關(guān)于動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的探討

朱立強(qiáng) 郭小行 曲秋芬 秦佳穎

【摘 要】制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間作為制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)中間參數(shù)，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的性能會(huì)有一定的影響，但是可以通過(guò)對(duì)其他中間參數(shù)的相應(yīng)調(diào)整，最終可以保證制動(dòng)系統(tǒng)的性能基本不受影響。本文通過(guò)對(duì)動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的機(jī)理、不同車型對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的要求及試驗(yàn)結(jié)果的分析，表明制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的差異基本不會(huì)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響，在型式試驗(yàn)中可不作為試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)車組 制動(dòng)系統(tǒng) 響應(yīng)時(shí)間 型式試驗(yàn)

1 概述

制動(dòng)系統(tǒng)作為動(dòng)車組九大關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其性能的好壞與動(dòng)車組的安全和運(yùn)營(yíng)秩序息息相關(guān)。制動(dòng)系統(tǒng)的性能主要由制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、減速度的設(shè)定、靜態(tài)傳動(dòng)效率、防滑保護(hù)性能等中間參數(shù)決定，其中制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間作為一個(gè)中間參數(shù)，由于各車型影響制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的某些因素的區(qū)別，不可能達(dá)到一致的要求，但可以通過(guò)對(duì)其他參數(shù)的調(diào)整、優(yōu)化匹配，以達(dá)到滿足制動(dòng)系統(tǒng)性能的目的。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的動(dòng)車組有CRH1系列、CRH2系列、CRH3系列和CRH5型動(dòng)車組，在進(jìn)行整車型式試驗(yàn)時(shí)均將制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間作為一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)來(lái)進(jìn)行測(cè)試并評(píng)價(jià)。但是各車型根據(jù)自身制動(dòng)系統(tǒng)的特性，設(shè)定了不同的制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)值，據(jù)此編制了試驗(yàn)大綱并進(jìn)行了型式試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果制動(dòng)系統(tǒng)的功能都正常，即常用制動(dòng)滿足動(dòng)車組的調(diào)速功能，緊急制動(dòng)可以滿足緊急制動(dòng)距離的要求，保證了動(dòng)車組的操作性和安全性。由于各車型的制動(dòng)系統(tǒng)特性不同，制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間設(shè)定不同、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也不一致， 測(cè)試結(jié)果也不盡相同，故型式試驗(yàn)大綱中將制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間作為制動(dòng)系統(tǒng)性能的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)意義不大。

2 制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的機(jī)理

制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是指靜態(tài)下動(dòng)車組從發(fā)出制動(dòng)命令至制動(dòng)缸壓力上升到最高壓力90% 所需的時(shí)間。各型動(dòng)車組由于制動(dòng)系統(tǒng)特性不同，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的機(jī)理也不盡相同，響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短也有區(qū)別。CRH3系列動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)分為常用制動(dòng)和緊急制動(dòng)等方式，常用制動(dòng)主要用于使列車減速，緊急制動(dòng)用于在緊急的情況下，列車緊急停車，保證列車的運(yùn)營(yíng)安全。兩種制動(dòng)方式機(jī)理不同，控制方式也各異，所以制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間也有差別。以CRH380B型（非高寒）動(dòng)車組為例，對(duì)常用制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間和緊急制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的機(jī)理分別介紹。

2.1常用制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

常用制動(dòng)通過(guò)制動(dòng)手柄進(jìn)行控制，當(dāng)制動(dòng)手柄置于常用制動(dòng)位時(shí)，主BCU先將接收到的制動(dòng)手柄角度信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的制動(dòng)級(jí)位，然后由主BCU根據(jù)當(dāng)前列車速度和預(yù)設(shè)的列車減速度曲線確定目標(biāo)減速度，進(jìn)而根據(jù)當(dāng)前列車重量計(jì)算出需施加的總制動(dòng)力，最后根據(jù)列車匯總的當(dāng)前空氣制動(dòng)系統(tǒng)最大能力和電制動(dòng)系統(tǒng)最大能力，計(jì)算得到摩擦制動(dòng)力指令和電制動(dòng)指令，將該空電復(fù)合制動(dòng)力指令以百分比信號(hào)的形式通過(guò)WTB/MVB發(fā)布，將指令發(fā)送到各單車EBCU，詳見圖1。

綜上所述，常用制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間包括：制動(dòng)指令傳輸?shù)礁鬈嘐BCU之前的時(shí)間+單車BCU接收到制動(dòng)指令到輸出制動(dòng)缸壓力（C壓力）開始上升的時(shí)間+C壓力開始上升直至制動(dòng)缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時(shí)間。

制動(dòng)指令傳輸?shù)礁鬈嘊CU之前的時(shí)間約為0.5s，單車EBCU接收到制動(dòng)指令到輸出制動(dòng)缸壓力（C壓力）開始上升的時(shí)間約為0.3s，而C壓力開始上升直至制動(dòng)缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時(shí)間約為2.2s，故常用制動(dòng)的響應(yīng)時(shí)間約為3s。

2.2 緊急制動(dòng)EB響應(yīng)時(shí)間

緊急制動(dòng)EB由EBL環(huán)路觸發(fā)，當(dāng)EBL環(huán)路斷開時(shí)，每車的EBCU通過(guò)硬線接收到緊急制動(dòng)EB施加的指令，控制輸出C壓力的過(guò)程與常用制動(dòng)相同。

緊急制動(dòng)EB制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間包括：EBCU通過(guò)硬線接收到緊急制動(dòng)EB施加指令的時(shí)間+單車EBCU接收到制動(dòng)指令到輸出制動(dòng)缸壓力（C壓力）開始上升的時(shí)間+C壓力開始上升直至制動(dòng)缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時(shí)間。

相比常用制動(dòng)，緊急制動(dòng)EB的制動(dòng)指令傳輸?shù)紹CU由硬線執(zhí)行，其余過(guò)程一致。同時(shí)，由于硬線傳輸指令速率高于網(wǎng)絡(luò)，緊急制動(dòng)EB響應(yīng)時(shí)間比常用制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間稍短。

2.3 緊急制動(dòng)UB響應(yīng)時(shí)間

緊急制動(dòng)UB由UBL環(huán)路觸發(fā)，當(dāng)UBL環(huán)路斷開時(shí)，激活BCU內(nèi)的緊急制動(dòng)閥B60.03，直接輸出Cv壓力，經(jīng)過(guò)雙向閥B60.04、稱重閥B60.05到達(dá)中繼閥B60.07，輸出C壓力到達(dá)制動(dòng)缸，詳見圖3.

緊急制動(dòng)UB制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間包括：緊急制動(dòng)UB指令發(fā)出到緊急制動(dòng)閥執(zhí)行硬線指令時(shí)間+C壓力開始上升直至制動(dòng)缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時(shí)間。

相比緊急制動(dòng)EB，緊急制動(dòng)UB減少了單車EBCU接收到制動(dòng)指令到輸出預(yù)控壓力（Cv壓力）的時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間小于緊急制動(dòng)EB的響應(yīng)時(shí)間。

由以上分析可知，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間與制動(dòng)指令的傳輸方式、制動(dòng)閥類的動(dòng)作時(shí)間、制動(dòng)管路的布置、制動(dòng)缸壓力的目標(biāo)值設(shè)置等因素有關(guān)，制動(dòng)指令的傳輸方式越快、制動(dòng)閥類越靈敏、制動(dòng)管路布置越簡(jiǎn)潔、制動(dòng)缸壓力目標(biāo)值越小，則制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間越短。

2.4 其他型號(hào)動(dòng)車組制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

2.4.1 CRH1型動(dòng)車組制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

CRH1型動(dòng)車組常用制動(dòng)時(shí)，列車級(jí)制動(dòng)控制由CCU執(zhí)行，車輛級(jí)制動(dòng)控制由EBCU執(zhí)行，包括各種信號(hào)的處理、制動(dòng)缸壓力控制、防滑保護(hù)等，由基礎(chǔ)制動(dòng)裝置執(zhí)行制動(dòng)動(dòng)作。故常用制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間包括：制動(dòng)指令傳輸?shù)礁鬈嘐BCU之前的時(shí)間+單車EBCU接收到制動(dòng)指令到輸出制動(dòng)缸壓力（C壓力）開始上升的時(shí)間+C壓力開始上升直至制動(dòng)缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時(shí)間。緊急制動(dòng)由安全環(huán)路控制，通過(guò)緊急制動(dòng)閥、空重車調(diào)整閥、中繼閥最后通過(guò)制動(dòng)缸施加緊急制動(dòng)。緊急制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間包括：緊急制動(dòng)指令發(fā)出到緊急制動(dòng)閥執(zhí)行硬線指令時(shí)間+C壓力開始上升直至制動(dòng)缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時(shí)間。制動(dòng)控制方式與CRH3C動(dòng)車組類似，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間構(gòu)成也基本一致。

2.4.2 CRH2型動(dòng)車組制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

制動(dòng)指令由司機(jī)制動(dòng)控制器發(fā)出電氣指令，經(jīng)列車信息控制系統(tǒng)傳送到每輛車的制動(dòng)控制裝置，由EBCU的電子控制單元進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)施再生制動(dòng)和空氣制動(dòng)。其中空氣制動(dòng)以控制電空轉(zhuǎn)換閥（EP閥）的電流，送出與電流相對(duì)應(yīng)的預(yù)控壓力信號(hào)到中繼閥，經(jīng)中繼閥送出流量放大的同比率壓縮空氣，再由增壓氣缸經(jīng)空—油變換作用轉(zhuǎn)變成油壓，最后經(jīng)制動(dòng)盤液壓鉗將制動(dòng)力作用到制動(dòng)盤上，完成制動(dòng)作用。故常用制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間包括：制動(dòng)指令傳輸?shù)礁鬈嘐BCU之前的時(shí)間+單車EBCU接收到制動(dòng)指令到輸出制動(dòng)缸壓力（C壓力）開始上升的時(shí)間+C壓力開始上升直至制動(dòng)缸壓力達(dá)到設(shè)定壓力的90%的時(shí)間+增壓缸中油壓達(dá)到設(shè)定時(shí)間的90%。安全制動(dòng)的控制方式與CRH3C動(dòng)車組緊急制動(dòng)UB的方式類似。

2.4.3 CRH5型動(dòng)車組制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

CRH5型動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式與CRH3C型動(dòng)車組基本一致，故制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的構(gòu)成也一致，響應(yīng)時(shí)間差別不大。

3 型式試驗(yàn)大綱要求及試驗(yàn)結(jié)果

3.1 各車型型式試驗(yàn)大綱對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的要求

通過(guò)以上分析可知，各車型的制動(dòng)系統(tǒng)控制方式不盡相同，所采用的制動(dòng)系統(tǒng)零部件各有差異，管路布置各有特點(diǎn)，制動(dòng)缸的目標(biāo)壓力值設(shè)定不同，故各車型的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間也不一致。各車型根據(jù)自身制動(dòng)系統(tǒng)的特性，編制了型式試驗(yàn)大綱，對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的具體要求見表1。

3.2 各車型制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間型式試驗(yàn)的結(jié)果

各車型按照型式試驗(yàn)大綱的要求對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了測(cè)試，具體試驗(yàn)結(jié)果見表2.

由上述表格可知，各車型對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的要求不完全相同，而試驗(yàn)結(jié)果也各有差異。同時(shí)各型號(hào)動(dòng)車組均進(jìn)行了緊急制動(dòng)距離的校核，在純空氣緊急制動(dòng)工況下，均滿足各速度等級(jí)對(duì)緊急制動(dòng)距離的要求：初速度160km/h，緊急制動(dòng)距離不大于1400m，初速度200km/h，緊急制動(dòng)距離不大于2000m，初速度250km/h，緊急制動(dòng)距離不大于3200m，初速度300km/h，緊急制動(dòng)距離不大于3800m，初速度350km/h，緊急制動(dòng)距離不大于6500m。從而表明，盡管制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間不同，但是緊急制動(dòng)距離均滿足要求，制動(dòng)系統(tǒng)性能基本不受影響。

4 結(jié)論及建議

由以上分析可知，各型動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式不同，選用的制動(dòng)閥類各異，制動(dòng)管路的布置各有特點(diǎn)，制動(dòng)缸目標(biāo)壓力值的設(shè)定不同，導(dǎo)致各型動(dòng)車組制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間不一致，各型動(dòng)車組依據(jù)各自的特性編制了試驗(yàn)大綱并進(jìn)行了型式試驗(yàn)，制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果也有差異，但各速度級(jí)緊急制動(dòng)距離滿足要求，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的性能基本沒有影響。

各型號(hào)動(dòng)車組目前最長(zhǎng)的已經(jīng)安全運(yùn)營(yíng)了6年以上，里程最多的單列車已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了400多萬(wàn)公里，運(yùn)營(yíng)狀況良好，并未因制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間不同而影響列車的運(yùn)營(yíng)秩序和安全。進(jìn)一步證明制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間只是制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)中間參數(shù)，可以通過(guò)合理調(diào)整其他的參數(shù)來(lái)達(dá)到制動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)參數(shù)（制動(dòng)距離的要求）。由于制動(dòng)系統(tǒng)與ATP存在接口，為適應(yīng)ATP的要求，可在設(shè)計(jì)階段與ATP廠家協(xié)商，實(shí)現(xiàn)與ATP的匹配問(wèn)題。

就目前國(guó)內(nèi)多種型號(hào)動(dòng)車組并存的情況且沒有要求相互救援、相互連掛的要求，對(duì)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的要求不必過(guò)于苛刻；但是如果要求各型號(hào)的動(dòng)車組可以相互救援、互聯(lián)互通，那么制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間必須一致，保證制動(dòng)系統(tǒng)的一致性。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱文卿，吳曉彪.關(guān)于高速列車緊急制動(dòng)平均減速度的探討[J].鐵道車輛，2013.09.

[2]尹方，李和平.和諧型動(dòng)車組緊急制動(dòng)模式分析[J].鐵道機(jī)車車輛，2009（2）.

[3]戰(zhàn)成一.CRH2型200+kmh動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2009（1）：4-9.

[4]陳亮 等.和諧號(hào)動(dòng)車組常用制動(dòng)的控制模式[J].鐵道機(jī)車車輛，2011（5）.

[5]金哲，武青海，李和平.和諧號(hào)動(dòng)車組制動(dòng)計(jì)算方法[J].鐵道機(jī)車車輛，2011（5）.