CRH380A動車組制動系統分析與改進

摘要鐵路是個遠程重軌運輸工具，隨著城市建設和經濟的繁榮，城市軌道交通正處于高速開展時期。在我國，隨著鐵路客運的改革和提速戰(zhàn)略的實施，已經逐步采用動車組模式。動車組機動靈活、周轉快、運行方便，取得了不錯的經濟效益和社會效益。隨著高速動車組的快速開展，動車組的制動顯得尤為重要。高速鐵路那么是當今時代的主題，動車組制動系統更是重中之重。CRH380A型電力動車組，是我國為運營新建的高速城際鐵路及客運專線在CRH2C〔CRH2-300〕型電力動車組根底上自主研發(fā)的CRH系列高速電力動車組，是世界上商業(yè)運營速度最快，科技含量最高，系統匹配最優(yōu)的動車組，最高時速380公里，采用6M2T編制方式。關鍵詞：CRH380A動車組；制動系統；制動方式；分析優(yōu)化TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章國內高速動車組開展現狀 1\o"CurrentDocument"第2章CRH380A動車組制動系統介紹2\o"CurrentDocument"CRH380A動車組制動系統組成2\o"CurrentDocument"CRH380A型動車組制動指令2\o"CurrentDocument"CRH380A型動車組供風系統3\o"CurrentDocument"主空氣壓縮機 4\o"CurrentDocument"輔助空氣壓縮機 4\o"CurrentDocument"根底制動裝置 5\o"CurrentDocument"制動控制裝置 6\o"CurrentDocument"輔助制動裝置 7\o"CurrentDocument"第3章CRH380A型動車組制動方式8\o"CurrentDocument"制動功能 8\o"CurrentDocument"常用制動 8\o"CurrentDocument"快速制動 8\o"CurrentDocument"緊急制動功能 8\o"CurrentDocument"輔助制動 9\o"CurrentDocument"耐雪制動 9\o"CurrentDocument"第4章CRH380A統型動車組空氣制動切除邏輯的改良 10\o"CurrentDocument"概述 10存在問題 10原理分析 10動車組制動與牽引關聯邏輯 10空氣制動切除后動車組制動與牽引關聯邏輯 11動車組空氣制動切除邏輯的優(yōu)化方案 11\o"CurrentDocument"第5章CRH380A型動車組制動指令試驗方法改良13\o"CurrentDocument"概述 13\o"CurrentDocument"存在問題及分析 13\o"CurrentDocument"試驗軟件不匹配 13\o"CurrentDocument"試驗方法自動化率低 13試驗流程不完善 13\o"CurrentDocument"改良措施 14\o"CurrentDocument"增加車型變換選項 14\o"CurrentDocument"試驗數據自動錄入及比對 14實現試驗數據打印 14\o"CurrentDocument"完善試驗流程 15\o"CurrentDocument"參考文獻 16\o"CurrentDocument"致謝 17第1章國內高速動車組開展現狀自2004年以來，我國通過引進、消化、吸收和再創(chuàng)新戰(zhàn)略已完全掌握了動車組列車的總成、車體、轉向架、牽引電機、牽引變壓器、牽引變流器、牽引控制、列車網絡控制和制動系統等9大關鍵技術及10項主要配套技術，實現了跨越式開展，年均增長率為72.3%，動車組的國產化程度已到達75%以上。唐車、長客、青島四方等承當著我國CH2、CH3、CH5動車組的主要生產任務，已經成為高速動車組制造的龍頭企業(yè)。同時各項新技術也被使用，唐車軌道客車制造廠建立了300km/h高速動車組建模與仿真系統，通過基于Pro-Intralink與PLM的三維設計平臺、基AutoCAD-Mechinica的二維設計平臺等，對產品的相關性能進行在設計過程中分析與計算，使其投產的產品自設計之初就不斷調整，從而使投產產品無設計缺陷，提高了企業(yè)產品的可靠性，極大的提高了設計效率，提高了企業(yè)設計制造的創(chuàng)新能力我國在引進并消化吸收了時速200-300km動車組的技術之后，進一步解決了阻礙速度提高的問題，對高速動車組在根底理論和生產技術等方面進行創(chuàng)新，成功生產出了時速380km的高速動車組，具有速度高、運量大、節(jié)能環(huán)保、乘坐感舒適等諸多優(yōu)勢，其綜合性能在全球居于領先地位。2007年12月22日，由南車集團青島四方機車車輛股份制造的首列時速300公里具有自主知識產權的國產高速動車組CRH2-300于青島下線。標志著我國成為世界上第五個能設計并制造出運營速度300km/h動車組的國家［5］。CRH2-300高速動車組是對國外200km/h動車組技術平臺整合吸收的根底上再創(chuàng)新，根據我國鐵路運輸的具體情況和市場的需求自主研發(fā)制造的，整體的國產化超過70%。列車采用鋁合金車體，每車的重量7千千克，在輕量化方面走在世界前列。同時在高速轉向架、受電弓、傳動、制動、網絡控制等技術方面取得突破性進展，表達我國機車車輛行業(yè)技術人員的創(chuàng)新能力。2010年5月28日在中國北車長春軌道客車股份，具有自主知識產權、時速380km的高速動車組“和諧號”380A在長春下線。2010年9月28日11時37分，中國國產“和諧號”CRH380A高速動車組，在滬杭高鐵杭州至上海試運行途中，最高時速到達416.6公里，刷新了世界高速鐵路運營的試驗速度。第2章CRH380A動車組制動系統介紹CRH380A動車組制動系統組成CRH380A新一代高速列車制動系統由制動控制系統、供風系統、根底制動裝置三大局部組成。制動系統采用復合制動方式，單元內優(yōu)先利用再生制動，再生制動缺乏時由空氣制動進行補充。降低制動盤和閘片的磨耗。初速度380km/h緊急制動距離小于8500m；初速度350km/h緊急制動距離小于6500m圖1制動系統分布圖CRH380A型動車組的制動控制裝置是采用再生制動的電氣指令式空氣制動裝置。6M2T的編組構成對T車使用全機械制動方式。M車、T車根底制動均采用氣動卡鉗盤式制動裝置。另外，從降低閘瓦磨損的觀點上進行延遲控制。延遲控制為制動力優(yōu)先讓M車〔再生制動〕負擔、降低T車制動力的方式。動車組將2M1T或單獨M車〔4或5號車〕作為控制單位進行延遲控制。再生制動和空氣制動的切換根據電空協調控制，由制動控制器判斷所需要的制動力，當再生制動力缺乏時，用空氣制動來進行補足。另外，為了使被機車救援成為可能，T1、T2車上裝載了能把救援機車BP管的BP壓力指令轉換成電氣指令的救援轉換裝置。CRH380A型動車組制動指令制動指令經列車信息監(jiān)控系統傳送到每輛車的制動控制裝置,由制動控制裝置內BCU結合速度、車重和制動級別等信息進行運算,按制動控制規(guī)律〔減速度

隨速度的變化〕控制EP閥〔電空轉換〕，并經中繼閥送出壓縮空氣到根底制動裝置.緊急電磁閥失電時,壓縮空氣直接到達中繼閥，產生制動壓力?？諝怆姎夤饫w圖2制動指令工作圖■注推R.圖2制動指令工作圖■注推R.'M1hR砰二整RO3F!LRl?4WK1*5IPR1+而非KH7R14IkR口圖3制動指令原理圖CRH380A型動車組供風系統供風系統主要由螺桿式空氣壓縮機組、膜式枯燥器、以及貫穿全列的總風管等組成。在有受電弓的車輛設置輔助空氣壓縮機組，在動車組主空氣壓縮機組不能供風且總風壓力缺乏時，可利用動車組蓄電池啟動輔助空氣壓縮機組為受電弓升降弓裝置、真空斷路器〔VCB〕等提供風源。圖4空氣壓縮機組、膜式枯燥器圖主空氣壓縮機CRH380A型動車組采用GAR14BD型空氣壓縮機。GAR14BD型空氣壓縮機是固定式、風冷、噴油螺桿壓縮機,用于為車載制動系統和其他氣動部件的正常工作提供壓縮空氣。GAR14BD型壓縮空氣機組安裝在3、7車車底中部位置。工作壓力范圍780kPa-880kPa。主空氣壓縮機由空氣壓縮機、三相交流電動機、聯軸節(jié)、平安閥以及枯燥器等構成。圖5主空氣壓縮機外形見圖輔助空氣壓縮機CRH380A型動車組輔助空氣壓縮機采用ACMF2型。輔助空氣壓縮機裝置在車輛運行準備時，總風缸的壓力下降、受電弓上升以及對投入真空短路器的壓力空氣進行供應的空氣源用輔助空氣壓縮機，及和這些關聯機器等形成單元化。工作壓力范圍640kPa-780kPa。表1ACMF2主要零部件型號工程ACMF24、6號車ACMF2VM31A-1電磁問有3/8截斷塞門有3/8電磁閥手動試驗用三通塞門閥有圖6ACMF2輔助空氣壓縮機原理圖根底制動裝置圖7軸裝；輪裝制動盤裝置圖根底制動裝置安裝于轉向架上，采用空氣卡鉗盤形制動裝置。制動卡鉗是根底制動裝置的重要組成部件，制動時，用制動夾鉗使兩個閘片緊壓制動盤側面，通過摩擦產生制動力，將列車動能轉變成熱能，消散于大氣。根底制動配置：M車每軸設置2輪盤。T車每軸設置2輪盤和2軸盤。制動盤采用鑄鋼制動盤和閘片采用浮動式結構，提高盤片接觸均勻性，使制動盤各局部熱負荷更加均勻。制動控制裝置制動控制裝置對制動控制器〔83〕、空氣制動相關閥門及儲氣缸實現單元化，吊裝在地板下側。設置在制動控制裝置內的制動控制單元〔BCU〕采用微處理器數字運算處理方式，來自司機臺的制動指令通過中央裝置、傳輸終端由光纜傳輸，根據各車廂的負荷信號及速度信息計算出需要的制動力，對電氣制動力、空氣制動力進行控制。關于與再生制動的協調采用延遲控測，負擔一局部的拖車制動力。制動控制裝置還具備防滑控制功能。對于空氣制動的防滑，通過防滑控制閥對各軸進行控制。對于電氣制動的防滑，通過調整電氣制動曲線實現打滑軸的再次黏著按頻〔由于電氣制動曲線以各牽引變流器為單位控制，因此無法進行各軸控制〕。制動控制裝置采用模塊化設計，由構架、制動控制器〔BCU〕、各空氣閥類組件、壓力開關、電磁閥、平安閥、風缸等設備組成。圖8制動控制裝置實物圖制動控制裝置的功能：.電空協調控制功能。.打滑再次黏著功能〔空氣壓力控制式〕。.對應負荷功能。.耐雪制動控制功能。.缺乏/不緩解檢測功能。.監(jiān)視系統。.故障信息保存功能。.其他車輛制動輸出功能〔從動車向拖車的EP閥指令功能〕。輔助制動裝置輔助制動裝置是在指令系統機器不能使用或因某種故障引起通常的制動系統不能使用時使用制動指令是電氣指令式的，輔助制動也是根據電壓的電氣指令式。輔助制動裝置，投入NFB〔SBN1〕的同時，由先頭車制動指令用輔助制動模式發(fā)生器〔SBT〕傳輸來的該模式電壓，按駕駛臺司機制動控制器的等級給引線加壓。本裝置預先調為使得頭車用的輔助制動模式發(fā)生器〔ASBT〕，按照引線所受的電壓能得按各車輛形式的制動力，且預先安排能發(fā)生相當于所需BC壓力的EP閥電流。在輔助制動模式發(fā)生器備有先頭車指令用〔SBT〕及頭車組件用〔ASBT〕的兩種，只限于先頭車才動作輔助制動功能。圖9顯示了根本構成。圖9輔助制動根本構成圖第3章CRH380A型動車組制動方式制動功能CRH380A型動車組制動系統具有常用制動、快速制動、緊急制動、輔助制動及耐雪制動等功能。常用制動常用制動級位設1~7級〔標記為lN?7N〕，以1M1T為單元對動車得生制動力和空氣制動力〔包括動車和拖車的〕進行協調控制，拖車空氣制動延遲投人。CRH380A型動車組制動系統采用數字指令式，由61~67號線共7根制動指令線組成。共可組成7級常用制動。制動系統會自動進行延返充氣控制。延這時，將M車上。產生的再生制動力多余的局部轉移到T車上去，到達編組列車上所需要的總制動力，常用制動還具有空重車載荷調整功能，按載重來調節(jié)制動力，使動車組能夠保持一定的減速度?？焖僦苿涌焯又苿硬捎门c常用制動相同的復合制動模式，包具有最大常用制動〔7級〕1.5倍的制動力，操作司控器的制動手柄，或當未能減速到在閉塞區(qū)間設定的速度而使ATP或LKJ2000響應，均可發(fā)出快速制動指令。緊急制動功能按平安同路失電而啟動的制動模式進行設置，以下任何一種情況均可導致全回路失電而引起緊急制動指令的產生：〔1〕總風壓力下降到規(guī)定值以下，〔2〕間車別離，〔3〕檢測到制動力缺乏，〔4〕操作緊急制動按鈕，使緊急電磁閥到失電，〔5〕換端操作，手柄置于〔鑰匙〕拔取位，以上的緊急制動使各車被不同速度意圍產生純空氣制動作用，在判車速度處于〔160?200km/h范圍內實施相對較低的減速度；在160km/h以下速度范圍內實施相對較高的減速度，但緊急制動不具有空重車載仿調整功能。輔助制動在制動裝置異常、制動指今線路斷線及傳輸異常時可啟用電氣指今式的輔助制動，能產生相當于3級、5級、7級常用制動及快速制動的空氣制動。操作司機控制臺上的輔助制動模式發(fā)生器〔SBT〕開關和頭車配電盤內輔助制動模式發(fā)生器〔ASBT〕開關可以產生輔助制動。但輔助制動與列車速度的快慢無關，即所發(fā)出的制動力的大小也不隨列車速度和列車質量的改變面改變，只發(fā)出預定的制動力。這一點與常用制動，快速制動不同除此以外應注意，制動控制裝置還進行主空氣壓縮機與開閉車門的速度控制，因此，使用輔助制動時不應斷開制動控制裝置的電源。耐雪制動設置耐雪制動的目的是防止降雪時雪塊進人制動盤和同片之間，耐雪制動動作時，制動油缸會輕輕地推出同片以消除同片和制動盤面之間的空隙，防止雪的進人，耐雪制動于行駛速度110km/h以下，在副雪制動開關置于作用位并且操縱制動手柄時動作。耐雪制動對應的制動缸〔BC〕壓力設定值為〔60士20〕kPa，這是使制動缸產生有效制動力雪制動對應的制動缸〔BC〕壓力設定值為〔60土20〕kPa這是使制動缸產生有效制動力最小的工作壓在^比輸出實際空氣制動控制信號時，制動缸那么依然按照所需的空氣制動力的大小充氣到相應的壓力。耐雪制動對應的制動缸〔BC〕壓力設定值可通過調整BCU面板上的開關來改變。第4章CRH380A統型動車組空氣制動切除邏輯的改良4.1.概述在動車組發(fā)生“制動不緩解”“抱死”等制動系統故障后，可通過采取切除動車組空氣制動的方式來維持動車組的運行，從而減少對運輸秩序的影響。CRH380A統型動車組投入運行以來，因切除空氣制動時需斷開“制動控制裝置”斷路器，造本錢車的制動控制裝置〔BCU〕失去對車輛運行速度、停放制動狀態(tài)、空簧壓力等信息的有效監(jiān)控，因此帶來了一定的平安隱患。所以優(yōu)化CRH380A統型動車組空氣制動切除邏輯對動車組運行平安非常重要。存在問題CRH380A統型動車組運行途中報制動控制裝置故障〔059〕、速度發(fā)電機斷線〔060、061、062、063〕、制動力缺乏〔123〕、抱死〔151、152〕、制動不緩解〔153〕等故障進行空氣制動切除時，需斷開“制動控制裝置”斷路器?！爸苿涌刂蒲b置”斷路器斷開后導致本車制動控制裝置〔BCU〕停止工作，帶來一系列的平安隱患，其中影響最為嚴重的是無法判斷車輪是否抱死以及停放制動是否緩解。原理分析與既有CRH380A型動車組相比，CRH380A統型動車組在制動邏輯控制方面增加了制動檢測回路，新增的制動檢測回路見圖10。圖10制動檢測回路動車組制動與牽引關聯邏輯動車組正常運行過程中，每個車輛的制動控制裝置〔BCU〕對本車的制動狀態(tài)進行實時檢測，當檢測到當前車輛接受到制動指令或處于制動狀態(tài)時，制動控制裝置〔BCU〕驅動BR2繼電器得電，BR2繼電器得電后常閉觸電斷開，使從非主控端給主控端加壓的TBR繼電器失電，最終使牽引控制的牽引指令線〔9號線〕斷開，從而切斷全列牽引，控制電路圖見圖11。圖11牽引連鎖控制4.3.2.空氣制動切除后動車組制動與牽引關聯邏輯動車組某節(jié)車廂空氣制動切除后，假設不斷開“制動控制裝置”斷路器，在動車組正常牽引及低級位制動時，對動車組運行無任何影響。但當動車組速度在70km/h以下且司機施加B5級以上級位的制動時，動車組將啟動制動力缺乏檢測〔制動力缺乏檢測回路見圖11〕，此時由于本節(jié)車廂空氣制動被切除，硬線電路將檢測到制動力缺乏，本車UBTR繼電器失電動作，列車報制動力缺乏，觸發(fā)本車緊急制動UB，制動控制裝置〔BCU〕判斷處于制動狀態(tài)后，驅動BR2繼電器切除全列牽引指令。動車組空氣制動切除邏輯的優(yōu)化方案通過以上制動檢測回路與牽引連鎖邏輯的分析可以得出結論，在動車組空氣制動切除的情況下，僅需短接本車BR2繼電器觸點，就可以防止在不斷開“制動控制裝置”斷路器的情況下，牽引指令回路因TBR繼電器失電而斷開。同時因本車空氣制動已切除，短接BR2繼電器觸點對本車制動控制回路也無任何影響?？紤]到在進行空氣制動切除操作時，在關閉“供應”閥后，需操作“緊急短路”開關〔其目的是恢復全列154制動指令回路〕，同時“緊’’功能相關的數據傳輸相關，而與發(fā)射機和T6C遙控盒之間的數據傳輸無關。當T6TR的MARC口接入數據，另一端為T6cTX口時，T6c遙控盒也是顯示一直處于確認連接狀態(tài)，無法正常工作。只有在T6TR的MARC口接入數據，另一端街道T6CRX口時，T6C遙控盒進入正常工作狀態(tài)，T6TR無告警，且可以通過T6c遙控盒對T6TR進行遠程遙控操作。綜上所述，要解決新PAET6TR與T6c的連接問題就要將T6TR的MARC9針公口與T6CRX9針母口1，2，3，6，7，8，9管腳一一互連，實現地線，收音頻信號與數據信號交互。第5章CRH380A型動車組制動指令試驗方法改良概述動車組運行速度高，給列車的制動能力、運行平穩(wěn)性等方面提出一系列挑戰(zhàn)。因此，高速動車組必須裝備高效率和高平安性的制動系統，為列車正常運行提供調速和停車制動的手段，并在意外故障或其它必要情況下具有盡可能短的制動距離。此外，高速運行的動車組對制動系統的可靠性和制動時的舒適度也提出了更高的要求。制動指令試驗是通過綜合制動試驗臺配合司機室主控控制模擬動車組在空車和定員載荷下測試空氣制動狀態(tài)，通過試驗所得的數據對不達標的空氣制動力進行調整，確保動車組在各種載荷下能獲得足夠的制動力。制動指令試驗以標準列8編組計算，試驗及調整時間約為5至6小時，較長的作業(yè)時間與現有的檢修進度不匹配，成為了提高檢修效率的瓶頸。隨著我段高級修檢修任務的逐年增加，提高產能勢在必行，這就要求各項試驗在符合標準的情況下不斷優(yōu)化并趨于合理，而制動試驗由于其重要性，也是優(yōu)化的重點。存在問題及分析經過現場實際操作發(fā)現現行的制動指令試驗方法存在以下幾個問題：試驗軟件不匹配由于該試驗軟件為四級修綜合制動試驗軟件，與現行三級修制動指令試驗并不匹配。因動車組設計的原因存在動拖車，而不同的車型動拖車的配置又是有所區(qū)別的，原軟件在車型方面是無法進行區(qū)分，因而為后續(xù)的試驗增大困難。試驗方法自動化率低試驗數據記錄需要作業(yè)人員手工填寫大量的數據，以標準列8編組為例1次需要填寫近300個數據，并由作業(yè)人員參照標準數據進行人工核對，核對后對不合格數據進行調整，調整完畢后在進行二次試驗、填寫數據、人工核對，如此循環(huán)，費時費力且因為人為因素造成錯誤不可防止，造成了大量的返工作業(yè)。5.2.3.試驗流程不完善制動指令試驗的流程借鑒自主機廠，但因為場地的設置有著較大的差異，因此實際作業(yè)時存在矛盾及沖突，例如：試驗前由于其他設備艙裙板的恢復情況影響試驗的開始；車上的空開、接觸網狀況與試驗所需狀況沖突；試驗過程與緊急制動試驗、牽引指令試驗、擴展供電等試驗沖突。改良措施增加車型變換選項為滿足不同車型動車拖車的配置，在原軟件的根底上增加了動車拖車變換選項，以2A車型動車拖車配置為默認設置，在一臺制動試驗臺的1至8號控制回路中，4號、5號、8號對應三處拖車，在操作界面上增加三處拖車轉換成動車的復選框，分別命名為“4號M系”、“5號M系”、“8號M系”，并編入相關語句，實現對空氣彈簧輸出壓力的控制。4號和5號變換選項用于6M2T的8節(jié)編組車型，如2C、380A車型；8號變換選項用于16節(jié)編組車型。試驗數據自動錄入及比對優(yōu)化前，試驗數據記錄采用人工記錄的方式，花費時間較多且存在抄寫錯誤的可能。試驗數據的錄入采用操作人員手動點擊進行保存，在保存之前需在文本框內輸入要保存的制動檔位編號。在實際試驗中，制動檔位操作按照【運行】~【快速】~【運行】的順序，共17個檔位，因此，將每個檔位按照0~16的順序依次編號，記錄某一檔位的制動壓力數據時，只要將相應編號輸入文本框中，點擊“保存”按鈕，即可將該組數據保存至數據庫的相應位置。試驗過程中，數據均保存在數據庫中，各檔位間的數據相互獨立，故各檔位的數據可進行重復保存，但后組數據將把前組數據覆蓋。全部試驗完成后，點擊“預覽”按鈕，功能是將數據庫內的數據導入相應表格內，并生成excel表格提供打印。在程序中建立數據庫，將每節(jié)車廂、每一檔位的標準壓力值范圍寫入程序中，并參加相關邏輯判斷語言，使改程序具備制動壓力值是否超標的判斷功能。在對每一檔的制動壓力進行保存時，程序首先會將該值與標準值進行比照，判定合格數據不進行提示，而判定不合格數據將彈出對話框進行提示，提示內容為該數據在記錄表格內所處位置，便于作業(yè)人員盡快發(fā)現并統計故障。實現試驗數據打印優(yōu)化前，該試驗相關采用手寫表格。以380AL車型為例，共兩張試驗表格，每張表格需記錄272個數據，花費了較多時間。為節(jié)省作業(yè)時間，增加了試驗數據打印功能，試驗輸出表格與原手寫表格格式相同，使用excel格式。以380AL車型為例，由于16節(jié)編組車輛使用兩臺制動試驗臺進行試驗，而試驗臺原始設計無法進行聯網操作，故將原表格拆分為兩局部，T1車至M7車為一張表格，按照試驗內容將表格命名為“380AL空車前8節(jié)”或“380AL定員前8節(jié)”，M8車至T2車為一張表格，按照試驗內容將表格命名為“380AL空車后8節(jié)”或“380AL定員后8節(jié)”。采用直觀的命名方法，便于作業(yè)人員定位所需表格。為適應實際作業(yè)的需要，區(qū)分不同車型、