和谐号动车组的紧急制动及安全制动措施.docx
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和谐号动车组的紧急制动及安全制动措施
和谐号动车组的紧急制动及安全制动措施
铁道机车车辆第31卷
文章编号:
1008～7842（2011）05～0028～04
和谐号动车组的紧急制动及安全制动措施
张洋,庞玉林,陈伟,曹宏发,周军
（中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081）
摘要介绍了CRH.型和谐号动车组的紧急制动的基本设计原则和理念,详细阐述紧急制动的实现与实施方法.
关键词动车组;紧急制动i安全
中图分类号:
U266.2.35文献标志码:
A
随着越来越多的和谐号动车组不断投入运用,如何
确保列车在高速运行时的可靠性和安全性,成为关注和
重视的问题.尤其在遇到突发的线路险情,人员危急或
者严重设备故障等极端的情况下,需要列车能够以最快
最有效的方式紧急安全停车,以保证乘客及列车的安
则,具备高度冗余和可控性,其紧急制动系统的设计更
将可靠性和安全性放在首位,保障高速运行的列车快速
安全停车.
I实施紧急制动需要考虑的因素
和谐号动车组采用电制动与空气制动复合制动的
方式,制动时优先充分利用电制动,电制动不足时补充
正常制动过程中,车辆一部分动能通过电制动转化为电
的基础制动装置通过制动盘与闸片的摩擦产生的热量,
耗散至大气.根据制动盘和闸片的物理特性,过高的热
负荷会引起基础制动装置的永久性损伤,产生列车运行
中的不安全因素.尤其是纯空气紧急制动时,制动盘和
盘的热应力有如下要求,见图I.
200
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渤
\\\\
\圆;
m
\|
\
|
热应力/（N?
mm一2）
图I紧急制动时制动盘热应力要求
张洋（1981一）男,北京人,工程师（收稿日期:
201i—O7—21）
图I中标示了摩擦制动时,在不同温升下制动盘承
受的热应力要求.其中（i）区域属于正常范围,连续施
加摩擦制动时制动盘也不会受到损伤;
（2）区域属于可
接受范围,会对制动盘造成一定的可接受的损伤,因此
两次施加应间隔一定的时间使制动盘冷却;（3）区域内
较为危险,容易造成制动盘的不可逆损伤,需要予以避
免.
为了在整个速度等级都不超过热应力限制,CRH.
型动车组采取了分阶段控制的紧急制动减速度曲线.
动车组列车的制动力主要为黏着制动力,其可利用
制动力大于可利用的最大黏着力,就会出现车轮打滑甚
至抱死,延长制动距离,严重时还会擦伤轮轨,危及行车
安全.因此必须在设计阶段就尽量避免滑行的发生.
黏着系数是一个复杂变化的参数,与轨道条件,环境状
用TSI湿轨黏着系数曲线作为其限制条件,同时还要考
虑列车运行阻力的影响.如图2所示.
速度/（kin?
h1）
图l常用制动减速度曲线（有风阻）
一
1A
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-一
4
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第5期和谐号动车组的紧急制动及安全制动措施
和谐号动车组的紧急制动采用电制动和空气制动
复合制动的方式,在电制动可用情况下,牵引系统执行
电制动来源于牵引电机运转于发电模式,电制动的启
动,关闭和电制动动力设定均由制动系统控制,通过列
车MVB网络向牵引系统传递指令.紧急制动时,牵引
组,4个牵引单元分别恒定输出37.5kN的电制动力,
即全车恒定输出150kN的恒定电制动力（注:
高速阶
段若超过当前电制动能力则为恒定功率）.此外,在紧
急制动减速过程中,列车速度降低到小于80km/h后,
会切除所有电制动力,剩余阶段的制动由空气制动继续
完成.
紧急制动过程中将对列车施加最大减速度,以尽可
离有以下要求（见表1）.制动距离是发车间隔等运营
管理的选取依据.
表1紧急制动距离要求
紧急制动初速/（kin?
h）紧急制动距离/m
<6500
<4200
<2000
<1400
和谐号动车组的空气制动风源采用冗余设计,在每
8辆编组的列车中安装有两套冗余的风源系统,只有一
套风源系统工作的情况下也能满足列车用风设备需求.
在两套风源系统均发生故障的情况下,列车的风缸容量
也能够保证连续5次紧急制动的用风需求.
2紧急制动的作用过程
（1）紧急制动的启动
和谐号动车组一旦确定需要施加紧急制动,激活紧
急制动的途径是冗余的,分别可以通过断开列车紧急制
动环路,列车管排风和MVB网络传递紧急制动命令3
种方式来启动紧急制动,如图3所示.
}紧急制动阀}}紧急按钮}动控制器}}乘客紧急制动装『故障监痢{{列车保护警戒装置
ll——
』
¨f制动系统（Bcu）
l列车控制系统（ccu）
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紧急环路
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列车管r
一阳……._l_…_一一?
…一….一一一～…一…一一…一…—一一
图3紧急制动信号的发送和传递
①
列车的串行环路,处于常得电状态,环路上任何开关或
继电器的异常断开都会导致环路断开,是激活紧急制动
途径断开:
制动控制器处于紧急位;紧急按钮被按下;列
车控制系统操作环路继电器;列车保护警戒装置动作;
②
600MPa以上压力值,紧急制动阀的排风动作会降低其
管排风可以通过以下途径执行:
紧急按钮被按下;制动
控制器处于紧急位;列车控制系统启动间接制动紧急制
动阀;在隔离塞门被打开的情况下备用制动手柄处于紧
急制动位.
③
MVB传递紧急制动命令,并据此执行紧急制动动作,
如:
制动系统命令牵引系统启动紧急制动;列车控制系
统断开列车紧急制动环路及启动间接制动紧急制动阀.
（2）紧急制动的实施
紧急制动的启动方式是冗余而互相连锁的,满足任
意一种都会联锁激活其余冗余启动方式,共同实施紧急
例,说明紧急制动的实施过程.
当以任意方式断开列车紧急制动环路后,环路失
30铁道机车车辆第31卷
电,每辆车制动控制单元内连接在环路上紧急制动电磁
阀激活,对中继阀施加经车重调整的预控压力,与此同
制动阀对列车管排风,并命令制动系统禁止对列车管充
风,列车管控制的分配阀对中继阀施加经车重调整后的
预控压力.中继阀取二者最大的预控压力,并根据其高
低阶制动状态对制动缸充风,在所有动轴和拖轴上施加
段状态下速度低于80km/h时的空气制动力;拖轴上
施加的空气制动力在速度高于200km/h时处于低减
速段,在速度低于200km/h时处于高减速段.此外,
制动系统同时命令牵引系统执行紧急制动,在所有动轴
上施加电制动力,并在列车速度低于80km/h后退出.
空气制动实施直至列车完全静止.
3紧急制动的触发条件
动车组列车上,主要由制动系统直接管理电空制动
设备,由牵引系统响应和执行电制动,由列车控制系统
冗余的发出紧急制动命令,并且控制紧急排风阀排风.
与此同时,三者分别对列车各个部分的运行状态进行故
测列车工作状态,冗余发出指令的结果.
和谐号动车组设计遵循"故障～安全"原则,在发生
下列情况时,将触发紧急制动:
（1）停放制动监测环路断开触发紧急制动
列车运行速度大于5km/h时,若制动系统发现停
放制动施加,则会切断停放制动监测环路;当列车控制
系统监测到停放制动环断开后,会自动施加紧急制动;
（2）转向架监测环断开触发紧急制动
①轴温报警.列车控制系统具有轴温监测功能,当
施常用全制动,列车控制系统会断开转向架监测环路,
同时自动施加紧急制动;
②
监测功能,列车控制系统直接使用制动系统和牵引系统
的滑行监测结果,当有报警时,会首先实施常用全制动.
如果未成功实施常用全制动,列车控制系统会打开转向
架监测环,同时自动施加紧急制动;
③
向加速度传感器,制动系统通过分析传感器数据获得列
未成功实施常用全制动,列车控制系统会断开转向架监
测环路,同时自动施加紧急制动;
（3）司机警惕装置触发紧急制动
列车控制系统监测司机警惕装置状态,若发生以下
情况:
①司机警惕装置10s内未按下;
②司机警惕装置按下时间超过40s;
则认为司机出现异常状况,列车控制系统将断开列
车ASD环路,以触发紧急制动;
（4）紧急制动按钮触发紧急制动
列车任一端司机室的紧急制动按钮被按下,会同时
引起列车紧急制动环路断开,列车管排风和列车控制系
统的报警,冗余的触发紧急制动;
（5）制动手柄置于紧急位触发紧急制动
列车任一端司机室的制动手柄置于紧急位,会同时
引起列车紧急制动环路断开,列车管排风和列车控制系
统的报警,冗余的触发紧急制动;
（6）通过MVB发出的紧急制动请求触发紧急制动
列车内信号系统（如ETCS系统,ATP系统.等）
通过MVB发出紧急制动请求,或者通过硬线信号触发
紧急制动时,列车网络系统触发紧急制动;
（7）列车编组/解编过程中触发紧急制动
①列车控制系统通过编组状态接触器判断是否正
确的进行了编组,如果未正确编组,但电气编组已完成,
则会触发紧急制动;
②列车控制系统检测机械编组和电气编组状态,当
机械编组完成,但电气编组未完成时,会触发紧急制动;
③列车控制系统在编组过程中,会对编组状态接触
器进行诊断,如果发生故障则会触发紧急制动;
④列车控制系统在编组/解编过程中,会通过紧急
制动环路,编组状态接触器的状态来确定重联列车是否
发生无意识的分离,如果发生则会触发紧急制动;
（8）整备运行过程中触发紧急制动
①列车控制系统在整备运行时,会监测列车管泄
漏,当其值小于330kPa时,会触发紧急制动;
②列车控制系统在整备运行时,会监测列车是否移
动,如果移动了,会触发紧急制动;
（9）制动测试时触发紧急制动
在进行自动制动测试（ABT）或者菜单制动测试
（MBT）时,列车控制系统会根据制动系统的制动测试
请求触发紧急制动,打开紧急排风阀;
（10）列车紧急制动环路断开触发紧急制动
以任何方式导致的列车紧急制动环路断开会触发
第5期和谐号动车组的紧急制动及安全制动措施
紧急制动,列车将实施紧急制动直至列车停车;
（11）旅客紧急制动间接请求触发紧急制动
旅客拉动车厢内的紧急制动拉杆,司机接到报警信
号后,可根据列车的运行状态决定是否施加制动,比如
在隧道中或者桥梁上,就可以暂时不实施制动,而选择
在更合适的线路条件下停车;
（12）备用制动触发紧急制动
在特殊情况下,司机也可以手动激活备用制动,操
作备用制动控制器控制列车管减压,实施紧急制动,以
保证电空制动失灵等情况下列车仍能紧急制动停车;
4保证列车紧急制动可用的措施
和谐号动车组在正常运行时,制动系统主要使用常
用制动,但作为列车应对异常情况的首要功能,紧急制
了保证列车紧急制动的可靠,和谐号动车组实行了以下
措施:
（1）开车前的系统检查
动车组开车前,需对制动系统进行自动或手动的制
动测试,以检查列车制动系统的工作状态,包括紧急制
中央诊断系统并存储,同时将制动测试结果提供给司机
或操作人员.
对于紧急制动而言,制动测试时的紧急制动有效率
检查非常重要.
紧急制动有效率定义为对当前车辆施加紧急制动
确认主要通过直接制动,间接制动和紧急制动3项试验
来进行如果紧急制动有效率下降,则会限制列车运行
速度,以应对由于紧急制动有效率下降导致的紧急制动
能力不足,保证列车一旦发生紧急制动可以有效,安全
和可靠地停车.表2,表3列出了当紧急制动有效率丢
350km/h列车紧急制动有效率丢失时对应的列车限速
对应的列车限速运行表.
表28辆编组列车限速表
制动有效率速度限制/（kin?
h-1）
280
250
200
12O
50
5O
5O
申请救援
表316辆编组列车限速表
制动有效率
（2）动车组运行过程中的实时诊断
动车组在运行过程中,还需将有关运行参数,过程
数据,故障数据经由MVB接口实时传输至中央诊断系
统,用于实时监控列车状态并报告发生的故障和错误.
当检测到制动系统故障时,列车将根据故障等级自动进
车诊断系统将故障原因,功能限制,提示操作等信息告
知司机,列车员,便于采取相关的补救措施.
（3）系统检查和维修时的诊断
在制动系统例行的检查和维护过程中,制动系统提
供的诊断信息,数据必须可对维修人员提供支持,维修
人员可以读取并参考制动系统的诊断信息,制动系统的
诊断报告为系统检查和维修提供指导方法.
5结论
和谐号动车组的纯空气紧急制动和空电复合紧急
制动,均能够满足动车组安全停车的要求,并且充分考
虑基础制动热容量限制和轮轨黏着限制,满足各项相关
技术参数要求.紧急制动通过多种途径可以冗余施加,
并且遵循"故障导向安全"原则,具备高度的安全性,能
够可靠地保证车辆和乘客的安全.
EmergencyBrakeandSafetyMeasuresofCRH3EMU
—lin,CHENWei,CAOHong—fa,ZHOUJun
（Iocomotive&CarResearchInstitute,ChinaAcademyofRailwaySciences;Beijing100081,China）
Abstract:
Designprinciplesofemergency,brakeofCRH3EMUisintroduced,triggeringsignalanditsprocessaredescribedindetail
Keywords:
highspeedtrain;emergencybrake;safety
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