CRH1 和CRH3 型動車組制動原理比較

尹 雄，唐 勇

（中國鐵路廣州局集團有限公司廣州動車段，廣東廣州 511480）

0 引言

近年來隨著大批城際、高速鐵路線路的開通，中國高鐵發(fā)展日新月異。動車組是中國高速鐵路技術中的核心級裝備，動車組是各項關鍵技術的組合體，而動車組制動技術是關乎動車組能否安全可靠高速運行的核心技術之一。目前廣鐵集團大量配屬了CRH1、CRH3 型動車組原型及其升級版車型。隨著動車組服役時間的推移，動車組制動系統(tǒng)各類新型故障日益呈現(xiàn)，對檢修人員的理論基礎及檢修規(guī)章制度的合理性有了新的要求。

目前，我國動車組車型種類比較廣泛，從時速160 km/h 的城際動車組到時速350 km/h 的高速動車組，其中有適應南方暖濕氣候的車型，也有適應北方極寒天氣的高寒車，也有西北防風沙的車型。所有動車組都對制動能力有著極高的要求。動車組在設計制造之初，不同速度級別不僅需要有相應制動能力的制動裝備相匹配，還要適應不同的氣候環(huán)境。其中CRH1A 系列車型最大速度可以達到250 km/h，而CRH3C 系列車型可以達到350 km/h。兩者相比較，雖然制動計算機、閥體及制動機等設備都是由克諾爾廠家設計制造，但設計理念卻有很大的不同之處。

下面對兩種車型的常用及緊急制動兩個功能方面進行了分析比較。

1 常用制動功能比較

CRH1、CRH3 型動車組包括動車轉向架、拖車轉向架。動車轉向架可采用再生制動和空氣制動。拖車轉向架只能使用空氣制動。當再生制動和空氣制動共同使用時，再生制動具有優(yōu)先權。在車組的制動過程中，車組的再生制動能力不足則由空氣制動補充。兩種動車組均設計有計算機控制的制動控制系統(tǒng)，每輛車都安裝有制動計算機，制動計算機負責制動施加緩解、車輪防滑控制、車軸測速等功能。

在車組的制動過程中，車組的動力制動減小的效果由摩擦制動補償。在惡劣的環(huán)境下時，CRH3（CRH1 不具備撒砂功能）可通過撒砂系統(tǒng)提高車輪與鋼軌接觸面的粘著能力，提高粘著系數(shù)，提高動車組在較差工況下的運行品質。另外，CRH3 設計有自動式備用間接空氣制動系統(tǒng)，在機車救援或回送動車組時，使用備用制動。備用制動不依賴于車輛的網絡及電氣控制，通過列車管的壓力變化控制車輛制動力的施加和緩解，其響應速度要慢于電空制動。CRH1、CRH3 型動車組制動氣路如圖1、圖2 所示。

從圖1 和圖2 可以看出，會發(fā)現(xiàn)CRH3型動車組的常用制動氣路流程稍復雜些，比CRH1 型車組多了雙止回閥、中繼閥多了一路控制壓力f1，在輸出時又加了一個聯(lián)鎖電磁閥控制的活塞閥。其中，雙止回閥把電空制動與間接制動巧妙地連接在一起，壓力大者優(yōu)先通行；控制壓力f1可以調節(jié)中繼閥的輸出壓力C（制動壓力），而不是僅僅跟隨CV1（預控壓力）的值輸出恒定值；聯(lián)鎖電磁閥的作用是可以電動的遠程隔離掉本車摩擦制動，而此項功能在CRH1 型車組的設計上不存在。單純從此項功能來看，CRH3 型動車組出現(xiàn)制動故障時，動車組機械師可以不用下車就切除制動，但在實際運維時，遠程切除單車制動并不能完全確定制動閘片已脫離輪盤。

圖1 CRH1 型動車組制動氣路

2 緊急制動功能比較

兩種車型都設計了緊急制動回路，緊急制動包括電制動和空氣制動兩種形式。CRH1 型動車組在以下情況下可以觸發(fā)緊急制動：①主控鑰匙未插入，車組已經激活；②司機按下操控臺緊急按鈕；③通過主控手柄施加緊急制動；④主風缸風壓低；⑤DSD（司機安全裝置）觸發(fā)緊急制動繼電器；⑥自動列車控制系統(tǒng)ATP（Automatic Train Protection，列車自動防護）啟動其安全繼電器；⑦TC CCU（列車控制中央控制單元）啟動其緊急制動繼電器；⑧無蓄電池電壓；⑨列車部分分離；⑩回送時制動管路低于400 kPa。

圖2 CRH3 型動車組制動氣路

當CRH1 型動車組緊急制動被激活后，全列車緊急制動閥的供電會切斷，緊急制動閥會截止掉調壓閥輸出的壓縮空氣，而直接把主風管過來的壓縮空氣輸入到限壓閥，然后到中繼閥，中繼閥輸出制動壓縮空氣到制動缸，觸發(fā)最大摩擦制動，同時主控計算機也會控制車組進行動力制動（圖1）。

CRH3 型動車組設計有貫穿全列的硬線監(jiān)控回路，主要有停放制動監(jiān)控回路、制動不緩解監(jiān)控回路、火災監(jiān)控回路、轉向架監(jiān)控回路、旅客緊急制動回路、緊急制動回路等。以下任意方法均可觸發(fā)緊急制動：①按下司機室緊急制動按鈕；②制動力控制器拉到緊急制動位置；③由列車保護系統(tǒng)或自動警示設備觸發(fā)；④列車運行時，施加了停放制動，停放制動監(jiān)視回路會觸發(fā)緊急；⑤制動，緊急制動施加直至停車；⑥轉向架監(jiān)視回路觸發(fā)緊急制動；⑦空氣制動和電制動被用于緊急制動。

CRH3 型動車組緊急制動被觸發(fā)后，緊急制動電磁閥也會失電把主風管的壓縮空氣通過雙止回閥、限壓閥輸入到中繼閥RV，中繼閥再輸出最大的摩擦制動壓力到制動缸。在緊急制動觸發(fā)時，列車管的壓力也會通過制動手柄、頭車后部緊急排風閥被全部排出，從而分配閥也會輸出壓縮空氣到雙止回閥04，但是一般主風管的壓力要明顯大于列車管的壓力，因此主風管的壓縮空氣會通過雙止回閥，而列車管的制動壓縮空氣會被截止（圖2）。

CRH1 與CRH3 型動車組緊急制動的原理基本相似，都采用了緊急制動閥、限壓閥、中繼閥，但CRH3 型車組的中繼閥是可以氣動調節(jié)的。并且兩個車型的中繼閥實際也不一樣，CRH3另外多了一路間接制動的壓縮空氣，在緊急制動也同時啟動，安全系數(shù)更高。兩種車型的緊急制動閥的工作原理也不相同，CRH1 型是失電制動，而CRH3 型是得電制動。CRH3 型動車組的緊急制動閥實際是嵌套（早期車型設計）前述六大回路的，各任意回路觸發(fā)均會啟動緊急制動。后期實際運營由于旅客吸煙極易觸發(fā)煙火報警，繼而導致緊急制動，故而對嵌套煙火的功能進行了改造，只啟動限速功能。

3 制動系統(tǒng)典型故障

3.1 CRH1 型動車組故障

CRH1 型動車組在運用中經常報以下故障：①CV 壓力不正確；②達到的制動效果大于要求效果；③某軸制動缸壓力偏差。對于CRH1 型動車組制動系統(tǒng)故障，大量的運用經驗表明有很大一部分的故障是因為壓力傳感器故障導致的。在處理制動系統(tǒng)故障時首先要排除壓力傳感器自身故障的因素。

如排除傳感器原因，則主要原因可能為：①預控壓力管內有風壓竄入導致增壓，原因可能為緊急制動閥關閉不嚴或A1 閥關閉不嚴導致風缸壓力竄入；②壓力傳感器故障導致有測量誤差；③預控壓力管路有泄漏，原因可能為A2 調壓閥關閉不嚴及控制上給出錯誤失電的信號、風壓測試口泄漏或CV 壓力傳感器泄漏；④緊急制動閥意外斷電，無緊急制動指令卻施加了緊急制動力，故障點可能為614001 線某處斷路；⑤制動電路板故障；⑥載荷閥故障。

3.2 CRH3 型動車組故障

CRH3 型動車組常用制動故障與CRH1 型動車組常用制動故障很相似，CRH3 型動車組最典型的故障是191A 故障。191A代碼的事件描述是間接制動不正常，而報出這個代碼的原因是在制動試驗過程中間接制動被干擾。

分析此故障，要對CRH3 型動車組的備用制動原理有所了解。CRH3 型動車組設計有一條貫穿全列的列車制動管，此管路減壓，列車制動；管路增壓至600 kPa，制動緩解。備用制動的核心部件是分配閥。CRH3 型動車組每節(jié)車廂都設計有一個分配閥，分配閥與列車管、備用制動儲風缸（B50）相連，當貫穿全列的列車管風壓下降時，此時列車管風壓小于B50 的風壓，分配閥動作將B50 的壓縮空氣輸出至該車廂的制動預控制壓力管路開始實施制動。當列車管風壓逐漸上升時，分配閥逐漸減小預控制壓力，當列車管風壓上升至與B50 壓力相等時，預控制壓力被分配閥完全排空，制動緩解。

當分配閥中進入進入油、水等雜質時，在溫度較低的情況下極易造成分配閥閥體動作卡滯，閥體卡滯會造成預控制壓力降低，而每節(jié)車制動計算機都有對備用制動的預控制壓力進行檢測，只要檢測到預控制壓力不正常就會報出191A。找到故障的分配閥后更換故障分配閥即可。

4 結論

動車組是中國高速鐵路技術中的核心級裝備，CRH1 和CRH3 型動車組是目前使用非常廣泛的動車組。其中，CRH1 型動車組制動系統(tǒng)設計相對簡單，制動回路是失電導向安全設計，故障率較低，運行穩(wěn)定。根據目前運營故障統(tǒng)計，目前易發(fā)故障集中在壓力傳感器測量上，如CV 壓力不正確、達到的制動效果大于要求效果、車組報某軸摩擦制動故障、某軸制動缸壓力偏差等故障。CRH3 型動車組制動系統(tǒng)相對復雜些，緊急制動采用得電制動，列車增加了備用制動設計，最有特色的是制動回路嵌套其他回路的思想，使得列車制動更加穩(wěn)定可靠。當然，這也意味著列車意外施加緊急制動的可能性大大增加，頻繁的緊急制動易導致制動閘片的消耗速度增快。長遠而言，不利于降低運營成本及運營秩序的穩(wěn)定。

在動車組日常制動試驗時，CRH1 型動車組完成制動試驗時間僅需2 min，而CRH3 型動車組制動試驗（全面試驗）時間耗時需25 min，CRH1 型動車組的試驗速度大大快于CRH3 型動車組，給檢修工作帶來極大的便利。

未來新型動車組制動系統(tǒng)的研發(fā)或可結合兩種車型的優(yōu)點，制造出維護成本更低、可靠性更高的的動車組制動系統(tǒng)。