復(fù)興號(hào)動(dòng)車組超員報(bào)警功能對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的影響分析

宋國(guó)良

(中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 機(jī)輛部， 北京 100844)

列車的高速化發(fā)展，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)提出了更高的要求[1]。復(fù)興號(hào)動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置了超員報(bào)警功能。自復(fù)興號(hào)動(dòng)車組投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，發(fā)生了多起超員報(bào)警問(wèn)題，對(duì)高鐵運(yùn)輸秩序帶來(lái)一定影響。結(jié)合中國(guó)鐵路實(shí)際運(yùn)輸需求提出超員報(bào)警功能的優(yōu)化方案，設(shè)置超員預(yù)警和超員報(bào)警兩級(jí)報(bào)警功能，并調(diào)整了設(shè)計(jì)參數(shù)。接著從動(dòng)車組制動(dòng)力、摩擦副熱負(fù)荷能力、制動(dòng)距離等方面開(kāi)展了影響分析和安全評(píng)估。

1 復(fù)興號(hào)動(dòng)車組現(xiàn)有超員報(bào)警設(shè)計(jì)

1.1 超員報(bào)警工作原理

復(fù)興號(hào)動(dòng)車組在速度小于5 km/h時(shí)通過(guò)制動(dòng)控制裝置(BCU)檢測(cè)空氣彈簧壓力，根據(jù)空氣彈簧壓力與車質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將壓力轉(zhuǎn)換為車質(zhì)量后傳給列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將采集到的數(shù)值與超員報(bào)警值進(jìn)行比較，當(dāng)某個(gè)單車采集數(shù)值大于或等于單車超員報(bào)警值時(shí)，報(bào)單車超員報(bào)警；當(dāng)所有單車采集數(shù)值之和大于或等于列車超員報(bào)警值時(shí)，報(bào)列車超員報(bào)警。

動(dòng)車組發(fā)生超員報(bào)警時(shí)，司機(jī)室、乘務(wù)員室以及機(jī)械師室監(jiān)控屏將彈屏顯示，同時(shí)報(bào)警車廂廣播中有聲音提示，當(dāng)疏散至小于超員報(bào)警值時(shí)，動(dòng)車組超員報(bào)警自動(dòng)解除。

1.2 超員報(bào)警值設(shè)定現(xiàn)狀

考慮到車質(zhì)量檢測(cè)誤差，為避免超員誤報(bào)警，CR400AF型動(dòng)車組各車在超員20%的車質(zhì)量基礎(chǔ)上，各車增加1 t質(zhì)量設(shè)定為超員報(bào)警設(shè)定值，見(jiàn)表1；CR400BF型動(dòng)車組各車在超員20%的車質(zhì)量基礎(chǔ)上，3、6車增加0.6～0.8 t后達(dá)到車輛軸重限值68 t，2、7車增加2.5 t后接近68 t，所以2、3、6、7車報(bào)警值按照68 t設(shè)置，其余車按超員20%后再增加約2.5 t設(shè)定為報(bào)警值，見(jiàn)表2。整列車超員報(bào)警值均為各單車超員報(bào)警值之和。

2 復(fù)興號(hào)動(dòng)車組超員報(bào)警優(yōu)化方案

將超員狀態(tài)分為超員預(yù)警和超員報(bào)警兩級(jí)(速度大于5 km/h不進(jìn)行超員預(yù)警和報(bào)警檢測(cè))，單車設(shè)單車超員預(yù)警(單車超員20%)和單車超員報(bào)警兩級(jí)；整列設(shè)列車超員預(yù)警(整列超員20%)和列車超員報(bào)警兩級(jí)。考慮車質(zhì)量檢測(cè)誤差，避免超員誤報(bào)警，復(fù)興號(hào)動(dòng)車組超員預(yù)警值設(shè)定為在超員20%的車質(zhì)量基礎(chǔ)上，各車增加1.25 t(考慮檢測(cè)誤差0.85 t和積灰0.4 t)，超員報(bào)警值設(shè)定為車質(zhì)量允許最大限值66.75 t(最大軸重68 t-檢測(cè)誤差0.85 t-積灰質(zhì)量0.4 t)，其中CR400BF因3車、6車自重較重，無(wú)法再區(qū)分預(yù)警和報(bào)警兩級(jí)，故只按66.75 t直接設(shè)一級(jí)報(bào)警值。整列車超員預(yù)警和超員報(bào)警值為各單車超員預(yù)警和超員報(bào)警值之和。優(yōu)化后CR400AF型動(dòng)車組列車超員報(bào)警時(shí)的整列車質(zhì)量相對(duì)于定員質(zhì)量增加了52.4 t，見(jiàn)表3。CR400BF型動(dòng)車組超員報(bào)警時(shí)的整列車質(zhì)量相對(duì)于定員質(zhì)量增加了30.19 t，見(jiàn)表4。

表1 CR400AF型動(dòng)車組車質(zhì)量及超員報(bào)警設(shè)置情況

表2 CR400BF型動(dòng)車組車質(zhì)量及超員報(bào)警設(shè)置情況

表3 CR400AF型動(dòng)車組車質(zhì)量及超員報(bào)警設(shè)置情況

表4 CR400BF型動(dòng)車組車質(zhì)量及超員報(bào)警設(shè)置情況

超員達(dá)到車質(zhì)量允許最大限值時(shí)，進(jìn)行超員報(bào)警，在司機(jī)室、機(jī)械師室及乘務(wù)員室彈屏顯示并聲光報(bào)警，同時(shí)在報(bào)警車廂內(nèi)廣播?？瓦\(yùn)乘務(wù)員組織疏散，列車長(zhǎng)上報(bào)信息，要求后續(xù)車站在售票和旅客乘降方面采取相應(yīng)措施，超員報(bào)警解除后方可行車。

3 復(fù)興號(hào)動(dòng)車組超員報(bào)警功能對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的影響分析

3.1 列車制動(dòng)力影響分析

制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置有空重車閥，緊急制動(dòng)UB時(shí)具有空重車調(diào)整功能，在不超軸重范圍內(nèi)，制動(dòng)力能夠隨著車質(zhì)量的增加而增大。

動(dòng)車組常用制動(dòng)和緊急制動(dòng)EB的制動(dòng)力受軟件控制，制動(dòng)力能夠隨著車質(zhì)量的增加而增大。

3.2 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置熱負(fù)荷能力影響分析

復(fù)興號(hào)各車型基礎(chǔ)制動(dòng)配置相同，即：動(dòng)車每軸配置2套鑄鋼輪盤；拖車每軸配置3套鑄鋼軸盤。

基礎(chǔ)制動(dòng)熱負(fù)荷按照車輛設(shè)計(jì)的最大軸質(zhì)量17 t[2]進(jìn)行校核，連續(xù)兩次初速度350 km/h緊急制動(dòng)工況下，各車型輪盤和軸盤最高溫度計(jì)算結(jié)果如表5所示：

表5 熱負(fù)荷能力計(jì)算結(jié)果

在1∶1制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行連續(xù)兩次大壓力制動(dòng)，輪盤和軸盤最高溫度試驗(yàn)結(jié)果如表6所示：

表6 熱負(fù)荷能力試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果

3.3 制動(dòng)距離影響分析

復(fù)興號(hào)各車型動(dòng)車組在350 km/h和300 km/h初速度下，制動(dòng)距離的計(jì)算值見(jiàn)表7。

3.4 超員載荷下正線制動(dòng)距離和制動(dòng)熱負(fù)荷試驗(yàn)驗(yàn)證

復(fù)興號(hào)動(dòng)車組技術(shù)條件規(guī)定，350 km/h初速度緊急制動(dòng)距離不大于6 500 m，大功率鋼質(zhì)制動(dòng)盤單次停車制動(dòng)的制動(dòng)盤溫度限值通常為不超過(guò)700 ℃。

表7 制動(dòng)距離計(jì)算結(jié)果 m

為了驗(yàn)證復(fù)興號(hào)動(dòng)車組在超員載荷下制動(dòng)距離及制動(dòng)熱負(fù)荷是否滿足上述要求，特選取CR400AF-B/CR400BF-B動(dòng)車組，車質(zhì)量加載至設(shè)計(jì)滿軸質(zhì)量(17 t)后在正線進(jìn)行初速度350 km/h的緊急制動(dòng)EB(純空氣工況)、緊急制動(dòng)UB制動(dòng)試驗(yàn)，這兩種工況下制動(dòng)力全部由空氣制動(dòng)承擔(dān)，熱負(fù)荷最嚴(yán)苛。此次試驗(yàn)采用在制動(dòng)閘片摩擦塊上加裝熱電偶的方式，間接測(cè)試制動(dòng)盤制動(dòng)溫升情況，以降低正線研究性試驗(yàn)對(duì)參試車輛制動(dòng)部件的影響。為確保閘片溫升能夠有效反映出制動(dòng)盤面的溫度變化情況，復(fù)興號(hào)動(dòng)車組超員載荷正線試驗(yàn)前，利用高速鐵路系統(tǒng)試驗(yàn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室的高速1∶1 制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)350 km/h初速度下緊急制動(dòng)的制動(dòng)盤、閘片溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了對(duì)標(biāo)試驗(yàn)，對(duì)標(biāo)試驗(yàn)得到如下信息：

(1)隨著制動(dòng)次數(shù)的增加以及閘片的磨耗，制動(dòng)盤和閘片上測(cè)得的最高溫度均呈上升趨勢(shì)，閘片最高溫度上升速度明顯大于制動(dòng)盤；

(2)制動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，隨著制動(dòng)初速度的增大，制動(dòng)盤和閘片上測(cè)得的最高溫度值持續(xù)升高，閘片與制動(dòng)盤的溫度差也越來(lái)越大；

(3)隨著閘片溫度升高，制動(dòng)盤和閘片的溫差百分比趨于穩(wěn)定，閘片溫度超過(guò)700 ℃后，兩者溫差約200 ℃(溫差30%)左右。

表8為CR400AF-B/CR400BF-B動(dòng)車組正線實(shí)測(cè)制動(dòng)距離和制動(dòng)過(guò)程中閘片最高溫度數(shù)據(jù)，其中CR400AF-B制動(dòng)距離為6 085 m，CR400BF-B制動(dòng)距離為6 229 m，制動(dòng)距離滿足要求。CR400AF-B動(dòng)車閘片的溫度為621 ℃，拖車閘片的溫度為710 ℃；CR400BF-B動(dòng)車閘片的溫度為625 ℃，拖車閘片的溫度為747℃，折算為制動(dòng)盤溫度后，滿足不高于700 ℃

表8 滿軸重制動(dòng)距離及閘片溫度試驗(yàn)結(jié)果

的要求。

4 結(jié) 論

針對(duì)復(fù)興號(hào)動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的超員報(bào)警問(wèn)題，對(duì)列車超員報(bào)警功能進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后CR400AF型動(dòng)車組列車超員報(bào)警時(shí)的整列車質(zhì)量相對(duì)于定員質(zhì)量增加了52.4 t。CR400BF型動(dòng)車組超員報(bào)警時(shí)的整列車質(zhì)量相對(duì)于定員質(zhì)量增加了30.19 t，經(jīng)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化后列車制動(dòng)距離及熱負(fù)荷均滿足要求。