高速动车组制动系统的研究与分析

发表时间:2021/5/7   来源:《当代电力文化》2021年1月第3期   作者:张斌
[导读] 伴随着我国动车交通网络的建设,动车已经成为日常生活运输的重要交通工具

        张斌
        中车唐山机车车辆有限公司  河北省唐山市
        摘要:伴随着我国动车交通网络的建设,动车已经成为日常生活运输的重要交通工具,制动系统最为高度动车中最为关键的构件,将直接决定该高速动车组的运行效率与安全性能。当前我国关于制动系统的核心研究尚未深入,大部分核心技术都被外国动车部门所掌控。对我国高度动车组发展带来严重限制
关键词:高速动车组;制动系统;研究与分析
        随着我国经济建设的深化程度不断加深,人口增长速度迅速上升,区域内部人口增长较快,传统铁路运输已经不在适用于当下发展前景,铁路线路老化,损坏程度严重,运输速率较慢等特征,使得铁路运输不再适用于高度客车运行,但是我国现有的货车运输运输量远远不能达到铁路运输的标准,导致大量货物滞留,运输管理难以实现最优化处理,因此,发展高速动车组的战略已经刻不容缓。自21世纪以来,我国仅仅使用七年时间就将动车运行数量增加至1000列。结合高度动车局披露的相关数据信息得知,截止2019年12月31日,我国已有动车数量为29319列,动车组数量为3665组,高度动车组已经占据客运市场近七成以上的比例。但是就动车组制动系统的研究拉看,我国尚未实现制动系统的自主研发,高速动车未来发展道路艰巨。
1、高速动车组制动系统的现状分析
        高速动车相较于传统铁路运输、货车运输速率较快,载货量大,但是其中还有一点值得关注,就是动车组的乘坐舒适性,而舒适性的基础是建立在高度动车组的制动系统良好的基础上,能够在列车起步、运行以及停靠是减小车辆之间产生的冲击力,以此来实现舒适性的体验。伴随着我国动车的迅速发展,所行驶的时间与路程更大时,传统制动系统在运行过程由于技术不到位或者缺乏维护手段,已经不能适应时代发展的要求:不仅要保证动车安全运行,还要实现短程启动与停止,尽量减少动车在制动环节中所产生的冲击力。因此必须进行新型动车制动系统的研发与设计,当前国内外动车制动系统生产产家大都以直流式的电气制动系统,分为电控空气制动与电气制动。
1.1国外动车组制动系统技术
德国的高度动车组制动系统技术在世界范围内首屈一指,其最为优良的制动系统为克诺尔系统,是欧美以及亚洲地区所使用最为普遍的动车制动系统,具有良好的安全性、控制性;日本是世界上最早进行高速动车修建的国家。将传统直流式电气制动系统进行重合式改进,为高速动车研究理论研究提供了方向,迄今为止,大部分高速动车制动的原理都是该原理的衍生分支。除此之外,在进行高速动车的异步电箱控制管理中,首先将矢重控制的原理运用于E2系列动车组中,通过对动车内部的转速器进行有效控制,能够在动车低速运行时转化为异步状态;在动车高速运行时转化为分段协同状态,能够有效提升动车制动系统的使用周期。
1.2国内动车组制动系统技术
我国在上世纪九十年代初期进行了KDZI动车组的研究,内部动车制动装置为电控空气复合运行设备,并将此制动系统运用于大规模的铁路运输,并取得良好成效,其中“蓝箭”动车组首次使用重复制动装置,具有极高的管控性能,在北上关的铁路运输中取得巨大成效。伴随着我国转矩控制技术的出现,将其作用于动车制动传输系统中,使得我国高度动车的运行速率显著提升。在2004年我国进行铁路提速的研究中,将国外先进的直流式电气制动装置经过改进,成功使用在CRH1、CRH2以及CRH5动车组中,其内部采用改进的复合制动系统与电控空气制动相互结合,接着在CRH380动车组中,将原有动车的特征形状进行保留,制造出欧系与日系两种类型的动车组。   
2、制动系统研究与分析
结合上述1中的阐述,得出CRH380是目前我国高速动车组未来的发展指向标,其内部制动系统均采用电控空气制动以及电气制动两个装置系统构成,根据内部制动系统可将制动系统分为常规制动以及紧急制动,此外,为了保障该制动系统在运行过程的安全性,还在故障装置上设有后备隐藏制动系统。当前CRH系列动车组的速度控制方式通常采用均速降低管控形式,按照制动力的计算原理来进行动车组制动效率、运行存在的摩擦力之间的函数关系式为下(1):

根据上述公式,能够在动车组制动系统启动时,对某一时间段的动车组运行速率的安全性进行评定,动车组减速时根据减速程度进行是否应当执行制动系统的启用。除此之外,根据所得出的动车组制动能力数值,加上该车运行的质量以及制动指标的变化,能够将当时动车组运行时场所产生的制动力进行计算,从而实现合理分配动车组制动力的目的。
2.1制动系统性能分析
高速动车组的制动系统包含常规制动以及紧急制动。在常规制动中,通常不同型号的动车组,存在不同常规制动系统级别数目,例如在CRH2中的常规制动级别有七级,七级是其中制动力度最大的常规制动,其制动信号的传输与调度原理如下图1所示:

此外,紧急制动也与上述常规制动存在相类似之处,其紧急制动信号传输与调度原理如下图2所示:

图2  紧急制动信号的传输以及调度原理示意图
2.2制动系统参数分析
高速动车组制动系统的参数主要包括载重参数、运行摩擦参数以及总体制动能力参数等。针对上述参数进行分析,主要进行进行载重参数分析,以我国动车组的CRH3型号进行载重参数分析,根据相关生产厂家所提供的的动车组信息,得出该型号动车组的载重参数如下表1所示:


结合上述表格,动车组在运行过程中,由于制动能力包括对动车组垂直方向的作用以及部分构件回归方面的作用,因此得出动车组的制动质量矢重高于动车组重质量,由此得出该动车组的制动能力计算公式为下(2)式:

3、结语
        伴随着我国经济建设的深化程度不断加深,人口增长速度迅速上升,区域内部人口增长较快,传统铁路运输已经不在适用于当下发展前景,我国动车交通网络的建设刻不容缓,动车已经成为日常生活运输的重要交通工具,制动系统最为高度动车中最为关键的构件,将直接决定该高速动车组的运行效率与安全性能。本文以国内外高速动车组制动系统发展现状为突破口,阐述发展制动系统的重要性,高速动车组制动系统是未来交通行业的发展方向,接着对高速动车组的制动系统进行性能的分析,包含常规制动以及紧急制动,为后续相关研究提供一定的理论借鉴。进行动车组再生制动实验,从而建立起高速动车组制动检测措施。
参考文献
[1]孟德浩.浅析我国高速动车组制动系统现状与发展态势研究[J].中国新技术新产品,2019,(19):5-8.
[2]徐晟航;赵安善;康金龙;李伟;魏孔鹰.高速动车组制动系统防滑控制探讨[J].科学技术创新,2019,(12):171-172.
[3]李培署;王风洲.我国高速动车组制动技术现状及未来技术发展探讨[J].铁道车辆,2018,56(09):1-5+45.
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