动车组制动力分配方式研究

于大坚

摘 要：合理的制动力分配能够有效减少动车组制动时的能耗，降低制动磨耗设备（制动盘、闸片）的维护成本。本文对高速动车组的制动力分配方式（电制动力和空气制动力的匹配关系）进行了研究，综合实际运用需求和成本维护等多方面因素，提出了一种改进型的制动力分配方案，并以CRH1型动车组作为事例进行了数据分析和解剖。

关键词：电制动;空气制动;制动力分配;制动磨耗设备

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.018

0 引言

制动系统承担着动车组减速、停车的任务。高速动车组制动主要通过轮轨间的黏着作用产生制动力，且制动力的实际最大值受轨道粘着力的限制，一旦轮轨间的作用力超过了轮轨粘着的限制，就会打滑。因此从安全的角度，制动时应充分的利用轨道粘着，保证安全的停车距离。另因高速动车组施加制动时会产生大量的能量转换，所以高速动车组制动时需要良好的控制策略来保证安全停车的同时还有较好的运用经济性和乘坐舒适度[1]。

1 动车组制动方式

动车组制动主要有空气制动和电制动两种制动方式。空气制动为盘形制动装置，通过压缩空气使制動夹钳上的闸片“夹紧”制动盘产生摩擦来实现制动，将列车的动能转化为热能。电制动是将牵引电动机变为发电机，制动时将电能反馈回电网，使能量再生利用，而不是变成热能耗散掉，可有效地降低运用成本。

CRH1型动车组制动系统采用单管直通式电空制动系统与电制动系统，制动控制系统主要由制动信号发生、制动信号处理、制动信号执行三部分组成，统一由列车控制管理系统（TCMS）控制。 TCMS系统（包括列车控制设备TCU和网关GM）接收到制动指令后，根据车重、所需的减速度计算出制动力请求，通过网络（MVB和WTB）进行传递制动指令给EBCU和PCU，并得到反馈信息，空气制动由EBCU完成，电制动由PCU完成。

2 动车组制动力分配方式

和谐号动车组高速运行时，如果施加制动将会产生大量的能量转换。而列车编组中动车和拖车具有不同的制动方式，制动时需合理协调各车间的制动力分配，使制动系统需要良好的控制策略来保证安全停车的同时还有较好的运用维护经济性和乘坐舒适度[1]。

2.1 等减速度制动模式

等减速度制动模式列车根据各车的车重分配相应的制动力，使各车减速度一致，从而使车辆制动时充分利用轨道的粘着系数。动车如果电制力满足制动力要求，则不用施加空气制动，当如果电制力不足，补充空气制动力;拖车直接施加空气制动力至需求制动力。

等减速度模式的制动力分配图如图1所示，该模式动车的电制动力并未得到充分的利用（在施加小级别制动时该现象尤为明显），且拖车制动盘的磨损明显大于动车的制动盘磨损。因此该制动方式可以在较差的粘着条件下最大化的利用轮轨粘着，防止列车的制动力过分的在某辆车上集中施加，避免车辆出现滑行情况，保证制动距离。但也将导致拖车的制动盘和闸片磨损过快，且动车再生制动也不能得到充分利用，增加了动车组的维护成本，经济性差。

2.2 等磨耗制动模式

等磨耗制动模式采取优先使用电制动，当电制动不足时，剩余的制动力平均分配到每套基础制动设备上，使动车和拖车的每组制动盘和闸片所承受的制动力基本一致，进而使其磨耗趋于平衡，维护周期基本一致，有利于提高动车组的可维护性和经济性。

等磨耗模式制动力分配图如下图2所示，此模式不仅能充分利用电制动，还可以使动车和拖车的制动盘和闸片的磨耗趋于平衡，制动盘和闸片的维护周期基本一致，有利于提高动车组运用的可维护性和经济性。但是该方式每个动车所承受的总制动力明显大于拖车所承受的制动力，当轨道粘着条件差时，动车更容易产生滑行，进而影响制动距离，安全性相对有所降低。

2.3 传统的电空复合制动模式

传统的电空复合制动模式采取优先使用电制动以降低空气制动部件的磨耗;电制动力不足部分由拖车的空气制动来承担，来平衡动拖车之间施加的总制动力，尽量利用轨道粘着;当制动力需求更大时候，再使用动车的空气制动力。此种模式可以在充分利用动车组电制动力的基础上，尽量利用轨道的粘着，避免动车施加过大的制动力产生滑行。

该模式制动力分配图如下图3所示，虽然此模式电制动得到了充分的利用，但因动车的摩擦制动应用较少（在小级别制动中尤为明显），故拖车制动盘较动车明显磨损严重，会出现拖车制动盘和闸片须频繁进行维护，而动车较少维护的情况，总体上增加了动车组的维护成本，增加了动车组运用的全寿命周期成本。

3 改进型动车组制动力分配方式

基于以上各种制动力分配方式的优缺点，结合动车组实际运用的行车特点，在保证安全同时兼顾维护经济性的基础上，本文提出了一种新型的制动力分配控制方法。

改进型的制动力分配控制框图如图4所示，施加常用制动时采用等磨耗的制动力分配方式，保证动车组的经济性和可维护性，而检测到制动过程中发生滑行，立刻切换至等减速度的制动力分配模式以保证充分利用轨道粘着，保证列车安全。而当施加紧急制动时，此时的制动力较大，属紧急情况下的停车，采取等减速度模式以安全为主的制动力分配方式。

根据运行经验，设计时制动的减速度值的大小已经充分考虑轮轨粘着的影响，天气状态良好的情况下，正常运行制动基本上不会因没有充分利用轨道粘着产生滑行，只有当天气状态恶劣施加大级别制动时才会出现滑行。因此这种改进型制动力分配方式大部分时间都采取等磨耗的制动力分配方式，仅当制动时检测到滑行或施加紧急制动时（小概率事件）才用等减速度控制方式，基本上可以在保证安全同时兼顾维护经济性。

4 结语

本文详细介绍并分析了现有的制动力分配方式，并以CRH1型车为例详细分析了各种分配方式的原理和优缺点，最后基于各种制动力分配方式的特点，结合动车组实际运用的行车特点，在保证安全同时兼顾维护经济性的基础上，本文提出了一种新型的制动力分配控制方法，可以在保证安全的前提下，进一步提高动车组运用的可维护性和经济性，降低动车组运用的全寿命周期成本[2]，为空气制动力分配提供了新的思路。

参考文献：

[1]姜岩峰，曹宏发，王鹏飞，程宏明，安志鹏.和谐号动车组制动力动态分配模式[J].铁道机车车辆，2011，31（05）：48-51.

[2]赛华松，乔峰，赵杨坤.高速动车组常用制动分配方式的研究[J].和谐共赢创新发展-旅客列车制动技术交流论文集，2017（08）：52-57.