HD100型動車組空氣制動系統(tǒng)設(shè)計及制動性能計算

姜 葛，張 斌，黃學(xué)梅

（南車資陽機車有限公司 研發(fā)部，四川資陽641301）

HD100型動車組空氣制動系統(tǒng)設(shè)計及制動性能計算

姜 葛，張 斌，黃學(xué)梅

（南車資陽機車有限公司 研發(fā)部，四川資陽641301）

介紹了出口蘇丹HD100型內(nèi)燃動車組符合AAR標準的空氣制動系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)等，并對動車組緊急制動性能進行了計算。

HD100型動車組；風(fēng)源系統(tǒng)；AAR制動系統(tǒng)；性能計算

HD100型動車組是南車資陽機車有限公司出口蘇丹國家鐵路公司2動4拖動力集中式內(nèi)燃動車組。動車組由資陽公司集成并負責(zé)動車的設(shè)計制造，拖車委托南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司負責(zé)設(shè)計生產(chǎn)。動車組軌距1067 mm，最大運營速度100 km/h，采用推挽式牽引，總載客人數(shù)304人。根據(jù)合同要求，制動系統(tǒng)采用AAR標準的美國Wabtec公司產(chǎn)品，其中動車為26-L型制動機，拖車為26-CV8型制動機。下面主要介紹動車的空氣制動系統(tǒng)設(shè)計及動車組的制動性能計算。

1　動車空氣制動系統(tǒng)設(shè)計

空氣制動系統(tǒng)包括風(fēng)源系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等。

1.1風(fēng)源系統(tǒng)

風(fēng)源系統(tǒng)為動車及拖車制動系統(tǒng)和輔助生活用風(fēng)系統(tǒng)提供干燥潔凈的壓縮空氣，主要包括：空壓機、干燥器、總風(fēng)缸、高壓保安閥、總風(fēng)壓力開關(guān)等。其部件組成見圖1所示。

圖1　風(fēng)源系統(tǒng)原理圖

（1）空壓機

空壓機采用一臺L2.4/10（s1）型螺桿式壓縮機，具有超壓安全、滑油溫度高及低壓啟動保護，能夠連續(xù)工作。主要技術(shù)參數(shù)如下：

根據(jù)出口蘇丹機車的經(jīng)驗，為能夠滿足當?shù)?～50℃環(huán)境溫度，空壓機溫度開關(guān)由110℃設(shè)定為130℃，聯(lián)軸節(jié)處彈性體選擇耐高溫橡膠，彈性體耐溫溫度≥120℃。

（2）干燥器

采用JK G2.A型空氣干燥器，該干燥器為雙塔結(jié)構(gòu)，兩個塔按照90 s的轉(zhuǎn)換周期進行干燥和再生。主要技術(shù)參數(shù)如下：

（3）總風(fēng)缸

采用2個容積為250 dm3的總風(fēng)缸，總?cè)莘e為500 dm3，分別位于油箱兩側(cè)。

（4）總風(fēng)壓力控制器

為協(xié)調(diào)2臺動車空壓機合理運行，每節(jié)動車設(shè)置有2個總風(fēng)壓力開關(guān)，分別為壓力開關(guān)1（750～900 kPa），壓力開關(guān)2（700～900 kPa）。當總風(fēng)壓力低于700 kPa，壓力開關(guān)2動作，控制2臺動車空壓機同時工作?？傦L(fēng)壓力低于750 kPa而高于700 kPa時，壓力開關(guān)1動作，控制本務(wù)動車一臺空壓機工作。該種控制方式能夠?qū)⒖諌簷C的工作效率提高一倍，滿足螺桿式空壓機≥30%的工作率要求。

1.2制動系統(tǒng)

動車采用Wabtec公司生產(chǎn)的26-L型制動機，該制動機成熟可靠，在蘇丹鐵路廣泛使用，較好適應(yīng)當?shù)馗邷厣衬h(huán)境。該制動機主要由26C-S A26制動閥、A-l撒沙及切斷先導(dǎo)閥、26-F控制閥、J1.4-14作用閥、8#放風(fēng)閥等組成。其部件組成見圖2所示。

圖2　制動系統(tǒng)原理圖

動車26-L型制動機具有如下主要功能：

（1）動車組自動制動。通過操縱自動制動閥，可以實現(xiàn)動車組的制動、緩解、保壓等功能。列車管壓力設(shè)計為500 kPa，全制動時，動車與拖車制動缸壓力均為350 kPa。

（2）動車單獨制動。根據(jù)用戶要求，保留了動車的單獨制動功能，能夠?qū)崿F(xiàn)動車的單獨制動與單緩。

（3）緊急制動。通過操縱自動制動閥、緊急制動閥或者斷鉤時，均可使動車組產(chǎn)生緊急制動，并自動切斷動車動力。緊急制動時，動車與拖車制動缸壓力均為380 kPa。

（4）自動保壓功能。可以自動補償動車制動缸壓力的泄漏。

（5）具有階段緩解和直接緩解功能，動車組設(shè)置為階段緩解。

（6）斷鉤保護功能。斷鉤時自動遮斷動車總風(fēng)管對列車管的補風(fēng)。

（7）懲罰制動。在動車組超速、警惕時執(zhí)行懲罰制動。制動模式設(shè)置為常用制動。

（8）電空聯(lián)鎖功能。具有電阻制動撤銷后，制動缸壓力能自動追加與不能追加兩種。動車設(shè)置為不能追加。

（9）單獨制動保護功能。動車單獨制動時，動車組不能實施電阻制動；非操作端動車單獨制動時，動車組牽引封鎖。

（10）停放制動保護功能。拖車設(shè)置有停放制動，動車端能夠?qū)ν宪囃７胖苿舆M行控制，當拖車實施停放制動時，動車組牽引封鎖。

2　動車組織凍醒能計算

2.1技術(shù)要求

整列動車組在滿員、速度100 km/h、平直道、清潔軌面運行狀態(tài)下，緊急制動距離≤800 m。

2.2動車組基本參數(shù)

動車采用單元制動器，低摩粉末冶金閘瓦；拖車采用輪盤制動，采用高摩冶金閘片，閘片摩擦系數(shù)由南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司提供；動車組編組為2動4拖。

緊急制動時，動車閘瓦壓力k1計算：

制動缸直徑d=0.1775 m

制動倍率γ=4

機械效率η=0.85

閘缸壓力p=380 kPa

動車閘瓦壓力

2.3緊急制動時間及距離計算

根據(jù)T B/T 1407《列車牽引計算規(guī)程》標準，動車單位基本阻力公式參照DF11G機車：

拖車單位基本阻力公式參照準高速單層客車：

動車組單位基本阻力ω0的計算：其中每節(jié)動車質(zhì)量P1=80 t，每節(jié)拖車滿員下質(zhì)量P2=43 t：

每節(jié)動車制動力b1計算：其中每節(jié)動車制動器數(shù)n1=12，閘瓦壓力k1=31.95 kN，

閘瓦動摩擦系數(shù)：每節(jié)拖車制動力b2計算：其中每節(jié)拖車閘片n2=4，閘瓦壓力k2=51.2 kN，拖車閘片動摩擦系數(shù)μ2（由南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司提供相關(guān)數(shù)據(jù)）

動車組制動力

動車組單位制動力：

動車組有效走行時間：

其中v1，v2為速度分段。

動車組緊急制動時間：tz=te+tk，其中tk為空走時間，取3.5 s。

動車組有效走行距離：

動車組空走距離：sk=tk×v0/3.6，其中v0為制動初速度，取100 km/h

動車組緊急制動距離：

根據(jù)動車組的初速度100 km/h，按每下降5 km/h進行分段，計算速度取分段中間值：

v1取值100，97.5，95，……，7.5，5，2.5

v2取值97.5，95，92.5，……，5，2.5，0

動車組緊急制動時間：

動車組緊急制動距離：

動車組在速度100 km/h、平直道、清潔軌面運行狀態(tài)下：緊急制動距離為562.4 m，制動時間為34.6 s。

2.4動車組緊急制動力與黏著力校核

干燥軌面黏著系數(shù)：

動車組黏著力：

動車組制動力：

速度v同樣按初速度100 km/h，每下降5 km/h進行分段，取分段中間值。分別計算動車組黏著力F、制動力B，計算結(jié)果見圖3。

圖3　動車組制動力與黏著力曲線

從計算結(jié)果可以看出在動車組緊急制動時，在任何速度下，動車組黏著力F均大于制動力B，能夠保證動車組輪對不會出現(xiàn)抱死滑行狀態(tài)。

2.5動車組制動一致性計算

動車組在緊急制動時，動車與拖車的瞬時減速度應(yīng)盡量保持一致，以降低制動沖擊，為提高乘客舒適度。

首先假設(shè)動車與拖車分離，分別計算動車與拖車的有效制動距離，不考慮空走距離。動車有效制動距離：

拖車有效制動距離：

動車組有效制動距離：

動車瞬時減速度：

拖車瞬時減速度：

動車組瞬時減速度：

計算速度v1、v2取值同緊急制動距離計算保持一致。計算結(jié)果見表2，曲線圖見圖4。

表2　動車組緊急制動參數(shù)計算結(jié)果

圖4　動車組減速度曲線

從圖4中可以看出，在動車組速度從100 km/h降至32.5 km/h的過程中，動車與拖車的減速度基本保持了一致，制動平穩(wěn)性良好，在速度低于32.5 km/h后，減速度差異開始擴大。速度低于5 km/h到停車的過程中，制動沖擊最大。

3　結(jié) 論

（1）動車組風(fēng)源系統(tǒng)與制動系統(tǒng)參考出口蘇丹的SD D1型機車進行設(shè)計，滿足用戶當?shù)?～50℃高溫、多風(fēng)沙的氣候環(huán)境。

（2）動車組緊急制動距離，在滿員、平直、潔凈的軌道上計算結(jié)果是562.4 m，最終在蘇丹用戶處的試驗結(jié)果為600 m左右，滿足合同小于800 m的技術(shù)要求。但參照以前機車的設(shè)計經(jīng)驗，大部分機車緊急制動距離實測值都比計算值比偏低，蘇丹動車組的實測值比計算值高出約40 m還是出乎了意料。

分析原因，在動車單機緊急制動時，制動缸壓力從0 kPa上升至（380±10）kPa在8～10 s，而國內(nèi)的JZ-7型制動機制動缸壓力從0 kPa上升至（420～450）kPa時間在4～6 s，26-L型制動機上閘時間要慢2～4 s，標準TB/T1407里的空走時間tk取3.5 s就有點偏短。

當取值tk=5.5 s時，緊急制動距離：

參照實測結(jié)果600 m，動車組空走時間tk取值5.5 s較為合適。

（3）動車組制動黏著力校核。理論計算值，在任何速度下動車組黏著力均大于制動力，線路測試結(jié)果，動車組緊急制動時自動撒沙，動車組并未出現(xiàn)抱死滑行的情況，與計算相符。

（4）動車組制動一致性校核。用戶對該項沒有明確的考核指標，測試結(jié)果表明動車組緊急制動平穩(wěn)性較好，未感覺到明顯的制動沖擊，在速度降至25 km/h時沖擊開始顯著，停車前5 s內(nèi)比較明顯，測試結(jié)果與計算基本相符。良好的制動平穩(wěn)性得到了用戶的認可。HD100型蘇丹動車組于2013年底順利通過蘇丹國鐵線路試驗，投入了正式運用中。該動車組成功的將滿足AAR標準的制動系統(tǒng)集成運用并裝車，為今后小編組、動力集中式動車組的制動系統(tǒng)設(shè)計與集成提供了寶貴的經(jīng)驗。

［1］ 夏寅蓀.ND5型內(nèi)燃機車［M］.北京：中國鐵道出版社，1988.

［2］ TB/T 1407-1998.列車牽引計算規(guī)程［S］.

Design of the Air Brake System of HD100 DMU and Analysis of the Braking Capacity

JIANG Ge，ZHANG Bin，HUANG Xuemen
（Research and Development Department，CSR Ziyang Loco motive Co.，Ltd.，Ziyang 641301 Sichuan，China）

The paper introduces the structure and principle of HD100 DMU＇s air brake system which export to Sudan and analyses the emergency braking capacity.

HD100 DMU；air system；AAR braking system；capacity analyzing

U266.35

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.08

1008-7842（2015）04-0035-05

?）男，工程師（

2015-01-21）