基于單輪對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的高速制動(dòng)防滑試驗(yàn)研究

陳 波，常崇義，周 軍，許豐磊

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081；2.高速鐵路系統(tǒng)試驗(yàn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)室，北京 100081；3.北京縱橫機(jī)電科技有限公司，北京 100094；4.中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266031）

隨著列車運(yùn)行速度的不斷提高，輪軌黏著系數(shù)減小，尤其在軌面濕滑狀態(tài)下極低的輪軌黏著系數(shù)使得列車制動(dòng)時(shí)很容易出現(xiàn)輪對(duì)滑行。輪對(duì)滑行直接導(dǎo)致制動(dòng)距離延長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)擦傷車輪踏面，進(jìn)而降低車輛運(yùn)行品質(zhì)，甚至危及行車安全。為了盡可能減少輪對(duì)滑行，列車上裝設(shè)了制動(dòng)防滑器，在防滑的同時(shí)充分利用輪軌黏著以減小制動(dòng)距離。

對(duì)于制動(dòng)防滑器及防滑策略的研究，主要有數(shù)值仿真和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)2 種方式。羅仁采用比例控制器作為制動(dòng)防滑器，用數(shù)值仿真研究準(zhǔn)高速列車制動(dòng)過(guò)程的防滑控制［1］；左建勇基于DSHplus 軟件建立氣路仿真模型與防滑控制策略仿真模型，用于防滑單元的集成設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化［2］；馬天和提出基于黏著力觀測(cè)器的新型防滑控制方法，通過(guò)不同黏著工況的仿真對(duì)設(shè)計(jì)的防滑控制器進(jìn)行驗(yàn)證［3］；英國(guó)的Alturbeh 基于MATLAB/Simulink 軟件開(kāi)發(fā)低黏著制動(dòng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化仿真工具，對(duì)列車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化［4］。由于輪軌黏著特性的復(fù)雜性和輪軌表面狀態(tài)、接觸面介質(zhì)分布的不確定性，通過(guò)仿真無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算制動(dòng)過(guò)程中的輪軌黏著力，在此基礎(chǔ)上計(jì)算的輪對(duì)轉(zhuǎn)速、制動(dòng)距離等其他參數(shù)也都存在可靠性問(wèn)題。評(píng)估防滑控制效果最直接有效的手段，是裝車后在線路上進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)UIC 541-05—2005《Brakes-Specifications for the Construction of Various Brake Parts-Wheel Slide Protection Device （WSP）》［5］，BS EN 15595—2018 《Railway Applications-Braking-Wheel Slide Protection》［6］以及TB/T 3009—2019《機(jī)車車輛制動(dòng)系統(tǒng)用防滑裝置》［7］都對(duì)制動(dòng)防滑器的線路試驗(yàn)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)制定了具體要求。韋皓、康雄等基于動(dòng)車組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行制動(dòng)防滑性能試驗(yàn)研究［8?9］。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)難以精確控制輪軌黏著條件，對(duì)于超低黏著、大滑移率等制動(dòng)工況，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)還存在擦傷車輪的風(fēng)險(xiǎn)。為此，對(duì)制動(dòng)防滑器參數(shù)優(yōu)化、新型制動(dòng)防滑器研制以及現(xiàn)場(chǎng)難以開(kāi)展的試驗(yàn)，均可以采用半實(shí)物仿真代替，標(biāo)準(zhǔn)UIC 541-05—2005 和BS EN 15595—2018 對(duì)仿真臺(tái)架試驗(yàn)均做了詳細(xì)的規(guī)定。研究人員據(jù)此搭建了諸多硬件在環(huán)（HIL）仿真平臺(tái)，如：意大利的Pugi 建立了包括制動(dòng)防滑器的MI-6 試驗(yàn)臺(tái)、用于鐵路安全子系統(tǒng)研究［10］，韓國(guó)的Kim Ho-Yeon 建立了基于數(shù)字空間（dSPACE）系統(tǒng)的制動(dòng)防滑器仿真平臺(tái)［11］，曹宏發(fā)利用ES1000實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)建立了防滑仿真試驗(yàn)臺(tái)［12］。輪軌黏著系數(shù)是影響輪對(duì)滑行的核心參數(shù)，半實(shí)物仿真中該參數(shù)通常依據(jù)同等工況下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行人為設(shè)定，這無(wú)法準(zhǔn)確反映列車制動(dòng)過(guò)程中動(dòng)態(tài)變化的輪軌黏著情況。

除數(shù)值仿真、半實(shí)物仿真和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)之外，試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)為制動(dòng)防滑研究提供了另一種可行的手段。日本的Yamazaki 和Nakazawa 分別利用臥式單輪試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展了制動(dòng)黏著和新型制動(dòng)防滑器性能試驗(yàn)［13?14］，所用試驗(yàn)臺(tái)依靠與軌道輪同軸布置的1 組飛輪模擬車輛的運(yùn)動(dòng)慣量，但難以根據(jù)車輛的不同軸重對(duì)運(yùn)動(dòng)慣量自由調(diào)節(jié)。

本文基于高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行高速制動(dòng)防滑試驗(yàn)，采用電慣量模擬的方式，解決制動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中車輛運(yùn)動(dòng)慣量模擬時(shí)無(wú)法自由調(diào)節(jié)的問(wèn)題，并利用試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展軌面干燥條件下的制動(dòng)試驗(yàn)和濕軌制動(dòng)防滑試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)設(shè)備

1.1 高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)

高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)為單輪對(duì)試驗(yàn)臺(tái)，其主要結(jié)構(gòu)包括軌道輪系統(tǒng)、試驗(yàn)輪對(duì)系統(tǒng)、液壓激振系統(tǒng)、測(cè)量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。軌道輪系統(tǒng)主要包括軌道輪及其驅(qū)動(dòng)變速箱和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，軌道輪的圓周速度即代表車輛運(yùn)行速度，試驗(yàn)臺(tái)最高試驗(yàn)速度可達(dá)500 km·h?1。試驗(yàn)輪對(duì)系統(tǒng)主要包括試驗(yàn)輪對(duì)、適配器和導(dǎo)向框，試驗(yàn)輪對(duì)采用帶有一系懸掛系統(tǒng)的實(shí)車輪對(duì)，與適配器裝配成一體，并通過(guò)螺栓連接安裝在導(dǎo)向框上。液壓激振系統(tǒng)主要包括垂向、橫向、縱向作動(dòng)器和高壓油供應(yīng)單元，可根據(jù)試驗(yàn)要求通過(guò)導(dǎo)向框向試驗(yàn)輪對(duì)施加相應(yīng)的載荷。試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

利用高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行制動(dòng)防滑試驗(yàn)，可以模擬輪軌運(yùn)行的實(shí)際接觸狀態(tài)。輪（試驗(yàn)輪對(duì)）和軌（軌道輪）均為實(shí)物；軸重通過(guò)液壓作動(dòng)器加載實(shí)現(xiàn)，車輛運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)激振也可通過(guò)液壓作動(dòng)器加載實(shí)現(xiàn)；輪軌廓形和表面狀態(tài)可參照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)定；水、防凍液等介質(zhì)的噴灑時(shí)間、噴灑量可通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)精準(zhǔn)控制。這既保證了試驗(yàn)條件接近于現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)條件，又便于根據(jù)不同的工況靈活、穩(wěn)定地控制試驗(yàn)條件。

1.2 制動(dòng)氣路設(shè)備

制動(dòng)氣路設(shè)備主要包括截?cái)嗳T(mén)1、截?cái)嗳T(mén)2、比例閥、防滑閥、制動(dòng)缸、總風(fēng)缸、制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸和壓力傳感器。試驗(yàn)氣路的通路為：壓縮空氣管路→總風(fēng)缸→制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸→比例閥→防滑閥→制動(dòng)缸。試驗(yàn)過(guò)程中，比例閥按照試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的固定指令動(dòng)作，防滑閥則按照制動(dòng)防滑器控制單元根據(jù)輪對(duì)滑行狀態(tài)的控制指令作出相應(yīng)的動(dòng)作。

1.3 試驗(yàn)臺(tái)與制動(dòng)防滑器之間信號(hào)和指令的傳遞

制動(dòng)防滑器的滑行檢測(cè)參數(shù)包括速度差、減速度、滑移率和減速度微分，通過(guò)車輛運(yùn)行速度和輪對(duì)速度計(jì)算。通過(guò)制動(dòng)防滑器很難直接獲得車輛運(yùn)行速度，通常依據(jù)4 根車軸的速度計(jì)算出參考速度代替車輛運(yùn)行速度，硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)中通過(guò)專門(mén)的模塊實(shí)時(shí)計(jì)算參考速度。試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)軌道輪運(yùn)動(dòng)慣量模擬車輛軸重的運(yùn)動(dòng)慣量，以軌道輪轉(zhuǎn)速模擬制動(dòng)過(guò)程中車輛的制動(dòng)速度，因此可以將軌道輪轉(zhuǎn)速接入防滑控制系統(tǒng)作為參考速度。

制動(dòng)氣路設(shè)備連接示意圖如圖2所示。

圖2 制動(dòng)氣路設(shè)備連接示意圖

制動(dòng)防滑器接入試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)氣路后，一方面可從試驗(yàn)臺(tái)獲取軌道輪角速度和試驗(yàn)輪對(duì)角速度，另一方面根據(jù)自身策略判斷后并發(fā)出防滑動(dòng)作指令，對(duì)制動(dòng)缸壓力實(shí)時(shí)控制。與此同時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)根據(jù)制動(dòng)力的變化實(shí)時(shí)調(diào)整軌道輪電機(jī)扭矩，以控制制動(dòng)減速度。制動(dòng)防滑試驗(yàn)測(cè)量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 制動(dòng)防滑試驗(yàn)測(cè)量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 基于高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)的制動(dòng)防滑試驗(yàn)

2.1 車輛運(yùn)行速度的控制

單輪對(duì)試驗(yàn)臺(tái)以軌道輪圓周速度模擬車輛運(yùn)行速度，且可通過(guò)光電編碼器實(shí)時(shí)測(cè)量。試驗(yàn)臺(tái)常規(guī)試驗(yàn)中，軌道輪的速度和加/減速度目標(biāo)值均為恒定值，控制邏輯簡(jiǎn)單；制動(dòng)試驗(yàn)中，制動(dòng)力實(shí)時(shí)變化，軌道輪不能按恒定的減速度運(yùn)行，而是根據(jù)制動(dòng)力和車輛軸重產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣量確定軌道輪的減速度。

傳統(tǒng)的制動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)采用飛輪的機(jī)械慣量模擬車輛的運(yùn)動(dòng)慣量，占用設(shè)備空間，慣量調(diào)整困難，自動(dòng)化程度低。針對(duì)這些問(wèn)題，提出通過(guò)電慣量模擬車輛運(yùn)動(dòng)慣量的設(shè)計(jì)思想。試驗(yàn)輪對(duì)制動(dòng)時(shí)，軌道輪的電慣量必須與模擬的車輛軸重產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)慣量相當(dāng)，軌道輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)依據(jù)模擬的車輛運(yùn)動(dòng)慣量，實(shí)時(shí)計(jì)算需要的電機(jī)扭矩，控制軌道輪制動(dòng)停車。電慣量模擬的原理是根據(jù)模擬制動(dòng)過(guò)程和實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中輪對(duì)所受制動(dòng)力相等情況下，實(shí)時(shí)求解模擬電慣量，進(jìn)而計(jì)算軌道輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的輸出扭矩。

實(shí)際制動(dòng)過(guò)程和模擬制動(dòng)過(guò)程中輪對(duì)的受力情況如圖4所示。為便于與單輪對(duì)試驗(yàn)臺(tái)模擬制動(dòng)過(guò)程的受力情況進(jìn)行對(duì)比，實(shí)際制動(dòng)過(guò)程僅標(biāo)示出車輛有1 根車軸時(shí)的受力情況。圖中：v為車輛運(yùn)行速度；a為車輛減速度；m為車輛軸重；ωW為輪對(duì)角速度；FB為制動(dòng)力；J為模擬慣量；rR為軌道輪半徑；ωR為軌道輪角速度；αR為軌道輪角減速度；TM為軌道輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩；TL為傳動(dòng)損失的扭矩。

圖4 制動(dòng)過(guò)程中輪對(duì)實(shí)際和模擬受力情況

試驗(yàn)臺(tái)要模擬實(shí)際制動(dòng)過(guò)程，在相同的制動(dòng)力FB作用下，圖4（b）中模擬制動(dòng)過(guò)程軌道輪的圓周速度和減速度必須與圖4（a）中實(shí)際制動(dòng)過(guò)程車輛的運(yùn)行速度和減速度相等，有

根據(jù)圖4（a）中實(shí)際制動(dòng)過(guò)程車輛的受力和運(yùn)動(dòng)情況可得

根據(jù)圖4（b）中模擬制動(dòng)過(guò)程軌道輪的受力和運(yùn)動(dòng)情況可得

其中，

TI=JαR

TB=FBrR

式中：TI為基于模擬的慣量產(chǎn)生的力矩；TB為制動(dòng)力產(chǎn)生的力矩。

式（4）中，TM通過(guò)傳感器的測(cè)量直接獲得；TL通過(guò)在軌道輪非制動(dòng)、無(wú)加減速時(shí)標(biāo)定得到，即TB=0且TI=0時(shí)TL=TM。

因軌道輪角速度ωR可直接通過(guò)光電編碼器測(cè)量，則軌道輪角減速度可按下式計(jì)算得到。

式中：ΔωR為軌道輪角速度的增量；Δt為時(shí)間的增量。

將式（3）、式（5）代入式（4），可得

從式（6）可以看出，模擬慣量J可以通過(guò)車輛軸重的實(shí)際值、軌道輪角速度和軌道輪所受力矩的測(cè)量值計(jì)算得到。

模擬慣量確定后，由式（4）可計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的制動(dòng)力為

再由式（4）計(jì)算得到下一時(shí)間步所需扭矩TM，軌道輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)按照該扭矩控制軌道輪減速。到下一時(shí)間步，控制系統(tǒng)又根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整電機(jī)扭矩，如此往復(fù)直至制動(dòng)結(jié)束。

與傳統(tǒng)的機(jī)械慣量模擬相比，電慣量模擬不占用設(shè)備空間，慣量調(diào)整由試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)集成控制，調(diào)整便捷高效，自動(dòng)化程度較高。高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)電慣量連續(xù)可調(diào)，車輛軸重模擬范圍為3～50 t。

2.2 試驗(yàn)流程

1）試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

（1）檢查軌道輪和車輪的表面粗糙度，若不滿足試驗(yàn)條件要求，通過(guò)打磨調(diào)節(jié)。

（2）將制動(dòng)氣路設(shè)備接入高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)，將軌道輪轉(zhuǎn)速信號(hào)接入防滑控制系統(tǒng)。

舉兩個(gè)例子：第一個(gè)，外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展這部分內(nèi)容，隨著工業(yè)水平的提升，單片機(jī)內(nèi)部集成的存儲(chǔ)器容量越來(lái)越大，很多內(nèi)置的存儲(chǔ)器基本能滿足要求，很少需要外擴(kuò)，擴(kuò)展沒(méi)必要，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)其他內(nèi)容也沒(méi)幫助。第二個(gè)，51單片機(jī)有40個(gè)引腳，I/O口也多，沒(méi)有必要了解I/O內(nèi)部的機(jī)構(gòu)，只需要了解每個(gè)I/O口的功能即可。

（3）給制動(dòng)氣路充氣，充氣完畢后關(guān)閉截?cái)嗳T(mén)2。

2）試驗(yàn)過(guò)程基本步驟

（1）通過(guò)液壓激振系統(tǒng)給試驗(yàn)輪對(duì)施加載荷。

（2）軌道輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)以恒扭矩控制模式牽引試驗(yàn)輪對(duì)至制動(dòng)初速度，然后將驅(qū)動(dòng)電機(jī)切換至電慣量模擬控制模式。

（3）對(duì)于濕軌工況，控制系統(tǒng)發(fā)出噴水指令，向輪軌接觸區(qū)域持續(xù)噴水或防凍液。

（4）等待3～5 s，以便輪軌接觸區(qū)域的水膜穩(wěn)定，試驗(yàn)輪對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出制動(dòng)壓力指令，試驗(yàn)輪對(duì)、軌道輪隨即制動(dòng)減速。

（5）制動(dòng)停車后，控制系統(tǒng)發(fā)出停止噴水或其他介質(zhì)的指令和停止制動(dòng)的指令，釋放制動(dòng)缸壓力，試驗(yàn)結(jié)束。

3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

速度差Δv為

式中：vR為軌道輪圓周速度；vW為試驗(yàn)輪對(duì)圓周速度。

滑移率ε為

制動(dòng)率?為

式中：g為重力加速度。

制動(dòng)距離s為

式中：t0為制動(dòng)起始時(shí)間；t1為制動(dòng)結(jié)束時(shí)間。

平均減速度am為

式中：v0為制動(dòng)初速度；t為制動(dòng)時(shí)間。

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

進(jìn)行軌面干燥條件下的純空氣緊急制動(dòng)試驗(yàn)，比較目標(biāo)減速度與實(shí)際減速度驗(yàn)證提出的車輛運(yùn)行速度控制邏輯是否正確，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)的制動(dòng)距離和平均減速度對(duì)比檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。試驗(yàn)條件為：試驗(yàn)臺(tái)軌道輪表面粗糙度為0.2～0.3 μm，輪對(duì)表面粗糙度為0.4～0.6 μm，與現(xiàn)場(chǎng)條件相當(dāng)［15］；試驗(yàn)輪對(duì)施加垂向恒定載荷16 t；總供氣壓力為900 kPa，純空氣緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)缸施加的空氣壓力為360 kPa；制動(dòng)初速度分別為200和300 km·h?1。

軌面干燥條件下制動(dòng)試驗(yàn)中軌道輪減速度如圖5所示。圖中：目標(biāo)減速度由制動(dòng)力除以車輛軸重得到，實(shí)際減速度由軌道輪圓周速度進(jìn)行差分得到。從圖5可以看出，在不同制動(dòng)初速度下，二者吻合得相當(dāng)好，表明前述車輛運(yùn)行速度的控制邏輯正確，通過(guò)電慣量模擬車輛軸重能夠控制軌道輪按預(yù)期的目標(biāo)減速度運(yùn)行。

圖5 軌面干燥條件下制動(dòng)試驗(yàn)的軌道輪減速度

參照標(biāo)準(zhǔn)BS EN 15595—2018的要求，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)對(duì)比，仿真臺(tái)架試驗(yàn)制動(dòng)距離的相對(duì)誤差須在5%以內(nèi)才認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果可靠。將試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果與相同工況的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果［9］做了比較，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出：200和300 km·h?1初速度制動(dòng)工況下，試驗(yàn)臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)的制動(dòng)距離相對(duì)誤差分別為3%和4%，均在標(biāo)準(zhǔn)要求的5%以內(nèi)，且平均減速度相對(duì)誤差分別為3%和4%；這表明試驗(yàn)結(jié)果可靠，可以利用高速輪軌關(guān)系試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展?jié)褴墬l件下的制動(dòng)防滑試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車的軌面干燥條件下制動(dòng)試驗(yàn)對(duì)比

3 試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行噴水和噴防凍液2 種工況條件下的純空氣緊急制動(dòng)防滑試驗(yàn)，采用某動(dòng)車組制動(dòng)防滑器進(jìn)行防滑控制。噴水工況試驗(yàn)過(guò)程中向輪軌接觸界面噴水，噴灑量為200 mL·min?1；噴防凍液工況試驗(yàn)過(guò)程中向輪軌接觸界面噴體積分?jǐn)?shù)為50%的FD-2防凍液，噴灑量為200 mL·min?1。輪軌表面粗糙度、試驗(yàn)輪對(duì)垂向載荷、制動(dòng)空氣壓力和制動(dòng)初速度等條件與軌面干燥條件下的純空氣緊急制動(dòng)試驗(yàn)相同。

3.1 噴水條件下

噴水條件下的純空氣緊急制動(dòng)防滑試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出：制動(dòng)開(kāi)始后，由于輪軌黏著力不足試驗(yàn)輪對(duì)的速度快速下降產(chǎn)生滑行，當(dāng)試驗(yàn)輪對(duì)與軌道輪的速度差或滑移率達(dá)到某一定值時(shí)，防滑控制系統(tǒng)發(fā)出指令控制防滑閥排風(fēng)，之后隨著黏著條件逐漸恢復(fù)，再控制防滑閥重新充風(fēng)；其后又經(jīng)歷數(shù)次排風(fēng)充風(fēng)，直到恢復(fù)正常制動(dòng)力水平，速度差恢復(fù)為0。

從圖6還可以看出：滑行初始階段輪軌黏著力穩(wěn)定后，200 和300 km·h?1工況的制動(dòng)率分別約為0.07 和0.03。根據(jù)文獻(xiàn)［15］的試驗(yàn)結(jié)果，速度200 和300 km·h?1附近的輪軌黏著系數(shù)分別約為0.07 和0.05。200 km·h?1工況的制動(dòng)率與該速度的輪軌黏著系數(shù)相當(dāng)，這表明輪軌黏著得到了充分利用。300 km·h?1工況的制動(dòng)率低于該速度的輪軌黏著系數(shù)，這表明輪軌黏著沒(méi)有得到充分利用，不利于縮短制動(dòng)距離。

圖6 噴水條件下純空氣緊急制動(dòng)防滑試驗(yàn)時(shí)程曲線

試驗(yàn)中，200 和300 km·h?1工況下制動(dòng)距離分別增加到1 824和3 940 m，均小于軌面干燥條件下制動(dòng)工況的1.25 倍，平均減速度分別下降至0.85 和0.88 m·s?2；300 km·h?1工況在速度200 km·h?1以上時(shí)出現(xiàn)了速度差超過(guò)30 km·h?1的滑行情況，最大速度差為45 km·h?1，速度差超40 km·h?1時(shí)的滑行時(shí)間小于5 s；滿足標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3009—2019 規(guī)定的機(jī)車車輛制動(dòng)系統(tǒng)用防滑裝置對(duì)制動(dòng)距離和滑行時(shí)間的要求。

3.2 噴防凍液條件下

噴防凍液條件下的純空氣緊急制動(dòng)防滑試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出：制動(dòng)開(kāi)始后，由于輪軌黏著力不足試驗(yàn)輪對(duì)產(chǎn)生滑行；在防滑控制系統(tǒng)作用下，逐漸恢復(fù)正常制動(dòng)力水平，速度差恢復(fù)為0。

從圖7還可以看出：滑行初始階段輪軌黏著力穩(wěn)定后，200 和300 km·h?1工況的制動(dòng)率分別約為0.03 和0.07，隨后很快提高到0.10～0.12，除200 km·h?1工況的初始階段，整個(gè)制動(dòng)過(guò)程的制動(dòng)率基本都高于噴水條件。這表明噴防凍液比噴水條件下的輪軌黏著利用更充分。

圖7 噴防凍液條件下純空氣緊急制動(dòng)防滑試驗(yàn)時(shí)程曲線

試驗(yàn)中，200 和300 km·h?1工況的制動(dòng)距離分別為1 549和3 492 m，均小于軌面干燥條件下制動(dòng)工況的1.25 倍，平均減速度分別下降至1.00 和0.99 m·s?2；沒(méi)有出現(xiàn)速度差超過(guò)30 km·h?1的滑行情況；滿足標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3009—2019 規(guī)定的機(jī)車車輛制動(dòng)系統(tǒng)用防滑裝置對(duì)制動(dòng)距離和滑行時(shí)間的要求。

4 結(jié) 論

（1）采用電慣量模擬的方式，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)條件下試驗(yàn)臺(tái)軌道輪的運(yùn)動(dòng)慣量與實(shí)車試驗(yàn)車輛軸重的運(yùn)動(dòng)慣量一致，通過(guò)控制軌道輪的圓周速度，使試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)車速與實(shí)車試驗(yàn)車速保持一致，并進(jìn)行干燥條件下的純空氣緊急制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)試驗(yàn)方法可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明實(shí)際減速度與目標(biāo)減速度基本吻合，試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)的制動(dòng)距離較實(shí)車試驗(yàn)的相對(duì)誤差滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)方法可靠。

（2）噴水條件下，制動(dòng)初速度為200 km·h?1時(shí)初始滑行階段的制動(dòng)率更高，而噴防凍液條件下，制動(dòng)初速度為300 km·h?1時(shí)初始滑行階段的制動(dòng)率更高。

（3）噴防凍液條件下的輪軌黏著利用比噴水條件下更充分，制動(dòng)率更高，制動(dòng)距離更短。

（4）通過(guò)調(diào)整防滑控制系統(tǒng)參數(shù)合理控制輪對(duì)滑行時(shí)的滑移率，使制動(dòng)率與黏著系數(shù)水平相當(dāng)，有助于縮短制動(dòng)距離。