0.402m/s2。起动平均加速度：040连续加速： S165 m， a0.38m/s2080连续加速： S713 m， a0.365m/s20120连续加速：S1757 m，a0.33m/s20160连续加速：S3651 m，a0.30
13、m/s20200连续加速：S7286 m，a0.25m/s20250连续加速：S17.32 km，a0.184m/s2高速动车组技术第五章 制动系统2. 剩余加速200km/h行驶时：0.1m/s2 （实际计算结果：0.126m/s2）250km/h行驶时：0.05m/s2 （实际计算结果：0.0605m/s2）从平直道的运行阻力与牵引力的关系曲线也可以看出，在250km/h点，牵引力超出行驶阻力，显示出还有继续加速的余量。使用加速度来表示这一剩余加能力的话，就是在加速性能曲线中记录的剩余加速度所表示的加速度值（要求达到250km/h时0.059m/ s2，200km/h时0.124m/s2）
14、。高速动车组技术第五章 制动系统二、各手柄级位均衡速度 动车组在各牵引级位下的运行于无隧道的平直道上的均衡速度如表 牵引级位均衡速度/（km/h）牵引力速度特性125（1/V）22751/V31251/V41501/V51751/V62001/V72251/V82501/V92751/V101/V高速动车组技术第五章 制动系统三、起动加速过程平直道上起动加速，假设起动时间为1秒。起动加速过程如表 速度/（km/h）加速时间/s行驶距离/m速度/（km/h）加速时间/s行驶距离/m0101301092 091108111401202 5032015411501322 98730229116014
15、53 54740301691701604 23450372571801765 01160453791901945 93670535222002147 01980627092102368 27290719222202619 764100801 16123029011 576110891 42424032313 731120991 74325036216 386高速动车组技术第五章 制动系统高速动车组技术第五章 制动系统四、不同动拖比编组的起动加速能力对比在相同电机功率、相同牵引总重量等计算条件下，动车组的平均加速度如表所示加速范围/（km/h）4M4T5M3T加速距离平均加速度加速距离平均加速度
16、0401650.381310.470807130.3655660.45012017570.3313860.42016036510.3028490.38020072860.2555550.330250173200.184122840.25高速动车组技术第五章 制动系统不同动拖比编组的起动加速图示高速动车组技术第五章 制动系统五、其他高速动车组的起动加速性能对比高速动车组技术第五章 制动系统第七节 动车组的制动计算一、动车组制动要求当动车组配置了11.7kW/t 的牵引功率，在牵引工况，当列车从0200km/h加速时，加速运行距离为7.3km；当从0250km/h加速时，加速运行距离为17.3km
17、。但制动工况就不同了，列车制动距离要比起动加速距离短得多。我国铁路技术政策规定：当最高速度为250km/h，要求制动距离：2700m，约为加速运行距离的1/6；制动平均减速度a0.9m/s2，约为平均起动加速度的5倍。高速动车组技术第五章 制动系统当最高速度为200km/h，要求制动距离：2000m，约为加速运行距离的1/4；制动平均减速度a0.77m/s2，约为平均起动加速度的3倍当最高速度为250km/h、要求制动距离2700m、制动减速度0.9m/s2时，高速动车组技术第五章 制动系统针对制动等级为EB（快速制动）、列车编组方式为4M4T的列车进行制动距离的计算。其中，取制动单元为1M1
18、T，制动方式为纯空气制动或电制动+空气制动。路面分DRY（干轨）和WET（湿轨）两种状态分别考虑。并假定制动初速度为200km/h。（铁路技规规定200km/h速度等级列车制动距离为2000m）。高速动车组技术第五章 制动系统制动距离空走距离空走时间=2.3（s），初速度为200km/h下的空走距离：各速度段制动所需制动距离v1-v2：速度范围km/h0-7070-118118-160160-200路面状态：有效制动距离m168.5339.2508.5694.5Dry174.96349.45540.25790.72Wet高速动车组技术第五章 制动系统列车总制动距离列车总制动距离计算结果轨面 计
19、算值DRY1838.5WET1983.21)结论不论干轨和湿轨的制动距离均小于2000米，满足技规的规定。 高速动车组技术第五章 制动系统高速动车组技术第五章 制动系统200km/h初速制动距离制动空走距离有效制动距离总制动距离制动时间快速制动86168817741137N86247925651686N86282329091925N86327333592234N86389539812673N86479448803312N86626263844371N8690719157648高速动车组技术第五章 制动系统160km/h初速制动距离 制动空走距离有效制动距离总制动距离制动时间快速制动691025
20、1094887N69151515841306N69173017991495N69201420831744N69240824772083N69298430532602N69394840173461N6958455914521高速动车组技术第五章 制动系统高速动车组技术第五章 制动系统高速动车组技术第五章 制动系统高速动车组技术第五章 制动系统三、再生制动、空气制动性能曲线高速动车组技术第五章 制动系统高速动车组技术第五章 制动系统四、停坡验算装备停放制动装置的动车组，应具有在20坡道上停放制动时不溜逸的能力 20%坡道上的下滑力：408.5t x 20=81.7 kN 最大停放制动力：408.5
21、x 1.12=457.52kN按制动缸剩余290kPa计算，制动力可达190kN以上。高速动车组技术第五章 制动系统五、安全制度规定动车组按LKJ方式行车时，列车最高运行速度165km/h(167km/h报警，170km/h启动常用制动，175km/h启动紧急制动）。列控车载设备有完全监控模式(FS)、部分监控模式(PS)、目视行车模式(OS)、调车模式(SH)、隔离模式(IS)和待机模式(SB)等六种。 高速动车组技术第五章 制动系统完全监控模式是列车在区间(含车站正线通过和侧进直出)和车站接车作业时的正常运行的模式，列车最高运行速度200km/h（202km/h报警，205km/h启动常用
22、制动，210km/h启动紧急制动）。列控车载设备根据控车数据自动生成目标距离模式曲线，司机依据人机界面(DMI)显示的列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等控制列车运行。 高速动车组技术第五章 制动系统第八节 故障运行能力对电动车组，一般要验算定员载荷、列车部分动力损失情况下的故障运行能力。对4M4T编组的动车组，在牵引传动系统采用车控情况下，当动力损失1/4时，剩余动力运行就相当于3M5T。一、坡道起动能力计算起动阻力按4N/kN计算，在无曲线的12直坡道上起动时，列车阻力为高速动车组技术第五章 制动系统列车起动牵引力为 因此可以起动。同理，在无曲线的20直坡道上起动时，列车阻力为也能满足起动要求。但在无曲线的30直坡道上起动时，列车阻力为高速动车组技术第五章 制动系统列车无法自行起动。通过反算，可以确定列车动力损失1/4时，能在无曲线的直坡道上起动的最大坡度为即28（要求粘着系数应在0.09以上时） 高速动车组技术第五章 制动系统二、坡道运行速度在动力损失1/4的情况下，在20的直坡道上的均衡速度为127.4 km/h；在动力损失1/2的情况下，在12的直坡道上的均衡速度为128.2 km/h。高速动车组技术第五章 制动系统CRH2稳速 范围_上坡牵引高速动车组技术第五章 制动系统CRH2稳速 范围_下坡电制动
