CRH2型动车组制动系统分析.docx
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CRH2型动车组制动系统分析
CRH2型动车组制动系统分析
自从1825年世界上第一条铁路建成并通车开始，铁路逐渐成为了交通运输中的重要运输方式之一。
快速、可靠、舒适、经济和环保是铁路在与其他运输方式的竞争中取胜的先决条件，许多国家都在通过新建或改建既有线发展高速铁路。
国际上一般认为，高速铁路动车组是最高运行时速在200公里以上的铁路运输系统。
所谓动车组就是由若干动力车和拖车或全部由动力车长期固定连挂在一起组成的车组。
高速动车组的牵引动力配置基本上有两种型式，即集中配置型和分散配置型。
传统的机车牵引形式就是牵引动力集中配置，列车由一台或几台机车集中于一端牵引。
由于机车总功率受到限制，难以满足进一步提高速度的要求。
动车组编组中的车辆全部为动力车，或大部分为动力车，即牵引动力分散配置。
由于动车组可以根据某条线路的客流量变化进行灵活编组，可以实现高密度小编组发车以及具有安全性能好、运量大、往返不需掉转车头、污染小、节能、自带动力等优点，受到国内外市场的青睐，应用也越来越广泛，被称为铁路旅客运输的生力军
第六次铁路大提速，以“和谐号”为代表的高速动车组，如梭箭般穿行于大江南北，将中国铁路带入高速时代，我国既有线路列车运行速度也一举达到世界先进水平，铁路运输事业呈现飞速发展全新局面，高速动车组以其安全，准时，快速，舒适，节能，环保，等诸多优点，高速动车组是在现代科学技术的基础上发展起来，同时也带动并促进了科学技术发展，高速动车组有别于现在运用的内燃，电力机车。
其区别在于动车组各部件大量运用高新技术，特别是在转向架结构，车体轻量化，列车动力分配，电传动控制技术，列车信息网络及制动系统都具有各自的高科技含量。
高速动车组制动系统具有先进科技技术,其中以CRH2型动车组最为出名。
CRH2型高速动车组制动系统采用电气指令是微机控制直通式电控制动，制动指令的接收，处理和电气制动与空气制动协调配合等，一般都是有微机来完成，动车组各车辆上的制动控制装臵由制动控制单元，EP阀，中继阀，空重调整阀，紧急制动电磁阀等组成，载荷调压装臵直接来自空气簧空气压力，空气弹簧压力通过传感器转化为与车重相应的电信号，制动控制单元根据制动指令及车重信号计算出所需的制动力，并向电气制动控制装臵发出制动信号，电气制动控制装臵控制电气制动产生作用，并将实际制动力的等值信号反馈到制动控制器，制动控制器进行计算，并把与计算结果相应的电信号送到中继阀，中继阀进行流量放大后，使制动缸获得相应的压力，拖车常用制动时，制动控制装臵的动作过程与动车的基本相同，但是因为没有电气制动，所有不必进行电气制动与空气制动的协调，所需制动力全部通过EP阀转化为相应的空气压力信号，然后由中继阀使制动缸产生相应的制动力。
一国外动车组及CRH2型动车组的发展历史
1国外动车组发展状况
世界高速铁路动车组技术最发达的国家有3个：
德国、日本和法国。
各国使用动车的比重以日本为最大，占87％；荷兰、英国次之，分别占83％和61％；法国、德国又次之，分别占22％和12％。
德国铁路自20世纪80年代起开始发展250km／h以上的高速客运列车。
1985年，Siemens公司与Adtranz公司联合开发的高速动车组ICEN开始投入运行，设计最高速度为350km／h，并在试运行阶段创下了406．9km／h的德国最高试验速度记录。
日本高速列车全部采用电动车组的形式。
从1964年10月1日起至今，日本的高速列车已走过了40年的发展历史，从0系高速列车开始，相继研制开发了loo系、100N系、200系、E1系、400系、300系、500系、E2系和700系等高速列车。
从法国第一条高速铁路TGV东南线全线通车至今已有20多年了，这一期间，法国高速铁路获得了前所未有的飞跃发展，1999年已拥有高速铁路新线1280km，2001年地中海高速线开通。
法国高速铁路新线里程已达1576km，高速列车TGV可以提供服务的路网范围达5900km
2简介我国CRH2型动车组及发展
CRH2型动车组以E2-1000型动车组为原型车，通过全面引进设计制造技术，由四方股份公司在国内制造生产。
CRH2型动车组是我局最早开行的动车组，全局目前配臵已达24组。
主要开行方向为上海至北京、上海至南京。
CRH2型电力动车组，是中华人民共和国铁道部为进行中国铁路第六次大提速及营运新建的高速城际铁路及客运专线，向日本川崎重工及中国南车集团四方机车车辆股份有限公司订购的CRH系列高速动车组车款之一。
中国铁道部将所有引进国外技术、联合设计生产的中国铁路高速（CRH）车辆均命名为“和谐号”。
CRH2系列为动力分布式、交流传动的电力动车组，采用了铝合金空心型材车体。
CRH2型是以日本新干线的E2系1000番台为基础，也是继台湾高铁的700T型后，第二款自日本出口的新干线列车。
中方最初向拥有700系及800系技术的日本车辆制造（日车）及日立制作所洽商，但日车及日立均表明拒绝向中国进行技术转移。
其后中方改向与四方有合作的川崎招手，当时川崎的销售业绩并未如预期理想，便出售3组E2-1000系及其车辆技术予中国，以改善业绩。
川崎向中国出售新干线技术最初仍被东日本旅客铁道（JR东日本）、日车及日立反对，后经一轮谈判，川崎在得到众日本公司不反对亦不赞成的情况下，出售E2-1000系车辆及技术予中国。
中国以引进国外先进技术并吸收的方式，南车青岛四方机车车辆股份有限公司由在国内生产实现国产化，并以此为基础实现自主创新。
3.CRH2型动车组的主要类型
ACRH2A的基本情况分析
CRH2A2004年8月，铁道部展开为用于中国铁路第六次大提速、时速200公里级别的第一轮高速动车组技术引进招标，日本的川崎重工、三菱商事、三菱电机、日立制作所、伊藤忠商事、丸红六家企业组成“日本企业联合体”，和中国中国南车集团四方机车车辆股份有限公司联合投标并成功中标，2004年10月20日，川崎重工代表“日本企业联合体”与中国铁道部在北京签订出口铁路车辆、转让技术的合同[1]，总价值93亿元人民币，订单中首批60列时速200公里级别动车组随后被正式定型为CRH2A（CRH2-001A～CRH2-060A）。
CRH2A的编组方式是4节动车配4节拖车（4M4T），每4节为一个单元，牵引功率为4800千瓦，最高营运时速为250公里，标称时速200公里，列车装有两副受电弓。
列车设有一等座车、二等座车和二等座车/餐车，其中一等座及二等座座椅均可旋转。
CRH2A可两组重联运行。
CRH2A基本上与日本的原型车E2系相同，并使用与E2系相同的牵引电动机，但也按照中国国情及铁路标准而作出适当的改动，包括安装采用德国斯特曼公司（Stemmann-Technik）技术的DSA250型受电弓（日本的E2-1000使用PS207型），以适应高变化的沿线接触网。
在驾拖车顶部均装有多种信号天线，这也是日本本土的同型车所没有的。
CRH2A型动车组获2007年度全国铁路科学技术奖一等奖。
[7]CRH2-010A为配属铁道部的综合检测列车之一，安装了ATP、信号参数、无线场强、弓网关系、轨道几何形态、动力学及加速度检测的设备和线路监视系统[8]，主要负责时速200—250公里级的新建高速铁路和既有提速干线的轨道几何状态、动力学、接触网、信号、ATP、无线通信、线路环境等，进行了每月三次的周期性检测，平均每月检测约4.5万公里，其检测结果及时发送到铁道部主管部门和相关铁路局维修部门。
BCRH2B的基本情况分析
CRH2B2007年，四方机车车辆股份有限公司获得铁道部10列CRH2B型16节长大编组动车组新订单，合同总值约30亿元人民币，编号为CRH2-111B～CRH2-120B。
CRH2B在CRH2A基础上扩编至16节，并加装了半主动减震器、车端耦合减振（车端阻尼器）、头车两侧车灯，也改进了空调的通风系统。
设有3节一等座车、12节二等座车和1节餐车，其中一等座及二等座座椅均可旋转，全列车定员增加至1230人，并在车厢内加装了电视屏幕影视系统。
编组方式是8节动车配8节拖车（8M8T），每4节为一个单元，牵引功率为9600千瓦，最高营运时速为250公里，标称时速200公里。
列车装有四副DSA250型受电弓。
CRH2B型长大编组动车组取消了重联控制系统，因此无法两车重联运行。
首列CRH2B（CRH2-111B）于2008年6月29日下线。
[9][10]并于2008年8月1日起正式投入合宁铁路运营[11]。
现时10组CRH2B全部配属上海铁路局
C、CRH2C（CRH2-300）
2005年6月至9月，铁道部展开时速300公里级别的第二轮高速动车组招标，这一次招标形式与第一次时速200公里级别动车组招标明显不同，当时的情况是中国大陆刚刚发生了广泛的反日示威活动，为
避免引起反日情绪，铁道部和其代理中技国际招标公司并未发布招标公告，而是采用了“竞争性谈判”（政府采购方式的一种，即小范围内地展开报价和谈判）的方式；铁道部更一度否认与日本进行订购谈判，南车四方与日本川崎重工也没有公开明确表态。
结果继德国西门子及唐山轨道客车联合中标后，中国四方机车车辆股份有限公司和“日本企业联合体”再次联合成功中标。
并获得60列CRH2C型（CRH2-300）动车组的订单，其中包括了CRH2C第一阶段和CRH2C第二阶段，合同金额总值95亿元人民币。
1.（CRH2-300）第一阶段
（CRH2-300）第一阶段共有30列，编号CRH2-061C～CRH2-090C，是在CRH2A的200km/h平台基础上进行修改，把动车数量增至6节（6M2T），牵引功率为7200千瓦，采用大型中空薄壁铝合金焊接结构，使用DSA350型高速受电弓，以及在受电弓两旁加装挡板等。
根据合同要求，CRH2C（第一阶段）的设计指标为：
持续运营时速为275公里，最高营运时速为300公里（实际最高营运速度为350公里），最高实验时速350公里，标称时速300公里，列车装有两副受电弓。
运用于新建的高速城际铁路及客运专线（例如：
武广客运专线）。
CRH2C可两组重联运行。
首列CRH2C动车组（CRH2-061C）于2007年12月22日出厂，随后南车四方股份和中国铁道科学研究院对动车组进行了为期7个月的试验测试和试运营考验，由2008年初到同年6月底，相继完成了环行线、秦沈线及京津城际线的各项性能试验、型式试验、线路试验，试验期间共进行了涵盖牵引性能、动力学性能、弓网受流、空气动力学等17大项近200余个试验项目。
2008年1月，CRH2-061C及CRH2-062C由四方厂开往北京环铁进行运行测试。
2008年4月24日，CRH2-061C在京津城际铁路上进行高速测试，其最高时速达到近370公里，打破了“中华之星”创造的321.5公里时速纪录。
及至同年6月底，该纪录为德国制CRH3型的时速394.3公里所打破。
此后，该车于2010年1月，在郑西高铁又创造了393公里的时速.
2.CRH2C第二阶段
根据2005年签订的合同，CRH2C（CRH2-300）第二阶段计划共生产30列，编号CRH2-091C至CRH2-110C、CRH2-141C至CRH2-150C，均为8节编组。
CRH2C第二阶段在第一阶段的基础上进行重新研制，对多方面改善了设计。
与第一阶段的动车组相比，CRH2C第二阶段改用了加大功率的YQ-365型交流牵引电动机（365千瓦），8节短编组列车总功率提升至8760千瓦，传动比也作出相应修改，列车持续运营时速提高至350公里，最高运营时速为380公里。
车体铝合金结构和隔音减震降噪技术借鉴了CRH3的设计，改善车体在高速运行时的共振和气动变形问题，并且对转向架二系悬挂进行改进，又加装了一个抗蛇行减震器，以解决CRH2C第一阶段所存在的垂向和横向振动问题。
另外列车也加强了减低阻力的设计，例如受电弓的两侧挡板改为立体围护整流罩（093C之后的车型又改回两侧挡板），以及减少头车车顶的信号天线等。
在车厢内部设计方面，内饰面料也部分模仿了CRH3型的木质暖色调，并大量使用LED光源。
首列CRH2C第二阶段动车组（CRH2-091C）在2010年1月完成，于2010年2月起在郑西客运专线投入运营。
在30列CRH2C第二阶段动车组之中，最后一列（CRH2-150C）的性质较特殊。
由于四方机车车辆也承担了新一代时速350公里级别高速动车组（CRH2-350，或称CRH380A）的研发任务，为了预先获得CRH380A型动车组新头型的空气动力效能和实车试验数据，铁道部于2009年决定将CRH2-150C作为CRH380A的试验实体样车，改为使用下一代的新头型。
2010年1月，CRH2-380的车体率先于网上曝光。
四方机车车辆股份于2010年4月12日，通过新一代高速列车新头型发布会，宣布4月底完成试验车下线。
这列动车组于2010年4月底在青岛下线，车身仅标示为“试验车CRH380A”。
2010年4月26日，试验动车组被运送至中国国家铁道试验中心北京环行铁道，安装各种试验设备并布线；2010年5月4日，列车由北京出发经京广铁路赴郑州；5月11日起，试验车开始于郑西客运专线进行时速160公里以下调试试验，6月7日开始正式高速试验，通常每天往返郑州和灵宝西共三个来回，试验一直持续至8月。
2010年9月初，这列试验车转往武广客运专线继续进行试验工作。
至同年11月，按铁道部统一安排，CRH2-150C正式配属上海铁路局，作为综合检测车之用
D、CRH380A（CRH2-380）
株洲南车电机受让日本三菱电机提供的MT205型牵引电动机及ATM9型牵引变压器技术，产品于2005年年底开始试生产[29]，至2007年8月20日通过铁道部考核验收。
在首批60列CRH2A动车组中，株洲南车电机为其中17组列车提供272台牵引电动机，另为这些列车提供其中36台牵引变压器。
[30][31]另有一些电机是由日立或山西永济电机提供，型号为YJ92A型
株洲南车时代受日本东芝提供转让IGBT牵引逆变器等电气系统技术[32]，当中牵引逆变器的国产化工作由株洲所及三菱合资的株洲时菱交通设备公司负责，在CRH2-022A至CRH2-060A的39组CRH2A列车的牵引逆变器中，其中31组使用了时菱产品，另有8组使用日立产品。
2007年11月26日，四方向南车时代采购供CRH2C使用的牵引逆变器、辅助牵引变流器、通风系统及列车信息系统，合同总值5.96亿元人民币，供货期由2008年首季开始，至2009年首季结束。
[33]由南车青岛四方机车研制开发的时速250公里动车组高速转向架（CRH2型高速动车组也使用此转向架），实现了高速列车核心技术的关键突破，荣获国家科学技术进步一等奖。
[34]不过，日方并无转让车辆的控制软件和源代码技术予中国，倘若软件出现问题，仍需由日本技术人员解决。
按照技术转让协议，作为技术转让方川崎重工负责对四方公司包括设计、生产、管理等职位约300人进行培训。
二制动系统
1制动系统的基本概念
人为地制止列车运动，包括使其减速、阻止其运动或加速，均可称为制动。
反之，对已施行制动的列车，解除或减弱其制动作用，均称为缓解。
为了使列车能施行制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为制动装置。
我国铁路广泛使用的空气制动装置从结构上可分为制动机和基础制动装置两个组成部分。
制动机是产生制动原动力并进行操纵和控制的部分，如盘形制动装置中的制动缸、分配阀等；基础制动装置是传送制动原动力并产生制动力的部分，如盘形制动装置中的制动夹钳。
对于动车组来说，制动的重要性早已不仅仅是安全问题了，它已成为限制列车速度进一步提高的重要因素；要做到列车的高速，除了要有很大的牵引力功率之外，还必须有足够强大的制动能力。
A动车组制动系统的分类制动分类标准
动车组制动系统的分类制动方式有多种分类标准，下面主要介绍如下两种：
（1）按制动力的操纵控制方式，动车组所采用的制动方式可分为空气制动、电空制动和电制动三类。
（2）动车组制动作用按用途可分为如下四大类：
常用制动、非常之东、紧急制动、辅助制动。
2动车组制动系统的组成及特点
A动车组制动系统的组成
动车组运行速度高，给列车的制动能力、运行平稳性等方面提出一系列挑战。
因此，高速动车组必须装备高效率和高安全性的制动系统，为列车正常运行提供调速和停车制动的手段。
并在意外故障或其它必要情况下具有尽可能短的制动距离。
此外，高速运行的动车组对制动系统的可靠性和制动时的舒适度也提出了更高的要求。
所以，动车组制动系统的性能和组成与普通列车完全不同，他是一个能提供强大制动力并能更好利用黏着的复合制动系统，包括多个字系统，主要由电制动系统、空气制动系统、防滑装置和制动控制系统等组成。
制动时采用电制动与空气制动联合制动的方式，且以电制动为主。
B动车组制动系统的特点
（1）制动能力强、响应速度快
（2）制动力分配的准确性和一致性高
（3）故障导向安全
a.多级制动控制方式
b.制动能力的冗余
（4）制动冲力小
三CRH2型动车组制动分析
1CRH2型动车组制动特性
A、制动模式针对性强，趋于智能化
CRH2型动车组的制动系统具有多种制动控制方式，可以满足不同运行条件下对列车制动的需求。
行车中，动车组制动控制装置能接受列车信息网络或司机操纵动作等指令，进行常用制动、快速制动、紧急制动、耐雪制动等相应的制动动作。
1．常用制动特性。
常用制动的制动力共分为7级，行车操纵中使用机会最多。
系统在制动时自动进行延迟充气控制，M车（动车）上产生的电气再生制动除满足本车制动力要求外，多余制动力用来代替T车（拖车）的一部分制动力，T车制动力不足时则由其空气制动力补充，从而维持本制动单元（一个动车和一个拖车构成一个制动单元）所需要的制动力，并实现和保持规定减速度。
另外制动系统还具有空、重车载荷适应功能，制动力能够自动按需变化，维持一定的减速度。
2．快速制动特性。
动车组的快速制动功能，具有比常用制动高1．5倍的制动力。
在司机操作制动手柄时，或动车组运行中未能减速到在闭塞区问规定的出口速度时，控制装置接受ATP、LKJ的指令发出快速制动动作。
3．紧急制动特性。
当出现动车组分离、总风压力不足等紧急情况时，或制动手柄在取出位时系统发出紧急制动动作指令。
紧急制动没有空重车载的调节功能。
紧急制动为纯空气制动，当列车速度160—200km／h，低减速度0．6m／s2；在160km／h以下，较高减速度0．778m／s2。
紧急制动指令发出时，快速制动指令同时输出，这种情况下，紧急制动作为“热备份”方式，只有制动装置发生故障的车辆才产生紧急制动，而其他制动装置正常的车辆则产生快速制动模式下对应的减速度。
4．辅助制动特性。
辅助制动是制动控制装置发生故障或制动指令出现断线现象时使用。
上述情况发生时，司机操作控制台上的控制开关及“TC车”配电盘辅助开关便能发出动作。
但与常用制动、快速制动不同的是，制动系统发出规定的制动力与发出辅助制动时动车组的速度高低无关。
5．耐雪制动特性。
耐雪制动模式是防止雪块进入制动盘和闸片间的空隙，造成摩擦力减弱而专门设置的。
在耐雪制动模式下，在活塞的作用下，闸片轻轻的压住制动盘面，有效减少两者间隙，防止雪块进入。
该制动作用在速度110Km／h以下，司机操作耐雪制动开关和操作制动手柄的条件下产生，制动缸压力设定值为604-20kpa。
B、制动操作灵活，作用灵敏
司机对动车组进行制动操作时，列车减速快，动车组前后车辆制动、缓解效果基本同步。
动车组在两端头车的司机室设有制动控制器，当转动制动手柄时，同轴的凸轮组接通或断开不同电路接点从而形成制动指令，经列车信息监控系统传送到每辆车的制动控制装置，有制动控制装置的制动控制单元运算，按制动控制规律控制EP阀电磁部，并经中继阀送出压缩空气到增压气缸，由基础制动装置完成制动作用。
CRH2型高速动车组制动系统采用电气指令，是微机控制直通式电控制动。
制动指令的接收、处理以及电气制动与空气制动配合等内容，一般都由微机系统来完成。
动车组制动控制装置包括制动控制单元、EP阀、中继阀、空重调整阀、紧急制动电磁阀等部件。
载荷调压装置采集的信号来自空气弹簧空气压力变化值，空气弹簧压力通过传感器转化为与车重相应的电信号，制动控制单元根据制动指令及车重信号计算出所需的制动力，并向电气制动控制装置发出制动信号，电气制动控制装置控制电气制动产生作用，并将实际制动力的等值信号反馈到制动控制器，制动控制器进行计算，并把与计算结果相应的电信号送到中继阀，中继阀进行流量放大后，使制动缸获得相应的压力。
拖车常用制动时，制动控制装置的动作过程与动车的基本相同，但是因为没有电气制动，所有不必进行电气制动与空气制动的协调，所需制动力全部通过EP阀转化为相应的空气压力信号，然后由中继阀使制动缸产生相应的制动力。
C、具备再生制动功能，节能高效
动车组的制动系统具有动车再生制动能力，正常制动操作时，应尽量发挥动力制动能力。
车组中的动车单元在制动时电动机转变为发电机模式，能将在制动时产生的电能同时反馈给电网，既环保又可以降低运行成本。
4M（动）4T（拖）的列车编组中T车采用全空气制动方式，M车既具有再生动力制动也具备空气制动的能力；M车和T车基础制动装置均采用带气压一油压变换的增压气缸和油压盘式制动装置，另外，为减轻闸瓦的磨损，空气制动采用延迟投入控制方式，制动控制采用lMIT的基础制动力控制单元，在单元内设置延迟充气控制，系统对再生制动和空气制动进行协调控制，当制动控制器检测到所生产的制动力不足时，靠电——空联合控制对空气制动力进行补充。
D、各车制动力基本同步，利于平稳
动车组列车产生制动时，各车辆的制动力是基本一致的，制动系统根据乘客量的变化，具有自动调整能力，以减少制动时纵向冲动。
从司机室控制台通过列车信息控制系统的中央装置、终端装置，经由光纤传送接收制动指令，以M—T单元制动力控制模式，再加上空重车载荷调整信号的电空制动控制，用32位微机处理器数字运算方式进行调整，空气弹簧压力经过半导体式压力传感器进行空电变换得到空重车载荷信号，制动力控制所采用的空重车载荷信息是把每车空气簧压力按前后进行比较，在进行空车信号的预设保汪和重车信号的限幅器处理后使用，根据制动指令信号在上升或下降时，因为会导致动车组变化急剧的减速，引起列车冲动。
为降低冲动，提高乘车舒适度，在制动力计算上采用了降低制动冲动的功能把制动指令信号处理后再输出。
E、独特的防滑保护控制,有效防滑
动车组制动系统具有速度——粘着的模式控制，具备防滑保护控制功能。
列车在高速运行下施加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，为减少滑行的发生，动车组专门采用能实现与粘着曲线相适应的制动力控制方式应预先充分考虑到粘着系数变化，采用较低的计算粘着系数。
而实际粘着系数则受气候，轨道面的状态的影响会大幅度地降低，在这样低粘着的条件下制动，轮轨之间很容易产生滑行甚至出现车轮被抱死的状态。
因此，因车轮固点接触轨面滑行面而严重磨损轨面，同时引起制动距离的增大影响安全，还会使乘坐舒适程度下降。
因此，对轮轨间产生的相对滑行状态，应实现尽快检测，同时减小制动力，使轮轨间尽快重新恢复粘着，以防止制动距离延长。
动车组采用滑行快速检测和粘着迅速恢复的控制方法。
有效解决了这一问题。
F、紧急制动和故障监测功能。
导向安全高速动车组具有紧急制动性能和故障监测功能，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。
同时具有故障导向安全的功能，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。
高速动车组由于其高速度运行原因，一旦发生事故将是毁灭性的，因此，铁路技术管理规定紧急制动距离在列车高速运行时，要满200km／h时紧急制动距离不得超过2000米，运行速度250km／h时其紧急制动距离不得超过3
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