毕业设计（论文）-CRH2A动车组制动切除处理逻辑及改进设计.docx

摘 要随着高速动车组在我国铁路运输中所占比例不断增长，对动车组的运用维修已经成为当前铁路运输中，急待攻关解决的一项重要课题。并且将对我国铁路迈向高速时代，起到至关重要的作用。制动控制装置（BCU）是动车组制动系统的关键部位，制动控制装置（BCU）负责在动车组运行过程中监控动车组制动系统相关的各项信息数据，并通过传输和接收各项控制指令实现动车组的制动控制。制动控制不仅关系到动车组的运行稳定性，而且关系到动车组的行车安全。本毕业设计介绍了动车组制动系统和概要了CRH2A型动车组在空气制动切除情况下的制动控制现状，并就现阶段CRH2A型动车组空气制动切除逻辑控制中存在的问题提出了优化建议。关键词：动车组；制动系统；制动切除；优化 目录第1章 绪 论11.1 研究背景11.2研究思路1第2章 动车组制动系统分析32.1 制动系统的基本概念32.2 动车组制动系统的组成及特点32.3 CRH2动车组制动特性4第3章 关门车83.1关门车作用83.2关门车编挂位置的要求83.3关门车关门车编挂位置的原因9第4章 CRH2A动车组制动切除处理办法及改进设计104.1制动切除(关门车)操作方法104.2概述及存在问题104.3动车组空气制动切除逻辑的优化方案11参 考 文 献13致 谢14CRH2动车组制动切除处理办法及改进设计第1章 绪 论1.1 研究背景自从1825年世界上第一条铁路建成并通车开始，铁路逐渐成为了交通运输中的重要运输方式之一。快速、可靠、舒适、经济和环保是铁路在与其他运输方式的竞争中取胜的先决条件，许多国家都在通过新建或改建既有线发展高速铁路。国际上一般认为，高速铁路动车组是最高运行时速在200公里以上的铁路运输系统。所谓动车组就是由若干动力车和拖车或全部由动力车长期固定连挂在一起组成的车组。高速动车组的牵引动力配置基本上有两种型式，即集中配置型和分散配置型。传统的机车牵引形式就是牵引动力集中配置，列车由一台或几台机车集中于一端牵引。由于机车总功率受到限制，难以满足进一步提高速度的要求。动车组编组中的车辆全部为动力车，或大部分为动力车，即牵引动力分散配置。由于动车组可以根据某条线路的客流量变化进行灵活编组，可以实现高密度小编组发车以及具有安全性能好、运量大、往返不需掉转车头、污染小、节能、自带动力等优点，受到国内外市场的青睐，应用也越来越广泛，被称为铁路旅客运输的生力军。第六次铁路大提速，以“和谐号”为代表的高速动车组，如梭箭般穿行于大江南北，将中国铁路带入高速时代，我国既有线路列车运行速度也一举达到世界先进水平，铁路运输事业呈现飞速发展全新局面，高速动车组以其安全，准时，快速，舒适，节能，环保，等诸多优点，高速动车组是在现代科学技术的基础上发展起来，同时也带动并促进了科学技术发展，高速动车组有别于现在运用的内燃，电力机车。其区别在于动车组各部件大量运用高新技术，特别是在转向架结构，车体轻量化，列车动力分配，电传动控制技术，列车信息网络及制动系统都具有各自的高科技含量。高速动车组制动系统具有先进科技技术,其中以CRH2型动车组最为出名。 1.2研究思路在对动车组制动切除处理办法及优化研究中，始终坚持以当前工作所从事的动车组运用检修为基础，依据铁道部颁发的各类作业标准、规章，紧密结合现场实际情况，研究优化当前检修模型，并投入实践检验，从实践中不断的修改完善研究的系统模型，真正使研究的内容和成果与现场实际的相一致，有相当高的价值。第2章 动车组制动系统分析2.1 制动系统的基本概念人为地制止列车运动，包括使其减速、阻止其运动或加速，均可称为制动。反之，对已施行制动的列车，解除或减弱其制动作用，均称为缓解。为了使列车能施行制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为制动装置。我国铁路广泛使用的空气制动装置从结构上可分为制动机和基础制动装置两个组成部分。制动机是产生制动原动力并进行操纵和控制的部分，如盘形制动装置中的制动缸、分配阀等；基础制动装置是传送制动原动力并产生制动力的部分，如盘形制动装置中的制动夹钳。对于动车组来说，制动的重要性早已不仅仅是安全问题了，它已成为限制列车速度进一步提高的重要因素；要做到列车的高速，除了要有很大的牵引力功率之外，还必须有足够强大的制动能力。动车组制动系统的分类制动分类标准动车组制动系统的分类制动方式有多种分类标准，下面主要介绍如下两种：（1）按制动力的操纵控制方式，动车组所采用的制动方式可分为空气制动、电空制动和电制动三类。（2）动车组制动作用按用途可分为如下四大类：常用制动、非常制动、紧急制动、辅助制动。2.2 动车组制动系统的组成及特点 A.动车组制动系统的组成动车组运行速度高，给列车的制动能力、运行平稳性等方面提出一系列挑战。因此，高速动车组必须装备高效率和高安全性的制动系统，为列车正常运行提供调速和停车制动的手段。并在意外故障或其它必要情况下具有尽可能短的制动距离。此外，高速运行的动车组对制动系统的可靠性和制动时的舒适度也提出了更高的要求。所以，动车组制动系统的性能和组成与普通列车完全不同，他是一个能提供强大制动力并能更好利用黏着的复合制动系统，包括多个字系统，主要由电制动系统、空气制动系统、防滑装置和制动控制系统等组成。制动时采用电制动与空气制动联合制动的方式，且以电制动为主。B.动车组制动系统的特点（1）制动能力强、响应速度快（2）制动力分配的准确性和一致性高（3）故障导向安全 a.多级制动控制方式 b.制动能力的冗余（4）制动冲力小2.3 CRH2动车组制动特性A.制动模式针对性强，趋于智能化CRH2型动车组的制动系统具有多种制动控制方式，可以满足不同运行条件下对列车制动的需求。行车中，动车组制动控制装置能接受列车信息网络或司机操纵动作等指令，进行常用制动、快速制动、紧急制动、耐雪制动等相应的制动动作。1常用制动特性。常用制动的制动力共分为7级，行车操纵中使用机会最多。系统在制动时自动进行延迟充气控制，M车(动车)上产生的电气再生制动除满足本车制动力要求外，多余制动力用来代替T车(拖车)的一部分制动力，T车制动力不足时则由其空气制动力补充，从而维持本制动单元(一个动车和一个拖车构成一个制动单元)所需要的制动力，并实现和保持规定减速度。另外制动系统还具有空、重车载荷适应功能，制动力能够自动按需变化，维持一定的减速度。2快速制动特性。动车组的快速制动功能，具有比常用制动高15倍的制动力。在司机操作制动手柄时，或动车组运行中未能减速到在闭塞区问规定的出口速度时，控制装置接受ATP、LKJ的指令发出快速制动动作。3紧急制动特性。当出现动车组分离、总风压力不足等紧急情况时，或制动手柄在取出位时系统发出紧急制动动作指令。紧急制动没有空重车载的调节功能。紧急制动为纯空气制动，当列车速度160200kmh，低减速度06ms2；在160kmh以下，较高减速度0778ms2。紧急制动指令发出时，快速制动指令同时输出，这种情况下，紧急制动作为“热备份”方式，只有制动装置发生故障的车辆才产生紧急制动，而其他制动装置正常的车辆则产生快速制动模式下对应的减速度。4辅助制动特性。辅助制动是制动控制装置发生故障或制动指令出现断线现象时使用。上述情况发生时，司机操作控制台上的控制开关及“TC车”配电盘辅助开关便能发出动作。但与常用制动、快速制动不同的是，制动系统发出规定的制动力与发出辅助制动时动车组的速度高低无关。5耐雪制动特性。耐雪制动模式是防止雪块进入制动盘和闸片间的空隙，造成摩擦力减弱而专门设置的。在耐雪制动模式下，在活塞的作用下，闸片轻轻的压住制动盘面，有效减少两者间隙，防止雪块进入。该制动作用在速度110Kmh以下，司机操作耐雪制动开关和操作制动手柄的条件下产生，制动缸压力设定值为60 4-20kpa。B.制动操作灵活，作用灵敏司机对动车组进行制动操作时，列车减速快，动车组前后车辆制动、缓解效果基本同步。动车组在两端头车的司机室设有制动控制器，当转动制动手柄时，同轴的凸轮组接通或断开不同电路接点从而形成制动指令，经列车信息监控系统传送到每辆车的制动控制装置，有制动控制装置的制动控制单元运算，按制动控制规律控制EP阀电磁部，并经中继阀送出压缩空气到增压气缸，由基础制动装置完成制动作用。CRH2型高速动车组制动系统采用电气指令，是微机控制直通式电控制动。制动指令的接收、处理以及电气制动与空气制动配合等内容，一般都由微机系统来完成。动车组制动控制装置包括制动控制单元、EP阀、中继阀、空重调整阀、紧急制动电磁阀等部件。载荷调压装置采集的信号来自空气弹簧空气压力变化值，空气弹簧压力通过传感器转化为与车重相应的电信号，制动控制单元根据制动指令及车重信号计算出所需的制动力，并向电气制动控制装置发出制动信号，电气制动控制装置控制电气制动产生作用，并将实际制动力的等值信号反馈到制动控制器，制动控制器进行计算，并把与计算结果相应的电信号送到中继阀，中继阀进行流量放大后，使制动缸获得相应的压力。拖车常用制动时，制动控制装置的动作过程与动车的基本相同，但是因为没有电气制动，所有不必进行电气制动与空气制动的协调，所需制动力全部通过EP阀转化为相应的空气压力信号，然后由中继阀使制动缸产生相应的制动力。C.具备再生制动功能，节能高效动车组的制动系统具有动车再生制动能力，正常制动操作时，应尽量发挥动力制动能力。车组中的动车单元在制动时电动机转变为发电机模式，能将在制动时产生的电能同时反馈给电网，既环保又可以降低运行成本。4M(动)4T(拖)的列车编组中T车采用全空气制动方式，M车既具有再生动力制动也具备空气制动的能力；M车和T车基础制动装置均采用带气压一油压变换的增压气缸和油压盘式制动装置，另外，为减轻闸瓦的磨损，空气制动采用延迟投入控制方式，制动控制采用lMIT的基础制动力控制单元，在单元内设置延迟充气控制，系统对再生制动和空气制动进行协调控制，当制动控制器检测到所生产的制动力不足时，靠电空联合控制对空气制动力进行补充。D.各车制动力基本同步，利于平稳动车组列车产生制动时，各车辆的制动力是基本一致的，制动系统根据乘客量的变化，具有自动调整能力，以减少制动时纵向冲动。从司机室控制台通过列车信息控制系统的中央装置、终端装置，经由光纤传送接收制动指令，以MT单元制动力控制模式，再加上空重车载荷调整信号的电空制动控制，用32位微机处理器数字运算方式进行调整，空气弹簧压力经过半导体式压力传感器进行空电变换得到空重车载荷信号，制动力控制所采用的空重车载荷信息是把每车空气簧压力按前后进行比较，在进行空车信号的预设保汪和重车信号的限幅器处理后使用，根据制动指令信号在上升或下降时，因为会导致动车组变化急剧的减速，引起列车冲动。为降低冲动，提高乘车舒适度，在制动力计算上采用了降低制动冲动的功能把制动指令信号处理后再输出。E.独特的防滑保护控制,有效防滑动车组制动系统具有速度粘着的模式控制，具备防滑保护控制功能。列车在高速运行下施加制动时发生滑行概率相当高，因此对动车组来说必须采用充分考虑制动力的控制方法，为减少滑行的发生，动车组专门采用能实现与粘着曲线相适应的制动力控制方式应预先充分考虑到粘着系数变化，采用较低的计算粘着系数。而实际粘着系数则受气候，轨道面的状态的影响会大幅度地降低，在这样低粘着的条件下制动，轮轨之间很容易产生滑行甚至出现车轮被抱死的状态。因此，因车轮固点接触轨面滑行面而严重磨损轨面，同时引起制动距离的增大影响安全，还会使乘坐舒适程度下降。因此，对轮轨间产生的相对滑行状态，应实现尽快检测，同时减小制动力，使轮轨间尽快重新恢复粘着，以防止制动距离延长。动车组采用滑行快速检测和粘着迅速恢复的控制方法。有效解决了这一问题。F.紧急制动和故障监测功能。导向安全高速动车组具有紧急制动性能和故障监测功能，遇有紧急情况时，能使高速动车组在规定的距离内安全停车。同时具有故障导向安全的功能，在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危及行车安全的事故时，应能自动起紧急制动作用。高速动车组由于其高速度运行原因，一旦发生事故将是毁灭性的，因此，铁路技术管理规定紧急制动距离在列车高速运行时，要满200kmh时紧急制动距离不得超过2000米，运行速度250kmh时其紧急制动距离不得超过3200米要求，所以高速动车组列车除了要具有高可靠性的设备外，还要求具备一套高效能制动系统，一旦发生事故征兆，能迅速安全的停车。手动操作紧急制动时除了可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急制动按钮进行操纵；CRH2型动车组的紧急制动和快速制动都是在有电的前提下方可缓解，一旦出现故障失电迅速启动紧急或快速制动，同时通过网络系统在监视屏上显示故障，以便于司乘人员处理，从而体现了故障导向安全的原则。综上所述，CRH2型动车组制动系统大力采用了先进的理念和技术，一年多来，其运行的稳定性和安全性得到了司机及专业技术人员的一致的认可。15第3章 关门车3.1关门车作用“关门车”是指关闭制动支管上的截断塞门，车辆能通风，但本身不起制动作用。当自动制动机临时发生故障或者由于装载的货物需要停止自动制动机时，关门车就起到停止自动制动机的作用。根据装载的货物性质（易燃、易爆）要求关闭自动制动机，是考虑在列车制动时、防止车轮踏面与闸瓦摩擦发热，产生高温或迸发火星。特别是在长大下坡道上，制动时间过长，闸瓦处于高热状态，如不停止自动制动机，对装有爆炸品或怕受高温的货物车辆，有可能引燃或引爆。所以必须停止自动制动机的作用。但主要列检所所在站编组始发的列车中，不得有制动故障关门车。为保证列车在施行制动时有足够的闸瓦压力，以确保列车在规定的制动距离内停车，列车中机车、车辆的自动制动机，均应加入全列车的制动系统。因装载货物规定须停止制动作用或运行中制动机临时发生故障不能修复时，允许编挂关门车。编挂关门车时，应满足技规规定的货物列车每百吨列车重量的最小闸瓦压力。每百吨列车重量的高摩合成闸瓦换算闸瓦压力不得低于280kN的限制。货车装有高磷铸铁闸瓦时的换算闸瓦压力按相应高摩合成闸瓦换算闸瓦压力的170%计算。列车牵引计算和试验证明，满足上述条件，在制动主管压力达到规定标准时，列车在限制下坡道上遇有紧急情况，施行紧急制动，能在800m距离内停车。编入列车的关门车数不超过现车总辆数的6%（尾数不足一辆按四舍五入计算）时，可不计算每百吨列车重量的换算闸瓦压力，不填发制动效能证明书；超过6%时，按技规第201条规定计算闸瓦压力，并填发制动效能证明书交与司机。制动效能证明书，在有列检所的车站，由列检负责计算和填写；无列检所时，由车站计算并填写。3.2关门车编挂位置的要求为确保列车在紧急制动时能及时紧急制动，货物列车对关门车编挂位置也须严格限制：1关门车不得挂于机车后部三辆车之内；2列车中连续连挂不得超过二辆；3列车最后一辆不得为关门车；4列车最后第二、三辆不得连续关门。旅客列车不准编挂关门车。在运行途中如遇自动制动机临时故障，在停车时间内不能修复时，准许关闭一辆，但列车最后一辆不得为关门车。3.3关门车关门车编挂位置的原因机后三辆之内编挂关门车，虽然能通风，但进行紧急制动时，由于风管路长，不能产生或延迟紧急制动作用，从而延长了制动距离，容易发生危险；当列车制动时，在列车尚未全部停轮前，各车辆间产生瞬间冲动、冲挤现象。关门车本身不制动，冲挤就比较激烈，如关门车连续连挂过多，就很可能因制动冲挤而造成脱轨、断钩、脱钩等事故，故连续连挂以二辆为限；列车最后一辆不能为关门车，防止因车钩分离而造成车辆溜逸，产生严重后果。当尾部的车辆制动时，若第二、三辆连续关门，就可能因冲挤而出现尾部车辆脱轨。若列车最后加挂一辆没有制动作用的故障车时，列车最后第二、三辆又连续关门，这样就形成列车尾部4辆车中，只有1辆货车有制动作用，一旦在关门车处发生车钩分离，即不能保证尾部车辆自动停车，可能造成车辆溜走。列车形成紧急制动的条件，主要在于制动管的减压速度。制动管必须达到紧急制动减压速度，三通阀才能起紧急制动作用。由于制动管有阻力，制动管的减压速度必然是由前往后逐渐减慢，因此，又依靠自动制动阀的排风，列车后部车辆三通阀就不可能起紧急制动作用。为此，三通阀有局部减压作用，即在紧急制动时，三通阀将制动管的一部分风送入制动缸，以提高制动管的减压速度（弥补制动管阻力损失），使后一辆车产生紧急制动作用，这样依次向后传递，实现全俩车的紧急制动。如在机车后部三辆车中有关门车或中部有连续连挂两辆以上关门车时，司机虽将自动制动阀手把放在紧急制动位，但由于关门车既不能制动，也无局部减压，就影响了制动管的减压速度，因而有可能使后部车辆不发生紧急制动作用。蒸汽机车的煤水车因不设三通阀，也相当于一辆关门车。中部连续连挂关门车两辆以上时，因关门车无制动力，还会引起列车的冲动，有可能造成车辆破损事故。同样，在列车最后一辆有自动制动作用的车辆前部，关门车超过一辆时，也可能在使用“列尾装置”排风制动时，全列车不能紧急制动。第4章 CRH2A动车组制动切除处理办法及改进设计4.1制动切除(关门车)操作方法在该车厢运行配电盘内操作，具体过程如下：1、 关闭紧急阀（红色）、供给阀（白色）。2、 拉出紧急短路开关或旋转紧急短路旋钮。3、 断开制动控制NFB【仅在制动控制装置时进行此项操作】图1 紧急阀（红色）、供给阀（白色）图2 紧急短路开关图3 紧急短路旋钮图4 制动缸折角塞门及位置示意图4.2概述及存在问题在动车组发生“制动不缓解”、“抱死”等制动系统故障后，可通过采取切除动车组空气制动的方式来维持动车组的运行，从而减少对运输秩序的影响。CRH2A统型动车组投入运行以来，因切除空气制动时需断开“制动控制装置”断路器，造成本车的制动控制装置（BCU）失去对车辆运行速度、停放制动状态、空簧压力等信息的有效监控，因此带来了一定的安全隐患。所以优化CRH2A统型动车组空气制动切除逻辑对动车组运行安全非常重要。CRH2A统型动车组运行途中报制动控制装置故障、速度发电机断线、制动力不足、抱死、制动不缓解等故障进行空气制动切除时，需断开“制动控制装置”断路器。“制动控制装置”断路器断开后导致本车制动控制装置（BCU）停止工作，带来一系列的安全隐患，其中影响最为严重的是无法判断车轮是否抱死以及停放制动是否缓解。4.3动车组空气制动切除逻辑的优化方案动车组正常运行过程中，每个车辆的制动控制装置（BCU）对本车的制动状态进行实时检测，当检测到当前车辆接收到制动指令或处于制动状态时，制动控制装置（BCU）驱动BR2继电器得电，BR2继电器得电后常闭触点断开，使从非主控端给主控端加压的TBR继电器失电，最终使牵引控制的牵引指令线断开，从而切断全列牵引。动车组某节车厢空气制动切除后，若不断开“制动控制装置”断路器，在动车组正常牵引及低级位制动时，对动车组运行无任何影响。但当动车组速度在70km/h以下且司机施加B5级以上级位的制动时，动车组将启动制动力不足检测，此时由于本节车厢空气制动被切除，硬线电路将检测到制动力不足，本车UBTR继电器失电动作，列车报制动力不足，触发本车紧急制动UB，制动控制装置（BCU）判断处于制动状态后，驱动BR2继电器切除全列牵引