CRH和谐系列动车组制动系统分析

1、摘 要制动系统是动车组的一个重要组成部分，他直接影响动车组的安全性。动车组 制动系统是用以强制性适中的动车减速或停车、使下坡形式的动车车速保持稳定以及使已停驶的动车组驻留不动的机构。随着和谐系列动车组迅速发展和撤诉的提高一级车流密度的日益增大，为了保 证行车安全，动车租制动系统的工作可靠性显得日益重要。也只有制动效能良好， 制动系统工作可靠地“ CRH和谐系列动车组才能成分发挥其动力性能。本文主要以动车组制动系统为题，展开分析与讨论，本文主要讨论工作有：分析动车组制动系统的基本特点：提出动车组制动系统的基本组成空气制动， 电空制动电制动等各项功能的实现方法分析动车组电制动、空气制动、防滑装置系

2、统工作的原理参考现有动车组牵引、制动计算教材，系统地研究整理出动车组的制动计算公 式，包括作用在动车上的合力、空气制动的计算、再生制动计算、空气制动和再生 制动的分配简单介绍CRH和谐系列的概述并比较 CRH1 CRH2 CRH3 CRH5勺同异关键词：CRH动车组，制动系统，计算公式摘 要2目 录3引 言4第一章动车组制动系统1动车组制动系统的组成1动车组制动系统的分类1第二章动车制动系统工作原理2电制动系统2空气制动系统3防滑装置4第三章动车组制动力的计算5作用在动车组上的合力5空气制动力的计算6再生制动力的计算8空气制动力与再生制动力的分配 9第四章CRH和谐系列动车组的比较 13CRH

3、和谐系列动车组的概述13CRH和谐系列动车组制动系统比较 13结 论14参 考 文 献156李益民.电力机车制动机M.中国铁道部，致 谢16我国铁路第六次大提速上线运行的动车组名称为“和谐号”，原名CRH系列。CRH2型动车组为动力分散型，列车由8节车编组，其中有4个车带动力。每节 带动力的车都有4个牵引电机，单机功率为300千瓦以上，整列车的牵引功率达到 4800千瓦以上，动力配置均衡合理，完全满足高速运行要求。动车组制动技术：制动装置是保证列车安全运行所必需的装置，因此高速动车组对制动技术提 出了严峻的挑战。动车组的动能与速度的平方成正比，而在一定的制动距离条件 下，列车的制动功率是速度的

4、三次函数。因此，传统的空气制动能力远远不能满 足需要。动车组常采用再生制动与空气制动的复合制动模式，制动控制系统包括 再生制动控制系统和空气制动控制系统，此外还有电子防滑器及基础制动装置等。相对动力集中式列车而言，动力分散列车的控制系统具有许多优点。动力集 中式列车动力制动往往集中在机车上，而拖车往往只采用摩擦制动；而动力分散 列车的动力制动分散在列车的多辆(可能全部)车上，因而能更充分地利用再生制 动、电阻制动等动力制动的制动能力，这就大大减少了摩擦制动摩擦副的磨损， 提高了列车运行的经济性，同时大大减少了制动时的噪声。动车组制动系统需要具备的条件是：(1) 尽可能缩短制动距离以保障列车安全

5、；(2) 保证高速制动时车轮不滑行；(3) 司机操纵制动系统灵活可靠，能适应列车自动控制的要求。第一章动车组制动系统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旅客列车完全不同，它是一个能 提供强大制动力并能更好利用粘着的复合制动系统，包含多个子系统，主要由电 制动系统、空气制动系统、防滑

6、装置、制动控制系统等组成，制动时采用电空制 动联合作用的方式，且以电制动为主。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：(一)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。(1) 空气制动空气制动又分为直通式空气制动和自动式空气制动两种。直通式空气制动是较早出现的空气制动方式，由于它在列车发生分离事故时会 彻底丧失制动能力且列车前后部制动和缓解发生的时间差大，会造成较强的纵向冲 击，故列车的制动操纵后来就改用了自动式空气制动装置。自动式空气制动机的特点与直通式恰好相反，当列车发生分离事故时，列车可 自动产生制动作用；且制动和缓解一

7、致性较好，大大缓解了纵向冲击。在我国制造 的时速200km/h的动车组中，只有CRH和 CRH5动车组将自动式空气制动作为备用 的制动方式，所有车型正常情况下的空气制动都采用直通方式。(2) 电空制动电空制动就是电控空气制动的简称，它是在空气制动的基础上于每辆车加装 电磁阀等电气控制部件而形成的。特点是制动的操纵控制用电，制动作用的原动力 还是压缩空气；当制动机的电控失灵时，仍可实行空气压强控制，临时变成空气制 动机。(3)电制动操纵控制和原动力都用电的制动方式称为电磁制动，简称电制动，如电阻制 动和再生制动。因电制动能够提供强大的制动力和其它诸多优点，它已成为各种型 号的高速动车组的主要制动

8、方式。(二)动车组制动作用按用途可分为如下四大类：(I)常用制动 常用制动是正常条件下为调节、控制列车速度或进站停车施行的制动。特点是作用比较缓和，且制动力可以调节，通常只用列车制动能力的20%80%多数情况下只用50流右。非常制动非常制动是紧急情况下为使列车尽快停住而施行的制动。其特点是把列车制动 能力全部用上，且动作迅猛，制动力为最大常用制动力的倍。非常制动有时也称快速制动。(3)紧急制动紧急制动也是在紧急情况下采取的制动方式，特点与非常制动类似。它与非常 制动的区别在于：非常制动一般为电、空联合制动，也可以是空气制动 ；而紧急制动 只有空气制动作用。(4) 辅助制动 辅助制动又包括备用制

9、动、救援/回送制动、停放制动和停车制动等。第二章动车制动系统工作原理电制动系统动车组的制动能量和速度的平方成正比， 只使用空气制动已不能满足其制动需 要，因空气制动的制动能力受到以下因素的影响：一是制动材料的摩擦性能对黏着 利用的局限性，二是制动容量和机械制动部件磨耗寿命的限制。所以，动车组采用电制动与空气制动联合作用的方式，且以电制动为主。应用 在国产200km/h动车组上的电制动有电阻制动和再生制动两种，它们都是让列车的动轮带动动力传动装置（牵引电动机），使其产生逆作用，将列车的动能转变为电能， 再变成热能消耗掉或反馈回电网的制动方式。电阻制动和再生制动习惯上也称为动 力制动。空气制动系统

10、虽然电制动可以提供强大的制动力， 但目前空气制动对于高速动车组来说仍然 不可缺少。这是因为：直流电机的制动力随着列车速度的降低而减少，如不采取其 他制动方式，列车就不可能完全停下来。而交流电机虽然可通过改变转差来控制制 动力的大小，理论上可使制动力不受列车速度的限制， 但从高速到停止均能有效的、 可靠的电制动装置尚处于研究阶段。CRH2动车组的空气制动系统由压缩空气供给系统、空气制动控制部分和基础制 动装置三大部分组成。压缩空气供给系统用于产生并贮存各用气装置所需的压缩空 气，该系统一般包括空气压缩机、干燥装置、风缸和安全阀等部分；空气制动控制部分是指根据制动电子控制装置的指令，产生空气原动力

11、并对其进行操纵和控制的 部分，包括各种阀、塞门和制动缸等部件 ；而基础制动装置分为传动部分和摩擦部 分，包括制动盘和制动闸片等。空气制动系统示意图如图所示空气制动系统CRH2动车组中的空气制动系统是这样工作的：压缩空气由电动空气压缩机产生，经由贯通全列车的总风管送到各车的总风缸，再经两个单向阀分别送到控制风缸和制动风缸。各车制动风缸中的压缩空气供给中继阀、紧急电磁阀和电空转换阀使用。电空转换阀将送来的压缩空气调整到与制动指令相对应的空气压力，并作为指令压力送给中继阀。中继阀将电空转换阀的输出作为控制压力，输出与其相应的压缩空气送到增压缸 （当车辆设备发生故障时，经由紧急电磁阀的压缩 空气作为指

12、令压力被送到中继阀，此时中继阀与常用制动一样，将具有相应压力的压缩空气送到增压缸 ）。在对增压缸空气压力进行控制时，制动控制装置用根据制动指令、速度和载重计算出的制动力减去电制动的反馈量后，得到实际需要的空气制动力，并将此变换为电空转换阀的电流，由电空转换阀产生与电流成比例的空气压力 （AC压力），将此压力作为中继阀的控制压力，通过中继阀产生增压缸空气压 力（BC压力）。紧急制动时，从紧急用压力调整阀输出的控制压力经紧急电磁 阀通往中继阀，中继阀对电空转换阀和紧急用压力调整阀的空气压力进行比 较，将二者中较大的作为输入，产生相应的增压缸空气压力输出。中继阀输出的增压缸空气压力经制动软管，从车体

13、送到转向架上增压缸的输入侧，在增压缸的输出侧产生比空气压力高且与空气压力成比例的液压送给 制动夹钳装量，使其产生制动动作。防滑装置对于粘着制动方式，在制动时不可避免的要面对车轮滑行的问题。车轮滑行带来的危害，不只是增加制动距离，更严重的是对车轮踏面的破坏将可能导致行车事故。而且随着列车速度的提高，轮轨间的粘着系数降低，车轮滑行的 概率也大大增加，因此要保证列车高速运行安全，必须解决车轮滑行问题。防滑装置的功能就是通过在各车轴或牵引电机中安装速度传感器，对速度进行检测，在滑行即将发生的短暂过渡阶段将其检测出，并及时动作，使作用 在车轮上的制动力迅速降低至粘着力以下，以防止车轮滑行，恢复轮轨的粘着

14、状态。在粘着恢复以后，还要使制动力及时上升，并使其尽可能地大。动车组上的防滑装置一般由速度传感器、滑行检测器及防滑电磁阀构成。第三章动车组制动力的计算作用在动车组上的合力在动车组运行中，作用在动车组上的总合力C是动车牵引力Fy(F y= y F ，牵引力使用系数)、列车总全阻力平和列车总制动力B的代数和。即式 3-1 :C Fy W B (KN)(3-1)平均到列车每千牛重力上的合力，称为单位合力c,其单位是N/kN，表达如3-2或3-3所示。3(P G)g (P G)gc c 10 (Fy W B) 103(3-2 )或c fy w b( N/kN)(3-3 )式中P、G分别为动车组计算重量

15、和牵引重量，fy、w、b分别为动车组位牵引力、单位全阻力、单位制动力，单位均为N/kN。三个力并非同时作用在列车上，单位合力的组成按动车组的工况有六种情况(I)牵引运行c fy w fy w0 i j (N/kN)式中：w0 列车单位基本阻力，N/kN ；i j 制动地段的加算坡道千分数。(2) 隋力运行cw(w0 i j) (N/kN)(3) 动力制动cwdbd(w dbd ij) (N/kN)式中：d 动力制动力使用系数，取； bd 列车单位动力制动力，N/kN。(4) 空气紧急制动c w b(w0 b ij) (N/kN)(5) 空气常用制动c w cb(wcb ij) (N/kN)式中

16、：c 常用制动系数，可根据减压量查表得。(6) 动力制动加空气常用制动c w dbd(w。dbd ij) (N/kN)空气制动力的计算动车组制动力是由制动装置产生的、与动车组运行方向相反、阻碍动车组运行 的、司机可以根据需要调节的外力。如前所述，制动力产生的方法有：摩擦制动，动力制动以及电磁制动等。对于 动车组来说，空气制动主要通过摩擦制动来实现，即主要依靠盘形制动的闸片产生 制动力，其计算值等于闸片与制动盘之间的摩擦力换算到车轮踏面上的值。而一块 闸瓦产生的制动力 B等于闸瓦压力K与摩擦系数k的乘积，如式3-4所示。B K k(3-4)其中，闸瓦压力K和高摩合成闸片摩擦系数热的计算公式分别如

17、式3-5和式3-6所示。.2K 皂 dzPz z z (3-5)Rc 4 106式中：n圆周率，取； d z 制动缸直径，mrp pz 制动缸空气压力，kPa； z 基础制动装置计算传动效率; z 制动倍率； rz 制动盘摩擦直径，mm Rc 车轮径，mm0.414K200200V 15(3-6)2v 150式中：K一块闸瓦的实算闸瓦压力，kN;v运行速度，km/h ；根据参考文献，为了简化列车制动力的计算，不管动车组中同一种摩擦材料 有多少种实算闸瓦压力值，都采取一个固定实算闸瓦压力的实算摩擦系数作为标 准，这个摩擦系数称为换算摩擦系数h。但这带来了制动力计算结果的误差，因此通过适当修正闸瓦

18、压力的办法来弥补，即计算相应的换算闸瓦压力Kh，用它们的乘积Kh h来计算制动力。高摩合成闸片换算摩擦系数h、和换算闸瓦压力Kh的计算公式分别如式3-7和3-8所示，部分高摩合成闸片换算摩擦系数h由查表得知。0.358v 1502v 150(3-7)Kh 1.145 上 200 K(3-8)4K 200根据资料，对于运行速度在 140180km/h的电动车组来说，每辆车的换算闸 片压力可以二次换算为220kN(列车主管压力为600kPa时)。下面将利用己知公式进 行CRH型车组相应级别的空气制动力计算。(I)紧急制动力动车组总制动力B换算摩擦系数与全动车组总换算闸瓦压力的乘积就是动车组的总制动

19、力，如 式3-9所示。B Bi hKhi(3-9)i 1式中：B 第i块闸瓦产生的制动力;h换算摩擦系数；nK hi 全动车组总换算闸瓦压力，kNi 1动车组单位制动力b动车组单位制动力b计算公式如式3-10所示:1000B(P G)g1000 h-KhP G)g1000 h h(N/kN)(3-10)式中：h 动车组换算制动率。其物理意义是动车组总换算闸瓦压力与列车重力的比值，即平均分配到每千牛动车组重力上的换算闸瓦压力千牛数，如式3-11所示。(3-11)K h(P G)g根据资料，盘形制动旅客列车换算制动率(以高摩合成闸片为基型)的通用值 取为。(2)常用制动时列车单位制动力bc当动车组

20、施行常用制动时，动车组单位制动力bc小于(最大等于)紧急制动时动 车组单位制动力b。二者的比值称为常用制动系数c,即如式3-12所示：bec 竺 1(3-12)b由此可得式3-13 :becb 1000 h h c (N/kN)(3-13)常用制动系数戊与常用制动减压量有关，不同减压量的常用制动系数c由牵规给出。再生制动力的计算根据200km/h电动车组总体设计，每辆动车具有如图3-1所示的动力制动能力当列车速度低于15km/h时，动力制动力为零；速度在1525km/h时，动力制 动力逐渐上升；速度在 25-100km/h之间，可提供的最大动力制动力为恒力；速度 大于100km/h时，动力制动

21、力大小受到恒功率线限制。空气制动力与再生制动力的分配根据设计资料，CRH2型电动车组制动方式分为EB紧急制动和7级常用制动， 减速度特性由3段直线组成，070km/h减速度为常数，70118km/h和118200km/h 减速度为速度的一次函数。CRH2型电动车组的制动减速度特性参数列入表3-3。z 0.06制动级位速度分段070km/h70118km/h118200km/h常用制动13.71级级级级级级120 v级紧急制动潮湿轨干燥轨表3-3 CRH2型电动车组的制动减速度特性参数（m/s2）45.6260 vz 0.04根据文 献，可以将我 国铁路制动粘 着系数公式简 化处理成如式3-14

22、，3-15 所 示实用公式：面：（3-14）面：(3-15)为兼顾高速，式3-14中的一个系数取为，而不采用。经计算，分别采用我国铁路制动粘着系数的实用公式 （推荐）与试验公式计算所得的数据相当接近，说明推荐公式的实用性。由此可得动车组制动模式曲线如图 3-2 所示。SI 3-2 4|J动祗式Fig.3-2 Braking Mockl-l 制动；42级制动；3-3级制动；4-4 S4制动；$5级制动.&6级制动；7-7制动,8-紧急啣动；头粘着限制图3-2是根据粘着系数公式绘制的我国动车组不发生滑行的最大减速度 车辆速度的关系曲线。由曲线可以看出，一般常用制动工况，理论上讲均不会 发生超粘滑行

23、现象。在制动减速度较大的情况下，则存在超粘滑行的可能，故 要进行速度-减速度模式实时计算，使制动力尽可能沿着曲线进行控制，达到 既缩短距离又避免轮对滑行擦伤的目的。由图3-2的控制模式，可得制动过程中列车所需的减速力如式3-16所示:F = 1 . 06 m x a (kN)式中：a列车减速度m/s2 ；m列车的质量 t。列车减速力由运行阻力Fw ，再生制动力Fd和空气制动力Fk组成.其中运行阻力为：(0.88020.00744V 0.000114V )m(kN)式中：v列车减速度m/s。根据上述动力制动的特性，直通电空制动系统采用动力制动力制动和空气制 动相结合，动力制动优先的原则。制动时，

24、当列车速度逐渐减少至25km/h以下时,动力制动力逐渐减少，空气制动力自动补足。在速度大于25km/h时，有两种情况:一是所需的制动力小于动力制动能力，此时制动力由动力制动提供，空气制动力为 零（如图3-3所示）;另一种是所需的制动力大于动力制动能力，这时优先使用动力 制动力，不足部分由空气制动力补充（如图3-4所示），空气制动力Fk F Fw Fd （kN）。制动力小于动力制动能力5rl連屣? i km h1 J图3-4制动力大于动力制动200 km/ h电动车组基础制动模式为：动车每轴二套轮盘式盘形制动装置；拖车每轴三套轴盘式盘形制动装置。为了减轻动车制动盘和闸片的磨损，在两 者制动力的分

25、配上，采用的原则是：拖车先补空气制动力，当拖车空气制动力 完全承担了自身制动力需要时，如果仍需补充空气制动力，则由动车承担其余的空气制动力当得到了动车空气制动力Fw和拖车空气制动力 Fw后，可分别按式3-17和式3-18计算制动缸压力：PZd4(fkd Dd2Gd 8mdbzdGJ (kPa)式中：Pzd ，Pzt为动车、拖车制动缸压力, 为制动缸直径，mm Gf为制动缸复原弹簧反力， Gt为每轴制动缸数； 为基础制动传动效率；kPa； D为车轮直径，mm dkN; nd，nt为制动倍率，Gd为摩擦系数； rmd， rmt为动480 kPa 。车、拖车制动盘摩擦半径；bzd，bzt为动车、拖车

26、的编组车辆数根据技术设计评审专家组的要求，规定制动缸压力不大于由上述理论，经过计算机编程计算得到各种工况的理论计算值现取空车的 电制动工况列于表 3-4。当制动缸压力为 30 kPa时，制动缸内活塞推力与复 原弹簧的弹力正好相平衡，使闸片刚好贴靠在制动盘面上。而产生的制动力为零。表3-4空车制动理论计算值（制动缸压力单位为kPa;电制动压力单位为kN）速度(km/h)制动模式制动级位车型1级2级3级4级5级6级7级紧急10制动缸压力动480拖480电制动力动00000000100制动缸压力动30303030303030拖30303030480电制动力动200制动缸压力动303030303030

27、30拖30303030480电制动力动表3-4可 看出：列车速度为10km/h时，动力制动力为零，此时动车和拖车完 全利用空气制动力进行制动；速度大于25 km/h时，对于小级别制动位，如14级制动位，动拖车完全利用再生制动力进行制动，此时动拖车空气制动力为零；而 当中等制动级位时，如57级制动位，动车完全利用动力制动力，其空气制动力为 零，而拖车利用了部分动力制动力，不足部分通过空气制动力补充；制动级位较大时，紧急制动位，动力制动力不能完全满足动车本身制动需要，动车动力制动不足 部分通过空气制动力补充得到，此时提供给拖车的动力制动力为零，拖车完全由空 气制动力进行制动。第四章CRH和谐系列动

28、车组的比较CRH和谐系列动车组的概述CRH动车组是指车厢自带动力的新式列车，采用动力分布式设计，车次前 冠以字母“ C、“ D、“ G。新型的动车组具有技术先进、安全可靠、乘坐舒适及环保等特点，由于其 速度很高，票价要比此前的特快列车的车票价格高出一倍多。动车组列车实行固定售票专口、固定候车室专区、固定进站通道、固定乘 降站台“四固定”的组织方式，以方便乘坐。动车组列车动车组列车各部位均不得吸烟。动车组列车销售的食品、饮品，均实行全路统一采购、统一进价、 统一销售价格。动车组原则上不发售站台票。特殊情况的由值班站长批准，可 凭有效车票购买，并通知站台工作人员加强组织。2010年12月01日铁道

29、部新规定：动车组误车可以免费一次改签或办理退票。2007年4月8日零时，中国铁路第六次铁路大提速正式开始，除原有的 列车大部分提高速度外，将新增“ D字头的动车组。乘坐“ D字头的动车组列车将比原有班次更为快速的到达目的地。在此之前铁路系统已经将信号线路等配套设施准备就绪，相关的技术人员、服务人员都接受了培训与演练。“欢迎您乘坐动车组列车，并祝您旅行愉快，一路平安”。从2007 年4月18日零时开始，登上“ D字头的动车组列车，就会听到这样与以往不同的广 播语。中国铁路开行的 CRI动车组已知 CRH1,CRH2,CRH3,CRH5,CRH380A,CRH6 中国铁道部将所有引进国外技术、联合

30、设计生产的CRH动车组车辆均命名为“和谐号”CRH和谐系列动车组制动系统比较制动系统特点：1）制动机由TCMSS制，TCMS同每辆车上的BCU!信2）除停放制动外，制动机在任何情况下都要根据载荷进行制动3）具有与ATP及 LKJ-2000的接口，实施安全制动4）设有DSD安全制动装置5）每轴装设已微处理器为基础的车轮防滑装置 （WSP）制动系统特点：1）制动模式针对性强，趋于智能化2）制动操作灵活，只用灵敏3）具备再生纸动功能，节能高效4）各车制动基本同步，利于平稳5）独特的防滑保护控制，有效防滑6）紧急制动何故张脸侧功能，导向安全CRH3四动四拖八辆车编组，制动系统采用国际先进的微机直通式制动系统为 常用制动模式，简介制动系统为备用制动模式。该车制动系统常用制动由微处理器控制，提供全面的制动管理，并根据制动指 令，信号和电制动特征实现空电复合制动；备用制动是由列车管控制的简介制动， 其具有紧急制动功能和备用特点； 紧急