CRH_2型动车组制动系统摩擦系数优化设计
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(3) 优化设计后的摩擦系数方案 2 能够较好的利 用不同速度区域盘片摩擦系数的不同特性 , 进而由 BCU 输出最优的控制制动压力 。 参考文献
〔1〕时速 200 公里动车组使用维护说明书 [ Z] 1 南车青岛四方 机车车辆股份有限公司 , 20071
〔2〕时速 200 公里动车组制动特性研讨书 [ Z] 1Nabtesco 株式会 社 , 20071
第4期
CRH2 型动车组制动系统摩擦系数优化设计
5 3
图 3 CRH2 型动车组制动系统摩擦系数方案 1
图 4 CRH2 型动车组制动系统摩擦系数方案 2
(3) 试验结果对比 根据图 3 和图 4 对比可知 , 新方案相比原方案大
大改善了制动时的实际减速度 , 取得了较大的改进 , 但因为实际摩擦系数受影响的因素较多 , 实际中控制 难度大 , 所以问题只解决到该程度 。但基于工程设计 考虑 , 实际减速度试验数据在可接受范围内 。
第 29 卷第 4 期 2009年8月
铁道机车车辆 RAILWAYLOCOMOTIVE & ; CAR
文章编号 : 1008 - 7842 (2009) 04 - 0051 - 02
Vol129 No14 Aug1 2009
CRH2 型动车组制动系统摩擦系数优化设计
徐 磊 (中国南车集团公司 青岛四方机车车辆股份有限公司 技术中心 , 山东青岛 266031)
118 以上 01298 0127
3 方案对比及试验验证 (1) 摩擦系数采用方案 1 的制动系统试验结果 如图 3 所示 , 其中瞬时减速度是根据试验结果计
算得出的 。由图可知 , 其实际减速度远远大于设计减 速度 , 超出了设计目标 , 有潜在的制动风险 。
(2) 摩擦系数采用方案 2 的制动系统试验结果 采用表 2 所示的摩擦系数控制方案 , 进行制动系 统软件升级后的制动试验结果 , 如图 4 所示 。
表 1 为 BCU 内部制动计算时所采用的计算摩擦系 数 , 其取值依据是全速度范围内摩擦系数在 0124 以 上 , 作为本文讨论中的方案 1 。图 2 是 CRH2 型动车组 闸片在不同初速度下制动时的试验平均摩擦系数值 。
假设动车组处于定员状态 , 速度为 70 km/ h , 制动 级别为 B7 制动 , 此时设计减速度为 01747 2 m/ s2 , BCU 根据式 (4) 输出的 BC 压力为 330 kPa , 其摩擦系数采 用了如表 1 所示的 0125 ; 但动车组此时的实际摩擦系 数远大于 0125 , 所以动车组的实际减速度也远大于设 计减速度 01747 2 m/ s2 。
PBC
=
k ·β
f
式中
k
=
<′×n
×π 4
β ×d2C ×X
×nC ×lC
×10 000 ×η
2 制动系统存在的设计问题及优化设计方案
制动系统工作时 , BCU 判断此时的速度信号 、载
重信号 、制动级别 , 输出唯一的 BC 压力值 , 而此值
是建立在使动车组在该速度点下具有所设计的目标减
速度 、利用假设的平均摩擦系数推算出来的 , 但是在 实际制动过程中 , 摩擦系数是瞬时变化的 , 采用一个 全速度范围内的平均摩擦系数进行计算 , 不可避免会 出现或大或小的实际制动力 。
在动车组各级位制动减速度确定后 , 在制动过程 中 , BCU 控制输出对应目标减速度的 BC 压力空气至 增压缸进而实行油压制动 , 制动设计的最终目标是使 动车组实际减速度与设计减速度基本相同 。 113 摩擦系数在制动计算中的利用
制动系统制动计算是由制动控制装置内的制动控 制单元 BCU 来完成的 , 制动计算时 , BCU 实时判断当 前的速度信号 、载荷信息和制动挡位 , 得出实时速度 点下的减速度值 , 进而输出控制 BC 压力的 EP 阀电 流 , 实施制动 , 在相同的制动挡位下 、不同的速度点 制动时 , 其输出的 BC 压力因为 BCU 制动计算利用的
式中 W 为车辆质量 ( 含负荷) (t) ; < 为惯性系数
(5 %) ; β为设计减速度 (m/ s2) 。
(2) 制动力与制动夹钳压紧力 P 的关系式如式
(2) 所示 :
P
=
f
F
×( <′×n)
(2)
式中 P 为制动夹钳压紧力 (kN) ; f 为闸片摩擦系数 ;
<′为制动盘比 ; n 为制动盘数/ 辆 。
动车组常用制动设 7 级 , 最大常用制动为 B7 级 。 其常用制动减速度的设计思想是所有的常用制动黏着
图 1 CRH2 型动车组速度 —黏着模式控制图
利用基本需在湿轨黏着曲线之下 , 因此其最大常用制 动黏着利用基本是与湿轨黏着曲线一致 , 只是在低速 时 , 为避免减速度过大 , 其设计减速度值远低于湿轨 黏着曲线 ; 据此 , 最大常用制动减速度确定后 , 常用 制动的其他 6 个制动级别基本是最大常用制动的 6 等 分。
(3) 夹 钳 压 紧 力 P 与 BC 压 力 PBC 的 关 系 如 式
(3) :
P
=
π 4
× d2C
×X
× PBC
×nC
×lC
×η ÷10 000
(3)
式中 PBC为 BC 压力 , kPa ; dCBiblioteka Baidu为制动钳缸径 (cm) ; X
为增压缸增压比 ; nC 为制动钳缸个数 ; lC 为制动钳杠 杆率 ( = 2) ; η为效率 。
徐磊 (1975 - ) 男 , 山东莱阳人 , 工程师 (修回日期 : 2009 - 04 - 24)
5 2
铁道机车车辆
第 29 卷
减速度值不同而不同 。
以下推导出设计减速度 、摩擦系数与输出 BC 压
力的关系式〔2〕:
(1) 动车组制动力如式 (1) :
F = W ×(1 + <) ×β
(1)
表 1 CRH2 型动车组制动设计时利用的计算摩擦系数值〔2〕
车型 动车 拖车
常用制动
0125 0124
快速制动
0124 0124
图 2 CRH2 型动车组不同初速度下制动时的试验 平均摩擦系数值关系图
由表 1 和图 2 可知 , BCU 内部假设的摩擦系数和 实际摩擦系数值相差较大 , 并且在 70 km/ h 速度点时 , 其摩擦系数值约为 014 , 这直接导致了动车组的实际 减速度约等于设计减速度的 014/ 0124 = 1167 倍 , 这 样 , 在该点下实际制动力将会过大 , 不可避免地会出 现动车组滑行或擦轮问题 , 违背了制动系统的设计思 想。
摘 要 对目前 CRH2 型动车组制动系统摩擦系数的设计选择现状进行了简单介绍 , 在此基础上 , 结合设计 、 运用和试验情况 , 提出 CRH2 型动车组摩擦系数的选取原则 , 针对原有设计方案存在的不足 , 提出修正方案 , 并进行了相关的试验验证 。在高速动车组制动系统设计方面 , 首次提出运用分段摩擦系数进行制动系统设计的 思想 , 可有效避免采用平均摩擦系数的弊端 , 并避免低速区域摩擦系数突变对制动性能及旅客乘坐舒适度的影 响。 关键词 CRH2 动车组 ; 制动 ; 摩擦系数 ; 优化设计 中图分类号 : U266121351 文献标志码 : A
动系统存在的设计问题及优化设计方案制动系统工作时bcu判断此时的速度信号载重信号制动级别输出唯一的bc压力值而此值是建立在使动车组在该速度点下具有所设计的目标减速度利用假设的平均摩擦系数推算出来的但是在实际制动过程中摩擦系数是瞬时变化的采用一个全速度范围内的平均摩擦系数进行计算不可避免会出现或大或小的实际制动力
CRH2 型动车组自铁路第 6 次大提速以来 , 以安全 运行和性能优异的特点获得了用户的好评 , 目前正在 担当高速铁路的运营主力 。制动系统作为动车组的重 要组成部分 , 起着至关重要的作用 。动车制动力由电 制动和空气制动组成 ; 拖车只有空气制动 , 动车组的 空气制动是电气指令式直通式空气制动系统 。本文主 要以动车空气制动作为研究对象 , 研讨制动系统设计 采用的原摩擦系数问题 , 并提出改进措施 。 1 CRH2 型动车组制动系统 111 动车组制动系统简介
目前 , 采用了摩擦系数方案 2 控制的 CRH2 型长 编组动车组已经上线正常运行 4 个月 , 目前无异常问 题。
4 结论 (1) 基于盘片的物理特性 , 在全速度范围内制动
时 , 制动系统采用一个恒定的摩擦系数进行制动设计 存在一定的问题 。
(2) 根据动车组实际减速度要较好的吻合设计减 速度的目标 , 通过运用盘片的试验室试验数据进行统 计分析整理而出的摩擦系数优化控制方案 , 对制动计 算中的摩擦系数进行了优化设计 。
动车组由司机或 ATP 发出制动指令 , 分布于各车 的制动控制装置接收到指令后 , 输出控制对应 BC 压 力的 EP 阀电流 , 变换成对应控制电流大小而控制空 气压力 , 经过中继阀流量放大后 , 压力空气输出到气 液变换的增压缸 , 在增压缸内 , 经过压力变换 , 使具 有一定压力的液压油输送到液压卡钳装置 , 实施空气 制动〔1〕。M 车每轴具有设置两个轮盘 , 属于轮盘制动 。 112 制动系统粘着设计
将式 (1) 和式 (2) 代入式 (3) , 得出设计减速度与
输出 BC 压力的关系式如式 (4) 所示 :
PBC
=
f
×<′×n
W ×(1 + <) ×β
×π 4
× d2C
×X
×nC
×lC
× ×η
10 000
(4)
式中除减速度 、摩擦系数和 BC 压力值外 , 其余均为
常数 , 所以上式可以简化为 :
CRH2 型动车组的制动系统黏着设计时采用日本新
干线黏着曲线进行设计 。
高速动车组在高速区域制动时容易发生滑行 , 因 此为了降低滑行发生概率 , CRH2 型动车组制动系统沿 用新干线黏着曲线进行制动力控制的 “速度 —黏着模
式控制”方法 。“速度 —黏着模式控制”的制动力控制
模式和黏着界限 (干轨 , 湿轨) 之间的关系如图 1 所 示〔1〕。
Optimization of Friction Coefficient of Braking System on CRH2 EMU
XU Lei (CSR Qingdao Sifang Locomotive & ; Car Co. , Ltd. , Qingdao 266031 Shandong , China) Abstract : Optimization selection of friction coefficient of braking system on CRH2 EMU was studied in the paper1Based on the presentation of current selection situation of friction coefficient , the selection principle of friction coefficient on CRH2 EMUS was put forward , combining with the design , ap2 plication and experiment1In view of the disadvantage of average friction coefficient in the original design scheme , segment friction coefficient was put forward in the design of braking system on the high speed train1Experimental investigation was carried out to validate the modification scheme , and the results shows that it can avoid the disadvantage of average friction coefficient and improve the ride comfort and braking performance which was affected by the abrupt change of friction coefficient in low speed region1 Keywords : CRH2 EMU ; braking system ; friction coefficient ; optimization
根据图 2 和大量盘片的试验室试验数据 , 进行了 优化设计 , 制定出新的摩擦系数利用方案 , 作为方案 2 , 具体参见表 2 。
表 2 CRH2 型动车组优化设计后的计算摩擦系数值
初速度 (km·h - 1) 动车 拖车
0～70 0135 0128
70～118
线性变化 0135 →01298 线性变化 0128 →0127
〔1〕时速 200 公里动车组使用维护说明书 [ Z] 1 南车青岛四方 机车车辆股份有限公司 , 20071
〔2〕时速 200 公里动车组制动特性研讨书 [ Z] 1Nabtesco 株式会 社 , 20071
第4期
CRH2 型动车组制动系统摩擦系数优化设计
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图 3 CRH2 型动车组制动系统摩擦系数方案 1
图 4 CRH2 型动车组制动系统摩擦系数方案 2
(3) 试验结果对比 根据图 3 和图 4 对比可知 , 新方案相比原方案大
大改善了制动时的实际减速度 , 取得了较大的改进 , 但因为实际摩擦系数受影响的因素较多 , 实际中控制 难度大 , 所以问题只解决到该程度 。但基于工程设计 考虑 , 实际减速度试验数据在可接受范围内 。
第 29 卷第 4 期 2009年8月
铁道机车车辆 RAILWAYLOCOMOTIVE & ; CAR
文章编号 : 1008 - 7842 (2009) 04 - 0051 - 02
Vol129 No14 Aug1 2009
CRH2 型动车组制动系统摩擦系数优化设计
徐 磊 (中国南车集团公司 青岛四方机车车辆股份有限公司 技术中心 , 山东青岛 266031)
118 以上 01298 0127
3 方案对比及试验验证 (1) 摩擦系数采用方案 1 的制动系统试验结果 如图 3 所示 , 其中瞬时减速度是根据试验结果计
算得出的 。由图可知 , 其实际减速度远远大于设计减 速度 , 超出了设计目标 , 有潜在的制动风险 。
(2) 摩擦系数采用方案 2 的制动系统试验结果 采用表 2 所示的摩擦系数控制方案 , 进行制动系 统软件升级后的制动试验结果 , 如图 4 所示 。
表 1 为 BCU 内部制动计算时所采用的计算摩擦系 数 , 其取值依据是全速度范围内摩擦系数在 0124 以 上 , 作为本文讨论中的方案 1 。图 2 是 CRH2 型动车组 闸片在不同初速度下制动时的试验平均摩擦系数值 。
假设动车组处于定员状态 , 速度为 70 km/ h , 制动 级别为 B7 制动 , 此时设计减速度为 01747 2 m/ s2 , BCU 根据式 (4) 输出的 BC 压力为 330 kPa , 其摩擦系数采 用了如表 1 所示的 0125 ; 但动车组此时的实际摩擦系 数远大于 0125 , 所以动车组的实际减速度也远大于设 计减速度 01747 2 m/ s2 。
PBC
=
k ·β
f
式中
k
=
<′×n
×π 4
β ×d2C ×X
×nC ×lC
×10 000 ×η
2 制动系统存在的设计问题及优化设计方案
制动系统工作时 , BCU 判断此时的速度信号 、载
重信号 、制动级别 , 输出唯一的 BC 压力值 , 而此值
是建立在使动车组在该速度点下具有所设计的目标减
速度 、利用假设的平均摩擦系数推算出来的 , 但是在 实际制动过程中 , 摩擦系数是瞬时变化的 , 采用一个 全速度范围内的平均摩擦系数进行计算 , 不可避免会 出现或大或小的实际制动力 。
在动车组各级位制动减速度确定后 , 在制动过程 中 , BCU 控制输出对应目标减速度的 BC 压力空气至 增压缸进而实行油压制动 , 制动设计的最终目标是使 动车组实际减速度与设计减速度基本相同 。 113 摩擦系数在制动计算中的利用
制动系统制动计算是由制动控制装置内的制动控 制单元 BCU 来完成的 , 制动计算时 , BCU 实时判断当 前的速度信号 、载荷信息和制动挡位 , 得出实时速度 点下的减速度值 , 进而输出控制 BC 压力的 EP 阀电 流 , 实施制动 , 在相同的制动挡位下 、不同的速度点 制动时 , 其输出的 BC 压力因为 BCU 制动计算利用的
式中 W 为车辆质量 ( 含负荷) (t) ; < 为惯性系数
(5 %) ; β为设计减速度 (m/ s2) 。
(2) 制动力与制动夹钳压紧力 P 的关系式如式
(2) 所示 :
P
=
f
F
×( <′×n)
(2)
式中 P 为制动夹钳压紧力 (kN) ; f 为闸片摩擦系数 ;
<′为制动盘比 ; n 为制动盘数/ 辆 。
动车组常用制动设 7 级 , 最大常用制动为 B7 级 。 其常用制动减速度的设计思想是所有的常用制动黏着
图 1 CRH2 型动车组速度 —黏着模式控制图
利用基本需在湿轨黏着曲线之下 , 因此其最大常用制 动黏着利用基本是与湿轨黏着曲线一致 , 只是在低速 时 , 为避免减速度过大 , 其设计减速度值远低于湿轨 黏着曲线 ; 据此 , 最大常用制动减速度确定后 , 常用 制动的其他 6 个制动级别基本是最大常用制动的 6 等 分。
(3) 夹 钳 压 紧 力 P 与 BC 压 力 PBC 的 关 系 如 式
(3) :
P
=
π 4
× d2C
×X
× PBC
×nC
×lC
×η ÷10 000
(3)
式中 PBC为 BC 压力 , kPa ; dCBiblioteka Baidu为制动钳缸径 (cm) ; X
为增压缸增压比 ; nC 为制动钳缸个数 ; lC 为制动钳杠 杆率 ( = 2) ; η为效率 。
徐磊 (1975 - ) 男 , 山东莱阳人 , 工程师 (修回日期 : 2009 - 04 - 24)
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铁道机车车辆
第 29 卷
减速度值不同而不同 。
以下推导出设计减速度 、摩擦系数与输出 BC 压
力的关系式〔2〕:
(1) 动车组制动力如式 (1) :
F = W ×(1 + <) ×β
(1)
表 1 CRH2 型动车组制动设计时利用的计算摩擦系数值〔2〕
车型 动车 拖车
常用制动
0125 0124
快速制动
0124 0124
图 2 CRH2 型动车组不同初速度下制动时的试验 平均摩擦系数值关系图
由表 1 和图 2 可知 , BCU 内部假设的摩擦系数和 实际摩擦系数值相差较大 , 并且在 70 km/ h 速度点时 , 其摩擦系数值约为 014 , 这直接导致了动车组的实际 减速度约等于设计减速度的 014/ 0124 = 1167 倍 , 这 样 , 在该点下实际制动力将会过大 , 不可避免地会出 现动车组滑行或擦轮问题 , 违背了制动系统的设计思 想。
摘 要 对目前 CRH2 型动车组制动系统摩擦系数的设计选择现状进行了简单介绍 , 在此基础上 , 结合设计 、 运用和试验情况 , 提出 CRH2 型动车组摩擦系数的选取原则 , 针对原有设计方案存在的不足 , 提出修正方案 , 并进行了相关的试验验证 。在高速动车组制动系统设计方面 , 首次提出运用分段摩擦系数进行制动系统设计的 思想 , 可有效避免采用平均摩擦系数的弊端 , 并避免低速区域摩擦系数突变对制动性能及旅客乘坐舒适度的影 响。 关键词 CRH2 动车组 ; 制动 ; 摩擦系数 ; 优化设计 中图分类号 : U266121351 文献标志码 : A
动系统存在的设计问题及优化设计方案制动系统工作时bcu判断此时的速度信号载重信号制动级别输出唯一的bc压力值而此值是建立在使动车组在该速度点下具有所设计的目标减速度利用假设的平均摩擦系数推算出来的但是在实际制动过程中摩擦系数是瞬时变化的采用一个全速度范围内的平均摩擦系数进行计算不可避免会出现或大或小的实际制动力
CRH2 型动车组自铁路第 6 次大提速以来 , 以安全 运行和性能优异的特点获得了用户的好评 , 目前正在 担当高速铁路的运营主力 。制动系统作为动车组的重 要组成部分 , 起着至关重要的作用 。动车制动力由电 制动和空气制动组成 ; 拖车只有空气制动 , 动车组的 空气制动是电气指令式直通式空气制动系统 。本文主 要以动车空气制动作为研究对象 , 研讨制动系统设计 采用的原摩擦系数问题 , 并提出改进措施 。 1 CRH2 型动车组制动系统 111 动车组制动系统简介
目前 , 采用了摩擦系数方案 2 控制的 CRH2 型长 编组动车组已经上线正常运行 4 个月 , 目前无异常问 题。
4 结论 (1) 基于盘片的物理特性 , 在全速度范围内制动
时 , 制动系统采用一个恒定的摩擦系数进行制动设计 存在一定的问题 。
(2) 根据动车组实际减速度要较好的吻合设计减 速度的目标 , 通过运用盘片的试验室试验数据进行统 计分析整理而出的摩擦系数优化控制方案 , 对制动计 算中的摩擦系数进行了优化设计 。
动车组由司机或 ATP 发出制动指令 , 分布于各车 的制动控制装置接收到指令后 , 输出控制对应 BC 压 力的 EP 阀电流 , 变换成对应控制电流大小而控制空 气压力 , 经过中继阀流量放大后 , 压力空气输出到气 液变换的增压缸 , 在增压缸内 , 经过压力变换 , 使具 有一定压力的液压油输送到液压卡钳装置 , 实施空气 制动〔1〕。M 车每轴具有设置两个轮盘 , 属于轮盘制动 。 112 制动系统粘着设计
将式 (1) 和式 (2) 代入式 (3) , 得出设计减速度与
输出 BC 压力的关系式如式 (4) 所示 :
PBC
=
f
×<′×n
W ×(1 + <) ×β
×π 4
× d2C
×X
×nC
×lC
× ×η
10 000
(4)
式中除减速度 、摩擦系数和 BC 压力值外 , 其余均为
常数 , 所以上式可以简化为 :
CRH2 型动车组的制动系统黏着设计时采用日本新
干线黏着曲线进行设计 。
高速动车组在高速区域制动时容易发生滑行 , 因 此为了降低滑行发生概率 , CRH2 型动车组制动系统沿 用新干线黏着曲线进行制动力控制的 “速度 —黏着模
式控制”方法 。“速度 —黏着模式控制”的制动力控制
模式和黏着界限 (干轨 , 湿轨) 之间的关系如图 1 所 示〔1〕。
Optimization of Friction Coefficient of Braking System on CRH2 EMU
XU Lei (CSR Qingdao Sifang Locomotive & ; Car Co. , Ltd. , Qingdao 266031 Shandong , China) Abstract : Optimization selection of friction coefficient of braking system on CRH2 EMU was studied in the paper1Based on the presentation of current selection situation of friction coefficient , the selection principle of friction coefficient on CRH2 EMUS was put forward , combining with the design , ap2 plication and experiment1In view of the disadvantage of average friction coefficient in the original design scheme , segment friction coefficient was put forward in the design of braking system on the high speed train1Experimental investigation was carried out to validate the modification scheme , and the results shows that it can avoid the disadvantage of average friction coefficient and improve the ride comfort and braking performance which was affected by the abrupt change of friction coefficient in low speed region1 Keywords : CRH2 EMU ; braking system ; friction coefficient ; optimization
根据图 2 和大量盘片的试验室试验数据 , 进行了 优化设计 , 制定出新的摩擦系数利用方案 , 作为方案 2 , 具体参见表 2 。
表 2 CRH2 型动车组优化设计后的计算摩擦系数值
初速度 (km·h - 1) 动车 拖车
0～70 0135 0128
70～118
线性变化 0135 →01298 线性变化 0128 →0127