高速动车组制动防滑系统分析

高速动车组制动防滑系统分析

陈春棉

（湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001）

摘要：本文首先介绍了滑行产生的机理以及列车制动过程中出现滑行的危害，以CRH2动车组为例，阐述了高速动车组防滑系统的组成和工作原理，分析了列车制动控制系统对滑行判别的依据和防滑控制的过程，明确了防滑控制对列车安全运行的必要性。

关键词：动车组制动滑行防滑系统黏着

Analysis of Brake Anti-sliding System of High Speed Motor Train Unit

Chen Chunmian

(Hunan Railway Professional College, Hunan Zhuzhou 412001) ABSTRACT:The mechanism of sliding is introduced in this paper firstly, as well as the disadvantage of sliding in train brake process. Take the CRH2 for example, the components and operating principle of anti-sliding system working on high speed motor train unit are explained. How the train brake control system to distinguish sliding and the anti-sliding control process are analyzed in the paper. The necessity of anti-sliding control for the train safety running is ascertained.

Keywords: motor train unit, brake, sliding, anti-sliding system, adhesion

1. 滑行的产生及危害

与在雨雪天气的公路上运行的汽车在制动时容易出现滑行一样，在钢轨上运行的高速列车，如果制动时制动力过大，也会出现制动闸片抱死制动盘而使轮对在钢轨上滑行的情况。下面就从制动力的产生过程去分析轮对的滑行时如何出现的。

图1是一个轮对利用闸瓦制动产生制动力的示意图，假设一个轮对上有两块闸瓦，在忽略其他各种摩擦阻力的情况下，轮对在平直道上滚动惰行。若每块闸瓦以压力K压向车轮踏面，闸瓦和踏面间产生与车轮转动方向相反的滑动摩擦力。对于列车来说，该摩擦力是内力，不能使列车减速，可是通过轮轨间的黏着，引起与列车运行方向相反的外力，以此来实现列车的减速或停车。摩擦力2Kφk对车轮的作用效果相当于制动转矩M b，即M b=2Kφk R i，转矩M b可以用轴心和轮轨接触处的力偶（B i、B i’）来等效。力偶的力臂为车轮的半径R i，作用力B i=B i’=M b/R i=2Kφk。轮轨接触处因轮对的正压力P i而存在黏着，切向力B i将引起钢轨对车轮的静摩擦反作用力b i，b i= B i=2Kφk。B i作用在车轮踏面的O’，作用方向与列车运行方向相反，是阻止列车运行的外力，称为制动力。制动力b i也由轮轨间的黏着产生，因而也受到黏着条件的限制。若制动力的大小大于黏着条件允许的极限值，车轮会被闸瓦“抱死”，车轮与钢轨间产生相对滑动，车轮的制动力变为滑动摩擦力，数值立即减小，这种现象称为“滑行”。

图1 制动力的产生

当轮对和钢轨间出现滑行时，轮对在钢轨上滚动的线速度将远远小于列车的运行速度，

轮对将在车辆的拖动下沿钢轨向前滑动，对轮对和钢轨都产生剧烈的擦伤。钢轨的擦伤将导致线路的不平顺。线路不平顺将会对运行在该线路上的所有列车产生影响；轮对的擦伤会使车轮产生偏心，对本列车的运行平稳性产生很大的影响，降低旅客的乘坐舒适度；同时偏心的车轮会使车轴受到交变的弯矩，严重时可能导致车轴断裂，影响行车安全。综合以上两方面的结果，可以发现制动过程中出现滑行将对列车的安全运行和线路的状况产生影响，因此应极力避免在制动的过程中出现滑行。

2. 动车组制动系统对防滑的特殊要求

高速动车组制动系统具有以下几个特点：

(1)动车组制动系统具有操作灵活，作用灵敏可靠，制动减速快，动车组前后车辆制动、缓解一致等特点。

(2)具有动力制动能力，在正常制动过程中，应尽量发挥动力制动能力，以降低运行成本。

(3)具有足够的制动能力，保证高速动车组在规定的制动距离内安全停车。

(4)高速动车组各车辆的制动力应尽可能一致，制动系统应根据乘客量的变化，具有自动调整能力，以减少制动时纵向冲动。

(5)高速动车组具有紧急制动性能，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。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。

(6)高速动车组具有速度一黏着的模式控制、防滑保护控制。

强力制动系统的使用，使高速动车组在高速运行下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，200 km／h高速动车组为减少滑行，专门采用能实现与黏着曲线相适应的制动力控制方式，预先充分考虑到黏着系数变化，采用较低的计算黏着系数，而实际黏着系数则受气候、轨道面状态的影响会大幅度地降低，在这种低黏着条件下制动，轮轨之间很容易产生滑行甚至出现车轮被抱死的状态。因车轮抱死接触轨面滑行而严重磨损轨面，同时引起制动距离的增大，带来安全问题，还会使乘坐舒适度下降。因此，对轮轨间产生的相对滑行状态，要求动车组的防滑系统应能尽快检测到，同时减小制动力更是轮轨间尽快重新恢复黏着，以防止制动距离延长。性能良好的防滑系统，对于保证动车组在规定的制动距离内制动能力的发挥，充分利用轮轨间的黏着，起着至关重要的作用。

3. 动车组制动防滑系统的组成

以CRH2动车组为例，制动防滑系统一般由速度传感器、滑行检测器和防滑电磁阀组成，如图2所示。

速度传感器安装在车辆的轴端或牵引电机的轴端，感应齿盘靠车轴的转动产生感应电压，当车轮转动时，感应齿盘感应出的脉冲频率与车轮速度成比例。根据感应电压的频率与感应齿盘的齿数，以及车轮的直径就可以计算出车轮的转动速度。

滑行检测器在制动过程中，实时采集本节车4个车轴上速度传感器发出的脉冲信号，计算各轴速度和制动减速度，并求出基准轴速度，进而将各轴速度与基准轴速度进行比较，计算4个轴的减速度、速度差和滑移率，将计算结果与滑行判据比较，一旦检测到某轴发生滑行，即控制该轴防滑电磁阀实施防滑控制。

防滑电磁阀由排风阀和保压阀组成。实施防滑控制时，首先关闭保压阀，切断制动控制装置与增压缸之间的通道，按照防滑控制策略控制排风阀，使增压缸缸排气减压。待轮轨间黏着恢复后，实时关闭排风阀，打开保压阀，向该增压缸充入空气，恢复正常制动力。