高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)防滑控制研究

成曉宇 李少杰 段陽(yáng)春

摘要：作為高速動(dòng)車(chē)組的核心技術(shù)之一，防滑控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)防滑控制參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，來(lái)保證列車(chē)防滑控制的效果。防滑控制系統(tǒng)能夠在列車(chē)高速運(yùn)行過(guò)程中，利用輪軌之間的黏著，保證列車(chē)的制動(dòng)距離盡可能縮短，從而保證行車(chē)安全。本文通過(guò)對(duì)我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析，總結(jié)防滑制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，并提出提升控制系統(tǒng)效果的建議。

關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車(chē)組;制動(dòng)系統(tǒng);防滑控制

前言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高速動(dòng)車(chē)組已經(jīng)逐漸成為我國(guó)旅客出行的主要運(yùn)輸工具之一了，高速動(dòng)車(chē)組內(nèi)部系統(tǒng)和部件性能的安全可靠性也成為人們關(guān)注的問(wèn)題。其中，高速動(dòng)車(chē)組的防滑保護(hù)是制動(dòng)系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，是一種為了避免車(chē)輪打滑而采取的控制技術(shù)，該技術(shù)能夠在列車(chē)高速行駛的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)良好的滑行控制。目前，我國(guó)現(xiàn)有的高速動(dòng)車(chē)組和防滑控制技術(shù)主要是引入國(guó)外，各方面參數(shù)的調(diào)整還要受外方限制。因此，基于目前我國(guó)國(guó)內(nèi)高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)防滑控制相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，我們非常有必要利用相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)防滑控制技術(shù)展開(kāi)研究。

1、我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)技術(shù)在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷“消化吸收和再創(chuàng)新”，目前技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。以CRH系列高速動(dòng)車(chē)組為例，該系列動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)技術(shù)主要來(lái)自于德國(guó)和日本的公司，采用微機(jī)控制直通點(diǎn)制動(dòng)控制技術(shù)和大功率盤(pán)形基礎(chǔ)制動(dòng)技術(shù)。此類(lèi)的動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)主要包括三個(gè)主要組成部分：制動(dòng)控制系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置和風(fēng)源系統(tǒng)，這三大主要系統(tǒng)和一些輔助設(shè)備相互配合，從而實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)、快速制動(dòng)、停放制動(dòng)和常用制動(dòng)等功能。在制動(dòng)控制方面，CRH系列列車(chē)常采用再生制動(dòng)和空氣制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)方式，即動(dòng)力制動(dòng)和空氣制動(dòng)的聯(lián)合。在實(shí)際操作過(guò)程中，往往先使用動(dòng)力制動(dòng)，當(dāng)動(dòng)力制動(dòng)不能滿足制動(dòng)需求的時(shí)候，就“補(bǔ)償”空氣制動(dòng)，在這一過(guò)程中制動(dòng)力能夠根據(jù)理論黏著力要求和列車(chē)的載荷變化自動(dòng)調(diào)整，具有一定的限制功能。

在防滑控制方面，主要是針對(duì)充分利用黏著和如何進(jìn)行黏著條件下實(shí)現(xiàn)防滑而采取相應(yīng)的技術(shù)措施。應(yīng)用德國(guó)公司制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)車(chē)組，分別有空氣制動(dòng)系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)來(lái)完成空氣制動(dòng)和電制動(dòng)。而采用日本公司制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)車(chē)組，只有空氣制動(dòng)系統(tǒng)能夠進(jìn)行防滑控制，牽引系統(tǒng)是不進(jìn)行防滑控制的。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中的制動(dòng)防滑控制效果，我國(guó)的高速動(dòng)車(chē)組也在不斷進(jìn)行技術(shù)完善，制動(dòng)控制和防滑控制的軟件也在不斷升級(jí)，現(xiàn)有的動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)大部分產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)了國(guó)有化生產(chǎn)。目前，我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組的自主研發(fā)成果已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)，這也標(biāo)志著我國(guó)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)技術(shù)的自主研發(fā)取得了重大的突破。

2、高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)防滑控制的原理分析

2.1? 高速列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)原理

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的制動(dòng)方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的制動(dòng)需求了，通過(guò)氣控制單元來(lái)制動(dòng)充氣或者排氣，從而產(chǎn)生制動(dòng)和緩解作用的單一制動(dòng)方式需要進(jìn)行創(chuàng)新，這樣才不會(huì)被淘汰。以國(guó)外高速動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)系統(tǒng)為例，他們大多是以空氣制動(dòng)為主，以動(dòng)力制動(dòng)、磁軌制動(dòng)等電力制動(dòng)為輔，形成一種空氣和電力相互聯(lián)合的制動(dòng)系統(tǒng)，而不是只依靠單一的空氣制動(dòng)系統(tǒng)。在高速動(dòng)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中，有一個(gè)重要的組成部分，就是能夠?qū)崿F(xiàn)空氣制動(dòng)和電力制動(dòng)聯(lián)合的EP單元，該單元能夠根據(jù)動(dòng)車(chē)組實(shí)際所需的動(dòng)力大小和電制動(dòng)力大小，由空氣制動(dòng)及時(shí)補(bǔ)足不足的部分，這樣就實(shí)現(xiàn)了列車(chē)的安全運(yùn)行和平穩(wěn)停車(chē)。EP單元也是隨著科技的不斷發(fā)展，自身結(jié)構(gòu)也在不斷變化。

2.2? 動(dòng)車(chē)組制動(dòng)防滑控制的原理分析

高速動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)防滑控制，主要是依靠電制動(dòng)和空氣制動(dòng)。電制動(dòng)防滑裝置是將速度傳感器安裝到牽引電機(jī)上，這樣就能夠?qū)D(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行檢測(cè)，并在即將發(fā)生滑行時(shí)及時(shí)動(dòng)作，將在作用在車(chē)輪上的制動(dòng)力迅速下降，直至到黏著力之下，從而防止車(chē)輪滑行。而空氣制動(dòng)防滑控制主要是通過(guò)安裝在每一個(gè)軸端的速度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)輪動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的檢測(cè)，這個(gè)過(guò)程需要對(duì)各輪對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度與參考速度進(jìn)行比較得到相應(yīng)的速度差。接著講各軸的速度差等分別與相應(yīng)的判斷數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到有關(guān)的判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主機(jī)就會(huì)立即控制防滑設(shè)備動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)一系列的制動(dòng)動(dòng)作，從而達(dá)到防止輪對(duì)滑行、調(diào)節(jié)制動(dòng)力的目的，具體的空氣制動(dòng)防滑控制原理可以看圖1。

3、高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)防滑控制研究

3.1? 高速條件下防滑問(wèn)題分析

近些年來(lái)，我國(guó)高鐵線路上發(fā)生了多起動(dòng)車(chē)組輪對(duì)擦傷故障，這些故障多發(fā)生在雨雪天氣、凌晨時(shí)段，造成了比較嚴(yán)重的后果。和雨雪天氣的公路上運(yùn)行的汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)發(fā)生滑行一樣，高速動(dòng)車(chē)組在制動(dòng)時(shí)若制動(dòng)力過(guò)大，也會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)閘片“抱死”而使輪對(duì)在鋼軌上滑行的情況，這也就造成了輪對(duì)擦傷故障。因此，為了減少這種擦傷故障的發(fā)生，高速動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備一定的防滑特點(diǎn)，如制動(dòng)系統(tǒng)要操作靈活，作用可靠，制動(dòng)減速要快;同時(shí)要具備動(dòng)力制動(dòng)能力，這樣在制動(dòng)過(guò)程中才能充分發(fā)揮制動(dòng)防滑能力，降低運(yùn)行成本;還有保證制動(dòng)能力的充足，保證動(dòng)車(chē)組在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)安全平穩(wěn)停車(chē);再有要保證動(dòng)車(chē)組內(nèi)的各車(chē)輛制動(dòng)力盡可能一致，制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)乘客數(shù)量的變化調(diào)整能力，以減少制動(dòng)時(shí)的縱向沖動(dòng);最后，高速動(dòng)車(chē)組要具有速度和黏著控制模式和防滑保護(hù)控制，這樣才能保證列車(chē)的安全運(yùn)行和平穩(wěn)停車(chē)。

3.2? 高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的發(fā)展建議

為了保證列車(chē)的平穩(wěn)運(yùn)行和乘客的安全，高速列車(chē)組應(yīng)當(dāng)不斷提升自身制動(dòng)技術(shù)，盡量減少滑行的出現(xiàn)。高速動(dòng)車(chē)組可以通過(guò)微機(jī)制動(dòng)控制裝置接受制動(dòng)指令，并根據(jù)制動(dòng)和來(lái)自空氣彈簧的載荷信號(hào)來(lái)計(jì)算制動(dòng)力的大小。在電制動(dòng)正常工作的條件下，向牽引控制系統(tǒng)發(fā)出電制動(dòng)指令，在接受相關(guān)反饋信號(hào)后進(jìn)行所需空氣制動(dòng)力的計(jì)算，最后，通過(guò)EP閥的一系列工作產(chǎn)生制動(dòng)作用?；袡z測(cè)器是通過(guò)防滑電磁閥的工作，檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)。可以通過(guò)制定檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)試防滑效果，但要注意防滑標(biāo)準(zhǔn)制定的臨界值，不要過(guò)高也不要過(guò)低。標(biāo)準(zhǔn)值過(guò)高會(huì)使滑行控制的穩(wěn)定性能變差，從而延長(zhǎng)制動(dòng)距離，可能會(huì)危及運(yùn)行安全;標(biāo)準(zhǔn)值過(guò)低，防滑的靈敏度就會(huì)降低，導(dǎo)致車(chē)輪擦傷的出現(xiàn)，因此，要慎重地制定防滑標(biāo)準(zhǔn)。最后，若列車(chē)真的出現(xiàn)了嚴(yán)重的滑行，要根據(jù)實(shí)際情況，考慮適當(dāng)?shù)乇Ａ綦娭苿?dòng)力，這樣能夠起到一定的軌面清潔作用，還可以降低頭車(chē)輪對(duì)擦傷;當(dāng)高速動(dòng)車(chē)組中單車(chē)存在空轉(zhuǎn)或者滑行時(shí)，可以通過(guò)修改軟件來(lái)調(diào)整，在軟件的顯示屏上提示駕駛員動(dòng)車(chē)組出現(xiàn)的故障，方便駕駛員盡可能地提前采用小級(jí)別制動(dòng)進(jìn)行調(diào)速，避免大級(jí)別的制動(dòng);最后，可以適當(dāng)增加動(dòng)車(chē)的自動(dòng)撒沙功能，即當(dāng)列車(chē)檢測(cè)到滑行時(shí)，就可以自動(dòng)激活本車(chē)的撒沙裝置進(jìn)行撒沙，從而保證列車(chē)的安全運(yùn)行和平穩(wěn)停車(chē)。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，雖然我國(guó)高速動(dòng)車(chē)組的運(yùn)營(yíng)速度位于世界前列，但我國(guó)動(dòng)車(chē)組的自主研發(fā)技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，一些技術(shù)的發(fā)展情況還不能滿足高速列車(chē)的需求。其中，列車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)防滑控制是影響列車(chē)安全的重要因素之一，筆者通過(guò)對(duì)高速動(dòng)車(chē)組防滑控制系統(tǒng)工作原理和發(fā)展現(xiàn)狀的研究，總結(jié)了該系統(tǒng)的有效性，并為后續(xù)發(fā)展提出了幾點(diǎn)建議。我國(guó)高速列車(chē)制動(dòng)防滑控制技術(shù)還不太成熟，有很大的發(fā)展空間。因此，需要不斷積累發(fā)展經(jīng)驗(yàn)、提升技術(shù)水平。

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