摘要：我国动车组制动技术的自主研发取得突破，自主研制的动车组制动系统和关键部件已在标准动车组和部分既有动车组上投入运营或运用考核。文章对高速动车组电空制动系统的建模和参数进行了分析。
关键词：制动盘；材料；结构；动车组
1 前言
制动是高速铁路动车组的关键技术之一。制动系统的能力直接影响列车的安全性。不断增加的速度对制动系统提出了更高的要求。测试一直是研究列车制动问题的重要手段，但测试，特别是线路测试，将占用操作线，这不仅耗时，昂贵，而且长。计算机技术的飞速发展为计算机仿真技术的发展创造了条件。利用计算机软件构建仿真模型并对其进行分析和计算，不仅可以模拟各种复杂的工作条件，还可以大大降低产品开发成本，缩短开发周期。
2 我国高速动车组制动系统技术现状
2.1 基本技术现状
国内批量运用的ＣＲＨ系列高速动车组均采用微机控制直通电空制动控制技术和大功率盘形基础制动技术，制动技术主要来源于德国克诺尔公司和日本纳博特斯科公司。其中，ＣＲＨ１／３／５、ＣＲＨ３８０Ｂ／Ｃ／Ｄ型动车组制动系统以及ＣＲＨ２Ｃ（二阶段）、ＣＲＨ３８０Ａ型动车组的基础制动装置采用克诺尔公司的技术，ＣＲＨ２Ａ／Ｂ／Ｃ（一阶段）和ＣＲＨ３８０Ａ型动车组的制动控制系统采用纳博特斯科公司的技术，ＣＲＨ２Ａ／Ｂ／Ｃ（一阶段）型的基础制动装置采用日本萱场公司（ＫＹＢ）和ＦＩＮＥ－ＳＩＮＴＥＲ公司的技术。ＣＲＨ系列动车组制动系统主要由制动控制系统、基础制动装置、风源系统及辅助设备等组成，具有常用制动、紧急制动、快速制动、停放制动等功能。制动控制采用微机控制直通电空制动系统，基础制动采用盘形基础制动装置，大部分风源系统采用螺杆式空气压缩机、双塔吸附式干燥器或膜式干燥器，少量采用活塞式空气压缩机。
常用制动时采用动力制动（再生制动）和空气制动（或空气－液压制动）的复合制动方式，优先使用动力制动，当动力制动力不能满足制动力需求时，空气制动力自动补偿，制动过程中制动力能根据理论黏着力要求和车辆载荷变化自动调整，具有冲动限制功能；紧急制动时根据速度－黏着变化进行制动力分级控制，采用克诺尔制动技术的制动系统设有空重车调整阀，能够根据车辆载荷变化自动调整制动缸压力，采用纳博特斯科制动技术的制动系统通过减压阀调整制动缸压力。在防滑控制方面，采用克诺尔公司制动系统的动车组，空气制动和电制动的防滑控制分别由空气制动系统和牵引系统完成，采用纳博特斯科制动系统的动车组，牵引系统不进行防滑控制，只有空气制动系统进行防滑控制。防滑系统针对充分利用黏着和如何进行超低黏着条件下的防滑控制采取了相应的技术措施。基础制动和风源系统，除ＣＲＨ２Ａ／Ｂ／Ｃ（一阶段）型动车组采用液压基础制动装置和活塞式空压机外，其余动车组均采用空气盘形基础制动装置和螺杆式空压机。根据运用过程中暴露出的问题，我国ＣＲＨ系列动车组制动技术也在不断改进完善，制动控制和防滑控制软件进行了多次升级。ＣＲＨ２系列和ＣＲＨ３８０Ａ型动车组全部加装撒砂装置，制动系统在制动和防滑性能、故障诊断、黏着利用等方面的技术水平取得了长足进步。
2.2 关键技术掌握情况
通过对引进制动技术的消化吸收和国产化，既有动车组制动系统的大部分产品已实现国产化生产，但部分核心技术仍掌握在国外公司手里。克诺尔公司的制动系统，国内技术受让方为铁道科学研究院机车车辆研究所的北京纵横机电技术开发公司（以下简称铁科院），铁科院主要负责基础制动夹钳单元总成和部分制动控制部件的生产，克诺尔车辆设备（苏州）有限公司主要负责制动控制系统总成和部分夹钳单元部件的生产，制动盘由铁科院和克诺尔公司的合资公司生产，闸片由克诺尔公司提供，风源系统由克诺尔南口供风设备（北京）有限公司生产。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆纳博特斯科公司的制动控制系统，国内技术受让方为南京中车浦镇海泰制动设备有限公司（以下简称海泰公司），电子制动控制单元软件和硬件、ＥＰ电磁阀线圈、部分橡胶件和弹簧需要从纳博特斯科公司进口，其余零部件的生产、制动控制系统总成由海泰公司完成。中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司承接了日本萱场公司（ＫＹＢ）的液压制动夹钳和踏面清扫器技术以及日本ＦＩＮＥ－ＳＩＮＴＥＲ公司的粉末冶金制动闸片技术，进行液压制动夹钳单元和粉末冶金闸片的国产化生产。
3 电空制动系统的设计
3.1 系统参数的分析和确定
以某１６辆编组高速动车组为例，采用建立的列车级高速动车组电空制动系统的仿真模型，进行动车组电空制动系统的设计。该动车组包含８辆动车和８辆拖车，列车和单节车辆的重量，其中“定员时的重量”是指载客人数为定员人数时的列车或单节车辆的重量。高速动车组制动的控制方式多采用减速度控制，即制动控制单元根据速度和手柄级位确定出目标减速度，进而结合车重计算出应施加的制动力，目标减速度通常使用曲线表示并在设计阶段进行设定；列车制动初速度为３８０ｋｍ•ｈ－１。因此动车组电空制动系统的设计要求为：常用制动时列车的减速度与设定的减速度曲线应保持一致；紧急制动距离不大于８５００ｍ。动车组电空制动系统的系统参数主要包括：杠杆比、摩擦系数、摩擦半径、每轴的制动盘数量等。针对各种工况，分别给动车组电空制动系统参数赋值，采用建立的列车级制动系统仿真模型进行仿真计算，验证动车组电空制动系统是否满足设计要求；若不满足，则调整参数的赋值，再进行仿真计算；直至各种工况下均满足设计要求；此时，得到的能够满足系统设计要求的参数。
3.2 系统设计过程的验证
为了验证系统设计过程，选取最大常用制动和紧急制动２种工况进行参数对比分析。验证分为２个层面，其一为仿真计算值与设计值的对比分析；其二为样车试制完成后，实车试验测试值与仿真计算值的对比分析。
列车施加制动操作后，减速度的仿真计算值迅速逼近设定的减速度曲线（减速度的设计值），即减速度的仿真计算值与设计值一致；当列车运行速度降到３００ｋｍ•ｈ－１时，编组中所有拖车的压力变换阀动作，进行高低压切换；当列车速度降到２００ｋｍ•ｈ－１时，编组中所有动车的压力变换阀动作，进行高低压切换；仿真计算时高低压切换导致列车在转化点附近有一定的冲动；当列车速度降至１０ｋｍ•ｈ－１时，电制动退出，列车制动全部由空气制动接管。由此可知，对于最大常用制动工况，减速度的仿真计算值与设计值吻合程度较高。
3.3 紧急制动
列车初速度为３８０ｋｍ•ｈ－１时，紧急制动距离的仿真计算值为５７９５ｍ，实车测试值为５６７０ｍ，相对误差为２．２％，仿真计算值与实车测试值的吻合程度较高，说明仿真模型能够准确地反映动车组的紧急制动距离随列车速度变化的过程。在紧急制动工况下，动车高低阶压力的转换点为８０ｋｍ•ｈ－１，动车制动缸压力的仿真计算值由１７８ｋＰａ上升至２８０ｋＰａ，实车测试值由１８０ｋＰａ上升至２９０ｋＰａ，可见两者的吻合程度较高。
4 结语
基于列车级电空制动系统仿真模型，进行高速动车组电空制动系统参数的分析和配置，完成高速动车组制动系统的设计。选取最大常用制动和紧急制动２种工况，采用列车级电空制动系统仿真模型进行仿真分析，将仿真计算值与设计值和实车测试值进行对比，验证该模型的有效性和合理性。
参考文献：
[1]李万新.高速动车组电空制动系统的建模和参数分析[J].中国铁道科学，2017，38（02）：89-95.
[2]秦佳颖，陈澍军.基于实例的高速动车组制动系统故障诊断方法介绍[J].铁道车辆，2016，54（07）：41-43+52.
论文作者:苏安,韩东寅,杨守祥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：车组论文; 制动系统论文; 诺尔论文; 列车论文; 技术论文; 公司论文; 防滑论文; 《基层建设》2019年第16期论文;