和諧號動車組制動有效率分析

郭小行 梁建全 朱立強(qiáng) 陳磊

【摘 要】為了確保列車運(yùn)行過程中，制動系統(tǒng)能隨時正常可靠地工作，和諧號動車組在每次上線運(yùn)行之前，必須進(jìn)行制動試驗，以確認(rèn)制動系統(tǒng)各項功能是否正常。制動試驗的順利通過是列車運(yùn)行安全的重要保證，制動有效率是制動試驗的重要指標(biāo)。本文通過對和諧號動車組制動系統(tǒng)、制動有效率進(jìn)行分析，說明制動有效率丟失并不完全說明制動系統(tǒng)失效，并提供了解決制動有效率丟失故障的方法。

【關(guān)鍵詞】動車組 有效率 制動試驗

1 前言

為了確保列車運(yùn)行過程中，制動系統(tǒng)能隨時正常可靠地工作，和諧號動車組在每次上線運(yùn)行之前，必須進(jìn)行制動試驗，以確認(rèn)制動系統(tǒng)各項功能是否正常。制動試驗結(jié)束之后，制動系統(tǒng)將根據(jù)摩擦制動有效的車輛的數(shù)量計算當(dāng)前制動有效率值，并顯示在司機(jī)顯示屏（HMI）上。制動試驗的順利通過是列車運(yùn)行安全的重要保證。為了確保在緊急情況下，能夠可靠施加緊急制動使列車安全停車，制動試驗最重要的一項是確認(rèn)列車緊急制動有效率。在緊急制動有效率低于100%的條件下，列車必須限速運(yùn)行。

2 制動系統(tǒng)與制動有效率分析

2.1制動系統(tǒng)分析

直通式電空制動系統(tǒng)由電子制動控制單元EBCU控制：EBCU接收并解讀來自制動控制手柄或列車控制系統(tǒng)的制動指令，然后控制空氣制動控制單元PBCU執(zhí)行空氣制動。空氣制動主要部件如圖1所示。

圖1空氣制動原理圖

2.1.1常用制動

在PBCU內(nèi)，常用制動電磁閥< B1.1、B1.2 >將來自EBCU的電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的預(yù)控制空氣壓力。常用制動時，緊急電磁閥< B2 >關(guān)閉，從常用制動電磁閥來的壓縮空氣經(jīng)稱重閥< E >進(jìn)入中繼閥< RV >，經(jīng)過中繼閥流量放大后輸出。常用制動時，制動力隨載重變化的調(diào)整由EBCU進(jìn)行控制。

2.1.2緊急制動

緊急制動時，緊急制動安全回路斷開，緊急電磁閥得電，從總風(fēng)管來的壓縮空氣經(jīng)緊急電磁閥進(jìn)入稱重閥和中繼閥，施加與載荷相應(yīng)的緊急制動壓力；此時，如EBCU處于正常工作狀態(tài)，可同時控制電空轉(zhuǎn)換閥產(chǎn)生緊急制動壓力。緊急制動指令同時也發(fā)送給備用的自動式空氣制動系統(tǒng)：制動管的壓縮空氣也通過一個緊急排風(fēng)閥迅速排空，繼而觸發(fā)分配閥< DV >產(chǎn)生緊急制動動作。直通式制動壓力與自動式制動壓力在雙向止回閥< D >進(jìn)行比較，較大者經(jīng)稱重閥到達(dá)中繼閥，最終完成對制動缸壓力的控制。

2.1.3備用制動

司機(jī)可通過司機(jī)室備用制動控制手柄控制列車管的充/排風(fēng)，通過各車PBCU中分配閥和中繼閥實現(xiàn)自動式空氣制動的施加/緩解動作。備用制動時，列車管的壓縮空氣進(jìn)入分配閥，分配閥根據(jù)列車管壓力轉(zhuǎn)換控制輸出壓力，經(jīng)雙向止回閥< D >進(jìn)行比較后輸出到中繼閥。

2.2制動有效率分析

制動有效率的試驗主要通過直接制動、間接制動和緊急制動三項試驗來進(jìn)行。試驗中每輛車的本地制動控制單元（BCU）并行發(fā)送“摩擦制動施加狀態(tài)”、“摩擦制動緩解狀態(tài)”、“摩擦制動隔離狀態(tài)”及“摩擦制動有效狀態(tài)”的信息。這些狀態(tài)信息通過網(wǎng)絡(luò)反饋給HMI，這樣，司機(jī)就可以在制動試驗期間通過HMI監(jiān)控摩擦制動的施加、緩解及隔離的狀態(tài)，而且司機(jī)可以看到制動是正常還是異常。

制動試驗中制動有效率正常的條件如下：

（1）與摩擦制動有關(guān)的隔離塞門狀態(tài)正常：直通式電空制動隔離電磁閥< A1 >，直通式電空制動、間接制動隔離電磁閥< A2 >，間接制動隔離電磁閥< A3 >，制動缸隔離電磁閥< A5 >，分配閥隔離電磁閥< A4 >都應(yīng)處于開通狀態(tài)。

（2）電磁閥< B4 >的狀態(tài)正常。

（3）下列壓力測量正確：1）由壓力傳感器< B1.3 >測量的直接制動預(yù)控制壓力；2）由壓力傳感器< C2 >測量的間接制動預(yù)控制壓力；3）由壓力傳感器< C3 >測量的制動缸壓力；4）由壓力傳感器< C1 >測量的總風(fēng)壓力大于6.5bar；5）經(jīng)直接制動的緊急制動閥< B2 >實施的緊急制動正常工作；6）由間接制動經(jīng)分配閥< DV >和雙向止回閥< D >實施的緊急制動正常工作；7）高/低壓比的控制正常工作；8）由壓力傳感器< C4 >和< C5 >測量的列車管壓力正常。

2.3制動有效率丟失分析

制動試驗結(jié)束后，制動系統(tǒng)將計算當(dāng)前制動有效率值，并上報HMI。試驗過程中如果檢測到異常，將會造成動車組制動有效率丟失，但此時并不一定是制動系統(tǒng)功能失效，也可能是個別感應(yīng)元件的故障或者壓力傳感器零點(diǎn)漂移。制動有效率丟失的表現(xiàn)主要有單車制動效率丟失和單元制動效率丟失。

2.3.1 單車制動有效率丟失

單車制動有效率丟失即動車組個別車輛的制動有效率丟失，此類情況主要由常用制動、緊急制動的控制氣路引起，并伴隨相應(yīng)的故障代碼。如前所述，施加緊急制動后，緊急制動閥< B2 >動作產(chǎn)生緊急制動。同時，在緊急制動情況下，常用制動控制作為冗余控制，產(chǎn)生一定的預(yù)控壓力。緊急制動緩解后，理想情況下，緊急制動閥失電，由緊急制動閥動作產(chǎn)生的緊急制動緩解。因緊急制動也同樣通過間接制動作用，列車管充風(fēng)需要一定的時間，此時常用制動作為冗余控制，仍保持有預(yù)控壓力。緊急制動施加或緩解時，BCU會對預(yù)控壓力的上升和下降時間進(jìn)行檢測，如果電磁閥故障以致制動施加或緩解時間過長，則認(rèn)為單車制動有效率丟失。

此外，制動施加或緩解的狀態(tài)通過壓力傳感器< C3 >進(jìn)行監(jiān)測，其穩(wěn)定性也直接影響到對制動施加和緩解的判斷，當(dāng)壓力傳感器故障時也會導(dǎo)致制動有效率丟失。

2.3.2單元制動有效率丟失

8輛編組的動車組分兩個牽引單元，四個車為一個牽引單元。制動系統(tǒng)的管理模式是：主控端頭車BCU為列車制動管理系統(tǒng)（TBM），其負(fù)責(zé)向動車組中兩個牽引單元的頭車BCU（即單元制動管理系統(tǒng)SBM）進(jìn)行制動管理。SBM負(fù)責(zé)向本單元的四個車的制動BCU進(jìn)行管理。因此，單元制動有效率丟失的主要問題是SBM存在故障。在每個牽引單元的頭車BCU中設(shè)有壓力傳感器< C4 >，用于檢測列車管壓力，而中間車則不具備此功能。頭車的BCU（SBM）依據(jù)該值對本單元的間接制動性能進(jìn)行診斷，所以其檢測值的準(zhǔn)確性直接影響到本單元的制動有效率。如果列車管壓力傳感器故障則會引起單元制動有效率丟失。這種情況可以通過更換壓力傳感器解決。

3 結(jié)語

制動有效率是對制動功能的綜合檢測，無論是單車制動有效率丟失還是單元制動有效率丟失，并不完全代表制動功能失效，可能只是其中的某個指標(biāo)不符合判定標(biāo)準(zhǔn)。由于制動試驗、故障查找的時間較長，從動車組運(yùn)營的安全、快捷等方面考慮，在實際運(yùn)用過程中發(fā)現(xiàn)制動有效率丟失時，可以按相關(guān)文件進(jìn)行應(yīng)急處理。通過運(yùn)營經(jīng)驗的不斷積累，對問題原因的深入分析，對軟硬件進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，目前已經(jīng)大大減少了該類情況發(fā)生的頻率。

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1作者簡介：郭小行，女，工學(xué)碩士學(xué)位，工程師，主要從事動車組制動系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計工作，曾參與設(shè)計多種車型的制動系統(tǒng)方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。