ECP技術(shù)發(fā)展及技術(shù)研發(fā)探討

王 高，涂智文

（南車長江車輛有限公司 產(chǎn)品研究所，湖北武漢430212）

ECP技術(shù)發(fā)展及技術(shù)研發(fā)探討

王 高，涂智文

（南車長江車輛有限公司 產(chǎn)品研究所，湖北武漢430212）

介紹了國外ECP制動系統(tǒng)的研制概況、運營效益、技術(shù)方案及作用原理，對我國自主研發(fā)ECP技術(shù)的研究方向及技術(shù)路線相關(guān)問題進行了初步探討。

ECP；研發(fā)；制動

目前我國在大秦線已開行了2萬t貨物列車，為進一步挖潛增效，釋放運能，緩解我國電煤等大宗物資運輸緊張的狀況，開行更大牽引噸數(shù)的列車成為發(fā)展方向，這對列車制動系統(tǒng)提出了新的要求。

雖然我國在2萬t貨物列車上采用了美國GE公司的機車同步操作Locotrol技術(shù)或南車的TECTROMS機車無線重聯(lián)同步技術(shù)，但仍存在空氣制動機所共有的問題。傳統(tǒng)空氣制動信號由空氣波傳遞，以約為聲速2/3的速度移動，信號到達列車最后一輛車的時間隨列車長度而顯著上升。為確保重載列車安全性，在列車牽引噸數(shù)大幅提升的同時，不降低列車開行對數(shù)及運行速度，實現(xiàn)運輸總量的絕對提升，借鑒國外有益經(jīng)驗，制動系統(tǒng)需要突破傳統(tǒng)空氣制動局限，而尋求ECP制動系統(tǒng)這一解決方案。自從19世紀70年代末開發(fā)自動空氣制動機以來，ECP制動技術(shù)是鐵路貨物列車制動技術(shù)中最大的飛躍。

1 國外ECP制動系統(tǒng)研制概況

ECP電空制動系統(tǒng)是Wabtec公司1994年開始研制的，最早于1998年裝車運用。美國、巴西、澳大利亞、加拿大等實行重載運輸?shù)膰乙阎饾u推廣使用ECP，并有大量既有車計劃進行ECP改造。經(jīng)過數(shù)百萬英里的車輛運用經(jīng)驗積累，AAR已于1997年5月制定了一整套纜接ECP系統(tǒng)工業(yè)標準。ECP系統(tǒng)由機車和每輛車輛上的控制單元及列車網(wǎng)絡組成，通過列車網(wǎng)絡傳遞控制信息，使每節(jié)車輛同步制動或緩解，利用貫通全列車的電纜可同時實現(xiàn)機車動力分散牽引控制。目前ECP在國內(nèi)貨車的運用方面還是空白，但一些科研院所及企業(yè)已經(jīng)開始開展研發(fā)工作。

2 ECP制動系統(tǒng)運營效益

國外BSNF、CP、QCM、Spoornet、CSX等多個公司的ECP制動系統(tǒng)線路運用經(jīng)驗表明，裝有ECP列車可獲得的運營效益如下：

（1）簡化列車操縱

整列車同步制動及階段緩解相結(jié)合，極大地簡化了列車的操縱。從而降低了與列車操縱有關(guān)的脫軌危險性；減小列車的縱向沖擊力；制動距離減小50%～70%，降低緊急制動時脫軌危險性；增加列車長度和質(zhì)量；降低對司機技能要求。

（2）縮短運轉(zhuǎn)周期

制動距離減小、有階段緩解和連續(xù)再充氣功能，可提高列車部分線路區(qū)間的速度；

停車后制動管維持充氣狀態(tài)，且制動機可在15 s內(nèi)完全緩解，可縮短列車從制動到起動的時間；

實現(xiàn)了對每輛車制動系統(tǒng)的監(jiān)控，可加快每次發(fā)車前的檢測；

采取連續(xù)監(jiān)控，可排除線路上的制動檢查；

減少了列車的縱向沖擊力，可降低發(fā)生車輛間的撞擊及分離事故；

貨車故障報警，提醒維修，可減少線路上發(fā)生的故障和由此產(chǎn)生的列車晚點。

（3）節(jié)省能源

由于可最大程度地利用動力制動；允許較高的下坡速度，可在下一個上坡道利用增大的慣性能量減少功率需求；制動控制更準確，可提高列車速度的穩(wěn)定性；減少了列車管壓縮空氣消耗，可減少機車空壓機工作量。

大多數(shù)運用結(jié)果表明，ECP可節(jié)能至少5%。

（4）降低貨車維修費用

主要是由于制動熱負荷分布均勻，制動作用精度高，黏著制動發(fā)生少，可降低車輪磨耗及損傷；閘瓦磨耗低且整列車均勻；車鉤和緩沖器的磨耗小，損壞少；車體結(jié)構(gòu)承受的疲勞載荷低。

（5）拓展車輛功能

ECP系統(tǒng)為車輛添加傳感器和傳動機構(gòu)功能提供了可行方法，這些傳感器和傳動機構(gòu)共享ECP計算機、電源和通訊平臺。

可考慮的選項有手制動監(jiān)控器、手制動的實施與緩解裝置、脫軌檢測裝置、車輛或轉(zhuǎn)向架振動檢測裝置、軸承發(fā)熱監(jiān)測裝置及氣動卸貨門操作機構(gòu)等。

如國內(nèi)出口車曾在ECP上擴展了脫軌檢測、軸承發(fā)熱監(jiān)測及底門、頂蓋狀態(tài)監(jiān)測等功能（圖1）。

3 國外ECP制動系統(tǒng)主要技術(shù)方案介紹

國外ECP技術(shù)方案有多種模式，其中主要按通訊方式可分為有線與無線兩種。有線ECP制動系統(tǒng)采用電纜通訊，而無線ECP制動系統(tǒng)采用無線通訊。

（1）有線ECP制動系統(tǒng)

有線ECP制動系統(tǒng)是在整列車上安裝1根雙股（直徑為8 mm）電纜，縱貫全部的機車和車輛，利用該電纜將機車上的230 V DC電源傳送到車輛，通過車輛上掛在總線電纜上的網(wǎng)絡收發(fā)器，在機車與車輛之間進行雙向數(shù)據(jù)交換。通過電纜，制動指令以數(shù)據(jù)的形式從本務機車發(fā)出，向全部車輛提供制動、緩解指令，控制車輛的電子制動控制裝置，實現(xiàn)全列車同步制動、緩解和再制動，具備階段緩解功能。在ECP制動模式下，列車管僅為供風管，不再通過減壓產(chǎn)生制動指令信號。

（2）無線ECP制動系統(tǒng)

無線ECP制動系統(tǒng)由傳統(tǒng)空氣制動系統(tǒng)和列車制動無線控制系統(tǒng)共同組成，兩系統(tǒng)之間為并聯(lián)關(guān)系，并行操縱列車的制動或緩解，分別在機車和車輛上設置機車信號接發(fā)模塊和車輛信號接發(fā)模塊，通過編組信息模塊和車輛標記模塊確定各車在編組中的位置，通過制動控制模塊下達制動命令，頭端控制模塊處理命令后，由機車信號接發(fā)模塊發(fā)出無線信號，各車輛信號接發(fā)模塊接收后由智能控制模塊處理，通過電磁閥來實現(xiàn)副風缸直接向制動缸充風制動及制動缸排風緩解，實現(xiàn)全列車同步制動、緩解和再制動，具備階段緩解功能。在ECP制動模式下，列車管僅為供風管，不再通過減壓產(chǎn)生制動指令信號（圖2）。

無線ECP制動系統(tǒng)由一個機車子系統(tǒng)和若干車輛子系統(tǒng)組成，機車子系統(tǒng)包括制動控制模塊、頭端控制模塊、機車信號接發(fā)模塊、編組信息模塊，頭端控制模塊通過各端口分別與制動控制模塊、機車信號接發(fā)模塊、編組信息模塊連接；車輛子系統(tǒng)包括智能控制模塊，車輛信號接發(fā)模塊，車輛標記模塊，車輛控制模塊，電磁閥，車輛信息采集模塊和電源，智能控制模塊通過各端口分別與車輛信號接發(fā)模塊、車輛標記模塊、車輛控制模塊連接，并外接電源，車輛控制模塊還通過端口分別與電磁閥，車輛信息采集模塊連接。

4 有關(guān)ECP技術(shù)研發(fā)的初步探討

（1）ECP平臺化設計理念

所謂ECP技術(shù)實際上也是出于一個發(fā)展過程中，AAR標準也在根據(jù)發(fā)展在逐步修訂，已逐步將ECP制動技術(shù)視作一個多種技術(shù)的平臺，在平臺上集成列車控制、車輛狀態(tài)監(jiān)控的裝置，如自動停車制動功能等的實現(xiàn)等。ECP研發(fā)中，在進行頂層設計時要充分考慮到這種發(fā)展趨勢，保證ECP系統(tǒng)具有開放性，為貨物列車技術(shù)提升及采用先進運用管理制度建立一個良好的技術(shù)平臺。

（2）邊界條件的研究

ECP近年雖然得到巨大發(fā)展，但也并不是所有國家都大量使用，主要集中在南非和澳洲。這就需要在研發(fā)前期就各國各種運用模式邊界條件做詳盡的比較分析，如對線路條件，運用工況，甚至管理制度的對比，特別是各種模式下的綜合效益對比分析，從中才可以看出ECP真正的意義何在，從而準確確定項目的邊界條件。

如ECP同步，持續(xù)充風的特點，解決長大下坡道存在的問題是非常有利的，但對復雜豎曲線效果就要做具體分析，如同步性是否能減少車鉤壓力的分析。在大秦線合適的技術(shù)，在神華等其他線上就不一定合適。這需要很多理論計算和試驗驗證來支撐。

目前國內(nèi)ECP研究的一個問題是大家將AAR確定的邊界條件看成是默認，并在此基礎上直接比照AAR4200系列標準進行器件研發(fā)，缺乏對邊界條件的研究，對適應線路的研究，對制動系統(tǒng)變化的研究。這樣研發(fā)出來的技術(shù)是否能夠直接運用在中國鐵路上，是值得懷疑的。器件研制是系統(tǒng)研究的下游工作。并且需要在消化的基礎上充分吸取AAR標準，并建立我國自己的標準。

（3）ECP技術(shù)參數(shù)選取，以及對空重車等具有自調(diào)整裝置的影響

ECP制動技術(shù)最主要的是通過車輛控制裝置（CCD）可以實時控制副風缸向制動缸的充風及制動缸的排風實現(xiàn)的，這就有控制參數(shù)如何選取，對空重車等原具有自調(diào)整功能如何實現(xiàn)及如果依然采用裝置模式如何協(xié)調(diào)作用的問題。制動緩解指令的設置技術(shù)實現(xiàn)上是很簡單，但是為什么這樣？如何確定就需要多方研究討論，并在大量試驗基礎上確定，不能完全按國外產(chǎn)品比照執(zhí)行。

（4）ECP承載器件及重要相關(guān)件的同步研究

①閥：國外ECP是在閥的高可靠性基礎上發(fā)展起來的，我國目前貨車控制閥主要采用120閥，經(jīng)過多年的改進完善，其技術(shù)性能有了很大的提高。但與國外閥相比，由于采用滑閥，在一致性、可靠性等方面還存在不少問題，有進一步完善的需要。

②車鉤：是大編組列車中的最大問題，按FMG公司38 400 t編組列車為例，鉤舌裂紋及裂損一直是一個很大的問題，而國內(nèi)目前擁有的技術(shù)尚不能滿足長期可靠的運用要求。如果要開行30 000 t以上大列，車鉤研究及技術(shù)上的重大突破是必需的。還有高強度牽引桿、大容量緩沖器技術(shù)性能研究等。

③ECP貨車部分裝置、電源傳輸線纜及接插件等低溫性能的滿足；電源傳輸?shù)膿p耗、信號的可靠性傳輸及抗電磁干擾；關(guān)鍵件的質(zhì)量保證，如CCD電池失效、接插件接觸不良等。

（5）有關(guān)ECP故障形式分析及故障導向分析，故障時應急處理，應做詳盡分析，并在此基礎上滿足系統(tǒng)及器件的高可靠性要求。這是在中國鐵路推廣的重要基礎。

5 相關(guān)研究

（1）建立重載列車縱向力的分析及仿真研究系統(tǒng)，該系統(tǒng)應具備對不同線路條件、不同列車編組、不同控制方式等因素對重載列車縱向力進行分析的能力；

（2）研究車鉤力安全性標準，開展提升空氣控制閥、高強度牽引桿、大容量緩沖器技術(shù)性能研究；

（3）開展車輛狀態(tài)在線檢測及監(jiān)測研究；

（4）開展機車制動與車輛空氣制動匹配性研究；

（5）開展重載列車地形匹配及基礎數(shù)據(jù)庫研究。

6 結(jié)束語

ECP制動技術(shù)自20世紀90年代開始，已在重載列車上運用近20年，運營經(jīng)驗表明，其可為運營公司帶來巨大收益，并為列車安全運行提供可靠保證。為滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要，我國將開行3萬t及以上的重載列車，ECP制動技術(shù)可有效解決重載列車面臨的制動問題。結(jié)合我國運用特點，綜合考慮可靠性、檢修性及經(jīng)濟性等因素，研究具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的ECP制動系統(tǒng)，對鐵路重載運輸?shù)陌l(fā)展具有重要意義。

參考文獻

［1］ Robert C.Kull.ECP制動在重載鐵路上的運用［J］.國外鐵道車輛，2002，39（6）：29-35.

［2］ 林 暉，錢立新.重載列車有線電控空氣制動系統(tǒng)的研究［J］.中國鐵道科學，2007，28（1）：63-70.

Discussion on ECP Technology Development

WANG Gao，TU Zhiwen
（Product Technical Research Institute，CSR Yangtze Co.，Ltd.，Wuhan 430212 Hubei，China）

This paper describes the general situation of development，operating efficiency，technical proposal and action principle of foreign ECP brake systems，and preliminarily discusses some related issues of research direction and technical route for ECP technology developed by our country.

ECP technology；development；brake

U260.36

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.05

1008－7842（2014）05－0021－03

?）男，教授級高級工程師（

2014－01－23）