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BST四级修培训论文malei要点

浅析动车组制动系统

马磊

（成都东动车运用所成都610000）

摘要：

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。

关键词：

动车组；转向架；制动系统；制动原理

一、概述

CRH1动车组采用电气指令式制动系统，动车组各车辆的制动控制装置采用微机控制，制动力则由动车的电制动及各车的摩擦制动构成。

而根据制动作用的不同，我们又可将制动分为常用制动、停放制动、保持制动、扫冰制动、紧急制动。

同时我们也根据司机主控控制器的制动施加方式将常用制动分为1-7级制动，7级过后的即为停放制动，其他的制动的实施都不能通过司机主控控制器实现。

现对制动系统各部件进行说明，如下图所示：

图1制动系统部件

M、Mc－动车；Tp、Tb－拖车；CCU－中央控制单元；PBP－停车制动控制板；TP－回送控制板；MVB－多车总线；BC－制动计算机；BM－制动模块；GW－网关；BP－制动控制板

动车转向架可采用再生制动和摩擦制动。

拖车转向架仅可用摩擦制动。

当动力制动和摩擦制动共同使用时，再生制动永远具有优先权。

主车辆控制单元先尽量采用再生制动。

如果采用再生制动的制动效果不足，计算机会采用摩擦制动补充。

制动混合过程中，车辆控制单元会调节摩擦制动参考信号，以便于在动车和拖车转向架之间平均分配制动力，不要求摩擦制动时，制动闸片以备用模式保持在制动盘周围。

（低于5°C，司机可人工施加“防冰制动”，这样可以通过施加摩擦制动给制动盘除冰）。

在传输到动车变换器模块MCM和制动计算机前，制动参考信号（急跳率限制范围）的快速变化由车辆控制单元平缓。

图2全载情况下，从200km/h的速度施加最大常用制动的制动力

每辆车都有本车制动计算机（BCU）。

而贯穿整个列车的电气安全环路却不受计算机的控制，以确保在下列情况下可启动紧急制动阀：

•司机钥匙未插入，司机室已激活。

•司机按下紧急停车按钮。

•司机通过主控手柄要求进行紧急制动。

•在主风缸系统气压低的情况下。

•司机的安全装置（DSD）启动其安全继电器。

•自动列车控制（ATC）启动其安全继电器。

•主车辆控制单元（主VCU）启动其安全继电器。

•无蓄电池电压。

•列车部分分离。

•回送时制动管路气压低。

图3制动时多个系统共同作用：

A－车辆控制单元（VCU）；B－牵引设备；C－动车变换器模块（MCM）；D－牵引电机（动力制动）；E－本地列车控制单元；F－制动控制；G－制动计算机（BC）；H－电空制动控制设备；J－防滑器（WSP）；K－空气悬挂系统；L－制动设备；M－压缩空气制动；N－压缩空气制动+弹簧制动；AA－制动命令；BB、DD、EE,－制动参考信号；CC－测量信号；FF－重量测定信号；GG－制动控制信号；HH－气动信号

安全环路施加摩擦制动时，主列车计算机的程序模块同时也会增加了再生制动。

二、制动功能

（一）常用制动

常用制动是制动列车的常规方式。

常用制动采用两种不同的制动系统，再生电动制动和电空摩擦制动。

常用系统可以通过下列系统施加：

•司机通过主控手柄。

•自动速度控制系统。

•ATP系统

•回送车辆

主VCU采用制动要求和车重的测量信号进行总制动要求的计算。

然后主车辆控制单元将动力制动和摩擦制动之间的制动力进行分配。

如果动力制动效果不够，可由摩擦制动补充。

电制动可通过变换器再生能量供给接触网，牵引电机也可作为发电机。

司机控制手柄控制的1-7级制动都属于常用制动。

1．再生制动

再生制动过程中采用牵引电机作为发电机，这样将再生的电能供给牵引系统。

由于该制动类型需要牵引电机，所以只有动车转向架可进行此类制动。

在再生制动过程中，制动控制板的功能为：

在必要时按照TCMS的要求补偿再生制动缺少的制动效果。

2．电空制动（摩擦制动）

电空制动是通过将摩擦闸片推向旋转的制动盘，使制动盘放慢旋转来施加制动的。

该功能和一般汽车的制动相似。

压缩空气供风是由（制动计算机控制的）制动控制板上的阀来调节的，并向转向架上的卡钳供风。

卡钳控制可更换的制动闸片，

而制动闸片可按压安装在车轮或轮轴上的制动盘。

（二）防滑装置

防滑系统（WSP）控制每个车轴上的防滑气动阀以防止在制动过程中摩擦制动锁定车轮，造成滑行。

列车通过WSP防滑探头监控速度信号，当滑行率、速度差、减速度等参数超过设定值时，减小该轴的制动力，并进行再粘着控制，防止制动距离的延长及车轮的擦伤等。

（三）保持制动

保持制动采用和常用制动相同的摩擦制动。

只要列车处于静止状态，保持制动会自动实施。

它能用于列车停车时防溜并可使列车在30‰斜坡上开车和停车时不溜车。

保持制动可由司机操控台上的按钮进行暂时抑制。

（四）停放制动

停放制动是纯气动控制的制动，可在列车未被激活时防止列车溜车。

每辆动车的5、6、7位制动单元中能找到该制动机构。

它是由综合的压缩弹簧来施加的。

停车制动通过司机操作台上的按钮来控制。

如果主风缸压力低于3.8Kpa，则自动施加停车制动。

主风缸压力降至低于3.8kpa时，由于停车制动缸和主风管之间没有止回阀，停车制动缸内弹簧的背压也开始下降。

压力下降时弹簧拉长，这样，在主风缸压力降至0kpa时则完全施加了停车制动。

在Mc/M转向架内的停放制动压力开关由牵引安全环路进行监控，如果施加了停车制动，或压力开关报告已施加，则无法牵引。

如果压力开关出现故障，可采用位于车厢K4的开关忽略故障继续运行。

（五）紧急制动

紧急制动采用再生制动，摩擦制动。

有两种紧急制动类型：

司机激活的紧急制动和乘客激活的紧急制动。

1．司机激活的紧急制动

司机激活的紧急制动包括两种情况：

1）拉动司机主控控制器到底端（8级）2）按动驾驶台上的紧急停车按钮。

按动紧急停车按钮后，将会降受电弓和断开主断路器。

司机激活的紧急制动必须利用尽量大的粘着力在尽量短的停车距离内实现。

当主控手柄后移到位时，继电器打开安全环路并施加全摩擦制动。

主车辆控制单元也以动力制动补充摩擦制动。

可利用的最大粘着力约为0.15。

2．乘客激活的紧急制动

在每辆车上都有乘客紧急制动装置，乘客激活的紧急制动是单独操作的并可由司机撤销。

乘客拉动紧急制动手柄会出现下列情况：

•紧急制动手柄激活紧急通信单元。

•司机室内“撤销乘客激活的紧急制动”的按钮开始闪烁，并且确认信号鸣响4秒钟。

•施加常用制动。

牵引隔离。

如果在10秒内司机不按下按钮并保持3秒，将施加乘客激活的紧急制动。

如果司机在10秒内按下忽略乘客紧急制动按钮并保持3秒钟，则缓解紧急制动，并解除牵引隔离。

如果在忽略乘客紧急制动之后，不对紧急手柄进行复位，则列车停车后，将重复施加制动，直至重设紧急停车手柄。

3．安全回路断开

如果安全环路打开，紧急制动激活，不管计算机设备是否工作，都会切断至紧急制动阀的供电，施加全摩擦制动，同时车辆控制单元施加电制动。

安全环路可在下列情况下打开：

•ATP系统、LKJ系统保护。

•由车辆控制单元或DSD控制的安全继电器动作。

•紧急停车按钮（每个司机室一个）。

•主控手柄如果向后移动到位。

•一个或多个车辆从列车上解编。

•司机钥匙打至0位

•回送时，救援机车实施紧急制动。

•总风压力不足600kpa

（六）防冰制动

在寒冷的冬季，防冰制动通过摩擦制动力的实施将制动盘和制动闸片很快加热以防止制动盘和制动闸片受冰雪影响。

每车施加15kN，保持30秒钟，一个接一个依序进行。

在此期间，IDU会显示信息。

三、制动系统主要部件

制动设备是模块化的。

大部分压缩空气部件安装在制动控制板前部。

图4动车制动模块

1－球形塞门（切断向转向架A空气悬挂的供风）；2－球形塞门（切断向转向架B空气悬挂的供风）；3－制动遮断阀；4－溢流阀（调节向转向架A悬挂的供风）；5－溢流阀（调节向转向架B悬挂的供风）；6－制动控制板空气风缸，75L；7－主气压风缸，75L；8－制动控制箱（包括制动计算机）；9－停车制动控制板，位于制动控制板后面（仅限用于动车制动模块）；10－制动控制板

制动控制板有4种不同类型，取决于所服务转向架的不同类型。

•05A1A，Mc车制动控制板

•05B1A，Tp车制动控制板

•05C1A，M车制动控制板

•05D1A，Tb车制动控制板

（一）供风系统

全列车的供风系统由3台主压缩机（每个拖车1台），2台辅助压缩机（TP1、TP2各1台），总风缸（拖车3个、动车1个），辅助风缸（TP1、TP2各1个），空簧风缸（每辆车4个），一条贯穿全车的总风管及若干条支系风管构成。

TCMS系统对总风缸压力进行即时监控，当总风压力低于850kpa主压缩机启动1台，低于800kpa时启动2台，低于700kpa时启动3台并向司机发出报警，当总风缸压力低于600kpa时，引发紧急制动。

辅助风缸则主要是在总风压力不足时，为升弓控制管路提供风源。

（二）制动控制板

制动面板的功能主要是把接受到的制动参考电信号转化成为空气信号，并把空气信号放大，传送给常用制动机械机构，施加摩擦制动。

通过制动控制面板可以实现1-7级的常用制动和紧急全摩擦制动。

图5制动控制面板

A1－调压阀1；A2－调压阀2；C－至制动卡钳的压力输出（通过防滑线路）；D－KR6中继阀；E－紧急制动阀；F－限压阀；G－压力传感器；H－压力传感器；K－压力传感器；M－试验装置；N－试验装置；O－试验装置；P－试验装置；R－来自主风缸管路的输入压力；S－限制堵；T－来自重量测量线路的输入压力；U－试验装置

（三）停放制动控制板

停放自动面板的主要控制的是列车的停放制动，当接受到TCMS施加停放制动的电信号后，则打开停放制动回路的同大气口，向大气排风，停放制动上。

当接受到缓解停放制动的命令时，则导通与总风管的连接，充风缓解。

停放制动面板、制动面板和停放制动管路之间又一个3位2通阀连接，保证了在停车情况下，不会停放制动力和常用制动力产生叠加，以防损坏闸盘。

图6停放制动控制板

2－3/2塞门；3－减压阀；4－脉冲阀；5－压力开关；6－压力开关；7－止回阀；8－试验装置

（四）回送控制板

回送控制面板的作用主要是在列车自己无法牵引，由其他机车和列车来对其牵引时，根据回送机车的风压来变化来控制本车制动的。

回送面板的作用条件首先是要司机室的回送按钮打到回送位，TCMS只通过监控回送面板的风压变化来控制制动力，其次，需要要保证蓄电池有足够的电压。

回送面板将来自回送车的空气信号转化为电信号，再传输给TCMS，再由TCMS来分配制动。

当回送车的列车管减压超过200kpa本车起紧急制动，低于200kpa则为常用制动。

图7回送控制板

（五）盘制动单元

有两种类型的转向架盘式制动单元，一种不带停放制动，一种带弹簧激活的停放制动。

盘形制动单元又由制动盘、制动夹钳、制动缸和停放制动缸构成。

摩擦制动就是通过制动夹钳上可更换的闸片与制动盘之间进行摩擦实现的。

而制动盘是环型的，采用铸钢制造，又可分为轮盘和轴盘两种，轮盘都装在带牵引电机的动力车上，轴盘都装在拖车上，每个动车轴有2组轮盘，每个拖车轴有3组轴盘。

图8不带停放制动的制动单元

1－护盖；2－制动单元座；4－膨胀气缸；5－自调机构；46－一侧的制动闸片架47－另一侧的制动闸片架；85－下半控制臂；86－上半控制臂；C－压缩空气供风口；R－自调机构的重设螺钉

制动闸片支架可在盘式制动单元杠杆一端的配件周围扭曲。

缸盖配有较远的两个部分。

带有回弹弹簧的压缩空气缸作为一个部分，制动单元机械游间的自动调节机构和另一部分相连。

当压缩空气进入气缸，活塞杆采用偏心轮扭曲杠杆使制动闸移向制动盘。

同时将机械游间调节为自动模式。

当压缩空气从气缸内排出，回弹弹簧拉回活塞杆，制动闸片从制动盘上移开。

图9带停放制动的制动单元

1－护盖；2－制动单元座；4－膨胀气缸，作为弹簧驱动控制装置的组成部分；5－自调机构；46－一侧的制动闸片架；47－另一侧的制动闸片架；85－下半控制臂；86－上半控制臂；A－弹簧驱动控制装置，作为护盖1的组成部分；C－压缩空气到制动缸的连接线路；F－压缩空气到弹簧驱动控制装置的连接线路；N－停车制动的紧急缓解机构；R－自调机构的重设螺钉

制动单元有一个带有停车制动背压缸并用弹簧激活的控制装置。

弹簧装置的制动力来自预拉弹簧，这样在背压最低和弹簧空载时停车制动可得到最大制动力。

弹簧力作用通过制动单元压缩空气的制动部件，并采用它的自动调节装置进行机械游间，这样可持续保持制动闸片和制动盘之间的游间。

为了缓解停车制动，背压缸加压来压缩弹簧。

为了施加停车制动，气缸排空使弹簧拉伸。

为了使无压缩空气的停车制动成为可能，有内置的机械快速缓解机构。

使用机构时，缓解预拉弹簧和背压缸活塞杆之间的连接，这样活塞杆不再作用在压缩空气制动部件上。

回弹弹簧将制动闸片从制动盘上拉开。

在该模式下，停车制动不能无压缩空气重复施加。

然后，压缩空气进入背压缸，活塞杆和压缩弹簧再次连接，这样就可正常施加或缓解停车制动。

四、控制面板的基本功能

下面详细描述了制动控制板的全部基本功能。

这也适用于列车其它制动控制板变量。

常用制动功能每个制动控制板提供了载重补偿的制动压力，作用在两个转向架上（根据是动车还是拖车，有四或六个制动缸）。

下图举例说明功能，因此只显示了一个转向架。

（一）常用制动工作原理说明

图10常用制动功能示意图

A1－调压阀1：

未激活时，将整个压力传输到紧急制动阀E上。

激活时，中断到E的供风；A2－调压阀2：

未激活时，不缓解任何压力。

激活时，缓解来自紧急阀（E）的任何压力；C－至制动卡钳的压力输出（通过防滑线路）；D－KR6中继阀:

作为继动器工作，采用来自（A）的供风压力并以更大容量将输入上的预控压力传送至输出（C）；E－紧急制动阀:

在安全回路失电（牵引）时，将来自（R）的气压传输给限压阀（F）；F－限压阀：

根据车重，限制到中继阀（D）的控制压力；G－压力传感器:

将控制压力信号发送到制动计算机；H－压力传感器:

将输入压力信号（主风缸管路）发送到制动计算机；K－压力传感器:

将载重压力信号发送到制动计算机；M－试验装置:

用于人工测量来自主风缸管路的输入压力时；N－试验装置:

用于人工测量预控压力时；O－试验装置:

用于人工测量KR6（D）的控制压力时；P－试验装置:

用于人工测量载重压力时；R－来自主风缸管路的输入压力；S－限流阀:

过滤来自重量测量线路输入压力中的主要变化；T－来自重量测量线路的输入压力；U－试验装置:

用于人工测量KR6阀（D）的输出压力时；AA－由主风缸管路供风；BB－制动控制板U8.Y1.7；CC－制动计算机；DD－风缸；EE－测量来自空气气弹簧平均阀的输入；FF－防滑阀；GG－试验装置，制动盘；HH－压力变换器，制动盘；JJ－车轴“x”（任何制动车轴）

压缩空气从主风缸管路流向止回发，然后继续流向遮断塞门。

塞门配有电辅助触点，在塞门打开时触点关闭。

在遮断塞门的顺流下部还有一个75升的压力容器。

主风缸管路压力在R处进入制动控制板。

该压力由H测量并发送至制动计算机。

正常运行时，紧急制动阀得电，将调整好的压力从A1/A2连接到减压阀F。

A1得电：

整个压力传输来自主风缸；A2得电：

阀缓解从减压阀F输入的压力。

制动计算机通过调压阀A1和A2调节制动施加的次数。

限压阀F在紧急制动时根据车内载重压力T限制到中继阀D的压力输入。

在K处测量的载重压力由制动计算机发送至TCMS。

该单元根据从K处的载重输入相应地调整制动要求。

这是输出压力，在F根据重量调整之后，将其和中继阀的输入相连。

KR6的输出压力和来自F的输入压力成正比。

将C处的输出压力通过防滑阀传输到制动卡钳上。

最后，压缩空气到达防滑阀，在无电流通过控制线圈时防滑阀让压缩空气通过。

防滑器阀的顺流下部是一个压力传感器。

它用于测量制动缸压力。

（二）紧急制动功能说明

主风缸管路压力在R处进入制动控制板。

该压力由H测量并发送至制动计算机。

紧急制动时，紧急制动阀E失电，将整个主风缸压力连接至限压阀F。

限压阀F）由来自T的车重测量信号气动控制。

这是输出压力，在F根据重量控制之后，将其和中继阀D的输入相连。

KR6的输出压力和来自F的输入压力成正比。

C处的输出压力通过防滑阀传送至制动卡钳。

（三）停车制动功能说明

图11停车制动控制板示意图

.2－截断塞门：

可用于例如断开停车制动控制板连接时；.3－减压阀：

将输出压力减少至先前设定值，即6.0bar；.4－脉冲阀：

由车辆计算机预设好时，该阀处于两个位置，施加或缓解停车制动；.5,.6－压力开关：

将停车制动压力信号发送至制动计算机，开关.5探测到0.8bar表示“施加了停车制动”。

开关.6探测到4.8bar表示“缓解了停车制动”.7－双止回阀：

禁止停车制动施加弹簧力或常用/紧急制动施加气动力，以保护制动缸，以免达到过高制动力；.8－试验装置：

用于人工测量停车制动控制板的输出压力时；.9－限流阀：

用于保护脉冲阀；AA－停车制动控制板U8.Y1.2；BB－由主风缸管路供风；CC－向防滑阀供风；DD－向停车制动卡钳供风；

主风缸管路压力在输入1处进入停车制动控制板：

在通过截断塞门.2之后，气压由减压阀.3稳定在6bar。

脉冲阀.4将处在“施加”还是“缓解”位取决于车辆计算机VCU设定的状态。

司机通过按下司机室的停车制动按钮设置该状态，。

两个压力开关.5和.6探测停车制动气压并将值发送到制动计算机，由此决定激活的状态。

该值可由试验装置.8人工测量来验证。

压力开关.5，可显示施加停车制动，是和牵引安全环路相连的。

这意味着施加停车制动时，列车不会移动。

止回阀.7防止过高压力施加在制动闸片上。

在停车过程中，卡钳中的机械弹簧将闸片压向制动盘，如果气压也下压，会损坏闸片/卡钳/制动缸。

（四）回送控制板功能说明

图12.回送控制板

.01/1－压力传感器。

将输入压力信号发送至计算机；.01/2－压力传感器。

将输入压力信号发送至计算机；.02－电磁阀。

打开以降低制动管路压力，这样操纵阀.08将其激活时就可激活紧急制动。

.04－电磁阀。

TCMS通过开关该阀来打开或关闭制动管路和主风缸管路之间的通道；.05/1－压力开关。

将数字输入信号发送至TCMS。

开关.05/1探测到4.0bar表示“制动管路压力低”，即紧急制动；.05/2－压力开关。

将数字输入信号发送到TCMS。

开关.05/1探测到4.0bar表示“制动管路压力低”，即紧急制动；.06－减压阀。

在回送另一辆CRH车时，将到主制动管路的输出压力减少至6.0bar；.08－操纵阀。

由TCMS计算机在紧急停车回路打开时激活。

激活后，它可操作阀.02来激活紧急停车；.11－过滤器。

去除从回送CRH车或机车到压力传感器和开关的空气中的杂质；.12－试验装置：

用于人工测量制动线路的输出/输入压力时；.13－限流阀；AA－回送控制板C.K2；BB－向制动管路供风（自动连接器）；CC－由主风缸管路供风。

1．回送控制板有两个目的:

在回送动车组中给列车管加压和排压。

在动车组回送动车组时，回送车对被回送车的制动控制，仅能控制紧急制动施加，常用制动无法施加。

只有在机车回送动车组时，才能施加常用制动。

被回送车能很快读出回送机车列车管的压力，以便按照回送机车要求施加制动。

如果被回送动车组的总风管正常并蓄电池有足够电压，可进行回送。

2．列车管路在C动车组回送时增压

压缩空气从总风管通过输入1流向减压阀.06。

减压阀设置为6.0bar并配有综合止回阀。

压缩空气继续流动至电磁阀.04，此阀在无控制电流时保持关闭。

如果过滤阀控制线圈收到电流，阀打开，压缩空气继续流动经过限流阀.13直至试验装置.12压缩空气经过输出2流向列车管直至被回送的车辆以缓解或施加制动。

在供风过程中，压缩空气也供给操纵阀。

只要控制线圈从安全环路收到电流，该阀即可保持打开状态。

从而将压力供给.02，并且保持制动管路压力。

3．列车管在CRH车辆回送时排压

列车管在压力正常的情况下，如果中断至操纵阀.08的控制电流（激活安全环路），阀打开。

主制动管路通过2/2方向阀排压。

4．机车回送时的功能

回送列车的压缩空气通过列车管路从连接器流至被回送车的压力传感器.01/1和01/2和压力开关.05/1和.05/2。

压力传感器.01/1和01/2读取回送机车上列车管的压力，VCU施加等量的常用制动。

5．主制动管路在CRH车辆被回送时的排压

如果压力开关.505/1和05/2探测到的回送动车组或机车列车管路压力降至低于4.0bar，则打开安全环路，从而施加紧急制动。

因此，当回送车的风管

五、结束语

目前我国自主研制的高速动车组制动系统已在“和谐”号上使用,但在技术上和高速铁路技术发达的国家还有很大的差距。

同时,在制动技术方面已经突破了以往空气压力系统的模式，涌现出了电制动、磁轨制动、涡流制动、飞轮储能制动、空气翼板制动、液压制动等一系列新技术，但是随着我国铁路向高速化不断挺进，高速列车的制动问题将更为突出，对于高速列车的制动技术，必须彻底改变过去对于制动系统的陈旧观念和思考模式，根据国外经验以及我国发展高速列车的具体条件，从提高高速列车的安全性、可靠性和舒适性这3项基本要求出发，采用各种新技术并综合考虑机车车辆制动性能和运输、通信、线桥建筑等有关的系统工程问题，令我国动车组制动技术更上层楼。

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