動車組制動系統(tǒng)故障對行車安全影響的分析

石先明

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

毫無疑問，安全是鐵路永恒的主題，要確保行車安全，列車制動系統(tǒng)是基礎(chǔ)、是核心，必須選用高安全、高可靠、性能優(yōu)異的制動系統(tǒng)設(shè)備。然而，任何設(shè)備都有可能故障，列車制動系統(tǒng)發(fā)生故障后，不同的故障會產(chǎn)生什么樣的后果?列車?yán)^續(xù)運(yùn)行是否有足夠的安全保障?其安全與速度之間存在什么樣的關(guān)系?這些問題至關(guān)重要。以CRH2型動車組為例，分析我國動車組列車制動系統(tǒng)自身的安全保障措施，并通過理論計(jì)算，深入分析動車組列車制動系統(tǒng)故障后對行車安全的影響程度。限于篇幅的原因，將另行專題研究動車組列車制動系統(tǒng)故障后的安全防護(hù)對策。

1 動車組制動系統(tǒng)構(gòu)成及工作模式

1.1 動車組制動系統(tǒng)構(gòu)成及其特點(diǎn)

我國目前運(yùn)營的動車組有 CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380等，構(gòu)成 CRH系列，廣泛用于 200 km/h以上既有線提速區(qū)段和新建客運(yùn)專線旅客運(yùn)輸［1-3］。CRH系列動車組都采用電氣指令微機(jī)控制的電空復(fù)合制動，即空氣制動與動力制動復(fù)合形成列車的制動力。動力制動是一種電制動，在動車組上大都以再生制動的方式存在。

動力(再生)制動是常用制動優(yōu)先使用的一種制動方式，列車制動時(shí)，優(yōu)先使用再生制動，當(dāng)其制動力不足時(shí)，由空氣制動來補(bǔ)充。當(dāng)列車減慢到很低的速度時(shí)，動力制動能力減弱，甚至減到零。為了在低速階段仍能得到制動力，隨著速度的減少，逐步加入空氣制動，最后全部取代動力制動。

另外，CRH系列動車組采用動力分散方式，其制動系統(tǒng)也采用分散方式，分布在各個(gè)車輛上的制動子系統(tǒng)設(shè)備通過協(xié)同工作，使列車具有足夠的制動力，保護(hù)列車運(yùn)行安全。

CRH2型動車組制動系統(tǒng)主要由制動控制系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動裝置及空氣供給系統(tǒng)三大部分組成［4］。

1.1.1 制動控制系統(tǒng)

制動控制系統(tǒng)主要包括制動信號發(fā)生裝置、制動信號傳輸裝置和制動控制裝置。

制動信號發(fā)生裝置包括司機(jī)制動控制器和制動指令轉(zhuǎn)換裝置。司機(jī)制動控制器位于1、8號(16號)車駕駛室操縱控制臺上。另外各駕駛室內(nèi)安裝1臺制動指令轉(zhuǎn)換裝置，在動車組救援時(shí)，將連掛機(jī)車的列車管空氣壓力變化信號轉(zhuǎn)換成電信號，實(shí)施列車制動。

制動信號傳輸裝置主要用于接收、傳輸制動指令及制動狀態(tài)信息。

制動控制裝置主要用于接收制動指令、實(shí)施制動力控制、防滑控制、故障診斷及信息傳輸?shù)取Ｆ鋬?nèi)部集成了制動控制器(BCU)、空氣閥類組件、風(fēng)缸等設(shè)備。

制動控制裝置接收列車網(wǎng)絡(luò)以及指令線所發(fā)的常用制動或快速制動指令，根據(jù)車輛速度、空氣彈簧壓力等各項(xiàng)因素，算出必要的空氣制動力，輸出到電空轉(zhuǎn)換閥進(jìn)行電空轉(zhuǎn)換，然后供給中繼閥，經(jīng)中繼閥放大流量后，壓力空氣通過防滑閥到達(dá)制動缸。

制動控制裝置可以實(shí)時(shí)將監(jiān)測到的制動信息(如總風(fēng)壓力、制動缸壓力、空氣彈簧壓力等)通過列車網(wǎng)絡(luò)傳輸至車輛信息顯示器上。若車輪抱死、傳感器傳輸異常等故障發(fā)生時(shí)，故障信息會立即通過列車網(wǎng)絡(luò)傳輸至車輛信息顯示器上，報(bào)警并彈出故障信息。

1.1.2 基礎(chǔ)制動系統(tǒng)

CRH2型動車組的基礎(chǔ)制動裝置采用氣壓-油壓轉(zhuǎn)換的液壓夾鉗式盤型制動裝置，列車制動管的壓縮空氣需要經(jīng)過增壓缸的轉(zhuǎn)換，之后向制動夾鉗的油缸輸出高壓油液，推動夾鉗活塞上的閘片夾緊制動盤形成制動力。

1.1.3 空氣供給系統(tǒng)

動車組空氣供給系統(tǒng)主要由主空氣壓縮機(jī)、輔助壓縮機(jī)、儲風(fēng)缸、主風(fēng)缸管路、空氣干燥劑、空氣過濾器及其相關(guān)的輔助設(shè)備等組成。

8輛編組的CRH2型動車組的風(fēng)源系統(tǒng)有2套:一套是3臺主空氣壓縮機(jī)組成的主風(fēng)源，分別位于3、5、7號車，主要為空氣制動系統(tǒng)供風(fēng)，同時(shí)為氣動輔助設(shè)備(包括風(fēng)笛、空氣簧、門控、集便器等)提供風(fēng)源;另一套為3臺輔助空氣壓縮機(jī)，分別位于2、4、6號車，主要為受電弓升降弓裝置、真空斷路器提供風(fēng)源。

CRH2型動車組的風(fēng)缸采用冗余設(shè)計(jì)，即使其中一半的壓縮機(jī)不能工作，供風(fēng)系統(tǒng)也能滿足各用風(fēng)裝置的正常用風(fēng)要求，整個(gè)制動系統(tǒng)仍能正常工作。

CRH2型動車組的供風(fēng)系統(tǒng)由列車主控計(jì)算機(jī)監(jiān)控，正常情況下，系統(tǒng)自動工作，壓縮機(jī)為管路與儲風(fēng)缸加壓，通過壓力傳感器，監(jiān)測氣壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，風(fēng)缸停止工作。在列車運(yùn)行過程中，如果壓力下降到某一值，主壓縮機(jī)開始啟動;如果壓力繼續(xù)下降第二壓縮機(jī)啟動;如果進(jìn)一步下降，第三壓縮機(jī)啟動，當(dāng)氣壓低于警戒值時(shí)，自動實(shí)施緊急制動，保障行車安全。

1.2 動車組制動模式

動車組運(yùn)行時(shí)的制動工況最主要有2種:常用制動和緊急制動，各型動車組還有一些自身特色的其他制動功能，如CRH2型動車組還有快速制動、輔助制動等功能。常用制動是動車組常用的制動控制方式，用于正常的調(diào)速或停車。緊急制動用于緊急情況下的最大減速停車。

CRH2型動車組司機(jī)制動控制器設(shè)置“運(yùn)行”位、1～7級常用制動位、“快速”制動位以及“拔取”位等。

1.2.1 常用、快速制動

CRH2型動車組在常用、快速制動情況下，基于預(yù)先設(shè)定的制動模式曲線控制列車減速或者停車，采用具有時(shí)間常數(shù)的柔性控制方式，對列車減速度變化率進(jìn)行控制。

制動控制裝置具有空重車調(diào)整功能，常用、快速制動時(shí)，減速度不受列車荷載的影響，動車組按照設(shè)定的減速度特性進(jìn)行制動控制。

1.2.2 緊急制動

CRH2型動車組設(shè)有貫穿全列車的“得電緩解”緊急制動回路，回路失電時(shí)列車立即實(shí)施緊急制動。

在駕駛室內(nèi)設(shè)有緊急制動開關(guān)，緊急情況下(如總風(fēng)缸壓力不足，或列車分離，或緊急制動回路中斷或失電，或檢測到制動力不足，或列車運(yùn)行控制系統(tǒng)發(fā)出緊急制動指令，或緊急電磁閥失電，或緊急制動開關(guān)動作時(shí))，緊急制動可以由司機(jī)起動或自動觸發(fā)。緊急制動時(shí)，動車組防滑裝置正常起作用進(jìn)行防滑控制，避免車輪擦傷。

緊急制動作用時(shí)，同時(shí)自動觸發(fā)快速制動，制動控制裝置按照高位輸出的原則輸出制動缸壓力。

1.2.3 輔助制動

CRH2型動車組在兩頭車設(shè)置輔助制動模式發(fā)生器，當(dāng)制動控制裝置異常、制動指令線斷線以及傳輸異常等情況下需要維持動車組低速運(yùn)行時(shí)，閉合駕駛室內(nèi)輔助制動斷路器，通過操作司機(jī)制動控制器，在兩頭車實(shí)施輔助制動，能產(chǎn)生相當(dāng)于3級、5級、7級常用制動及快速制動。

2 動車組制動系統(tǒng)安全保障措施

從上可知，動車組制動系統(tǒng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大的自動控制系統(tǒng)和制動執(zhí)行設(shè)備，自身具有非常完備的故障監(jiān)測、報(bào)警和故障導(dǎo)向安全的控制功能，當(dāng)制動系統(tǒng)的某一部件發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測裝置會提示及報(bào)警，并采取相應(yīng)的故障處理措施。表1歸納總結(jié)了CRH2型動車組列車制動系統(tǒng)的各種故障源及其處理對策措施。

表1 CRH2型動車組制動系統(tǒng)故障源及其導(dǎo)向安全策略

3 動車組制動系統(tǒng)故障后繼續(xù)運(yùn)行對行車安全的影響

表1反映的是動車組制動系統(tǒng)發(fā)生故障的那一時(shí)刻對行車安全的影響和應(yīng)對措施，不涉及之后繼續(xù)運(yùn)行時(shí)的行車安全問題。根據(jù)《鐵路客運(yùn)專線技術(shù)管理辦法(試行)(200～250 km/h部分)》［1］第 219 條、《鐵路客運(yùn)專線技術(shù)管理辦法(試行)(300～350 km/h部分)》［2］第230條的規(guī)定，動車組列車在制動系統(tǒng)發(fā)生了故障、制動力被部分切除的情況下還需要繼續(xù)運(yùn)行;為保障行車安全，要求采取限速措施。那么僅僅采取限速措施，就可以保證行車安全嗎?筆者認(rèn)為有必要深入分析研究動車組制動系統(tǒng)故障后的行車安全問題。

3.1 動車組制動系統(tǒng)故障分類及對行車安全影響的初步分析

對表1中的各種故障源的后果進(jìn)行分類梳理，可以細(xì)分出如下4類故障。

(1)第Ⅰ類故障:制動系統(tǒng)能自動監(jiān)測到故障，故障后制動性能不受影響，列車可以繼續(xù)正常運(yùn)行。

這類故障又可以分為2種情況，一種是制動系統(tǒng)具有故障冗余設(shè)計(jì)，利用冗余(備用)設(shè)備繼續(xù)保持動車組正常運(yùn)行;另一種是動車組制動力沒有下降，停車后，隨車機(jī)械師檢查故障原因，解除故障后，制動系統(tǒng)恢復(fù)完好，列車再起動后正常運(yùn)行。如表1中的A.1.1司機(jī)制動控制器無制動指令輸出、A.2.1光纖傳輸不良、A.3.1車重信息載荷信號異常、B.1.1空壓機(jī)故障以及D.1.1無法實(shí)施電制動等故障。

此類故障發(fā)生時(shí)，列車制動系統(tǒng)性能不受影響，因此其安全性沒有降低。

(2)第Ⅱ類故障:制動系統(tǒng)能自動監(jiān)測到故障，故障后自動實(shí)施緊急制動，停車后不能繼續(xù)運(yùn)行。

表1中的A.3.3控制裝置電源失電、B.1.2總風(fēng)壓力不足以及B.2.1列車分離等故障屬于第Ⅱ類故障。該類故障發(fā)生時(shí)，制動系統(tǒng)自動觸發(fā)緊急制動，緊急制動過程中，利用列車風(fēng)管的保壓量，其制動力并沒有下降。因此，其制動過程是安全的。另外，列車停車后，因故障不能修復(fù)，只能等待救援。救援后的行車安全這里不予討論?？傊?，第Ⅱ類故障沒有安全性問題。

(3)第Ⅲ類故障:制動系統(tǒng)能自動監(jiān)測到故障，故障后需采取“關(guān)門車”處理，司機(jī)根據(jù)“關(guān)門車”的數(shù)量按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行限速后，列車可以繼續(xù)運(yùn)行。

表1中的A.3.2個(gè)別車制動控制裝置不能實(shí)施制動功能、A.3.4制動控制裝置速度發(fā)電機(jī)斷線、A.3.5制動力不足、A.3.6抱死、A.3.7制動不緩解以及B.2.2管路泄漏的故障都屬于第Ⅲ類故障。

此類故障列控系統(tǒng)車載設(shè)備(以下簡稱為ATP)并不“知情”，對行車安全可能會產(chǎn)生一定影響。這是因?yàn)?部分車輛“關(guān)車門”后，該車輛的制動力也就不復(fù)存在，導(dǎo)致列車的整個(gè)制動性能下降，而ATP是按照列車制動系統(tǒng)工作正常、制動力為規(guī)定值并適當(dāng)留出余量后對列車進(jìn)行超速防護(hù)的。如果“關(guān)車門”數(shù)量較大，整個(gè)列車的實(shí)際制動力(或稱剩余制動力)小于ATP的計(jì)算值時(shí)，列車在后續(xù)的運(yùn)行中，ATP將難以保證列車不超速、不冒進(jìn)。

(4)第Ⅳ類故障:動車組制動力降低，且其故障得不到監(jiān)測。

表1中只有一種這類故障，就是動車組制動夾鉗的工作狀態(tài)無法完全被監(jiān)測到，其發(fā)生故障后，動車組的制動力會降低，司機(jī)和控制系統(tǒng)(包括動車組制動控制系統(tǒng)和列控系統(tǒng))均不能立即得到信息。

與第Ⅲ類故障一樣，第Ⅳ類故障到達(dá)一定程度后，整個(gè)列車的實(shí)際制動力(或稱剩余制動力)小于ATP的計(jì)算值，對行車安全可能會產(chǎn)生一定影響。

第Ⅳ類故障一旦被發(fā)現(xiàn)后，可以采取“關(guān)車門”方式，即轉(zhuǎn)化為第Ⅲ類故障。

3.2 故障場景的安全性定量分析

限于篇幅，本文僅就CRH2型動車組在CTCS-2級列控系統(tǒng)完全監(jiān)控模式下運(yùn)行的特定條件，用定量分析法深入探討動車組制動系統(tǒng)發(fā)生第Ⅲ、Ⅳ類故障后的安全性。

CRH2-200型動車組在正線上運(yùn)行的最高速度為200 km/h，考慮到部分動車段(所)的走行線上的線路最高允許速度為120、80 km/h，或動車組在正線上因故限速160、120 km/h運(yùn)行，因此，本文選取200、160、120、80 km/h四個(gè)速度檔分別進(jìn)行計(jì)算。

3.2.1 有關(guān)技術(shù)參數(shù)和計(jì)算公式

(1)列車取8輛編組，文獻(xiàn)［1，2］要求動車組制動系統(tǒng)切除50%制動力時(shí)還能限速運(yùn)行，因此本文考慮其中可能有1～4輛車的制動力喪失的故障，對應(yīng)的制動力切除比例值分別為 1/8、2/8、3/8、4/8。

(2)線路平均坡度:文獻(xiàn)［3］規(guī)定，高速鐵路區(qū)間的線路坡度一般不大于20‰(困難時(shí)不大于30‰)，站內(nèi)特別困難時(shí)可達(dá)6‰。

(3)道岔:高速鐵路道岔選取18號和12號兩種，其側(cè)向正常運(yùn)行速度分別為80、45 km/h(列控系統(tǒng)的允許運(yùn)行速度)。

(4)CRH2-200 動車組制動性能［5］:

①最大常用制動減速度(7N)

a=0.747 2 (0～70 km/h)

a=0.933 6-0.002 662×v (70 ～118 km/h)

a=0.784 4-0.001 397 7×v (118 ～200 km/h)

②緊急制動減速度

③列車單位基本阻力

w0=0.880+0.007 44×v+0.000 114×v2

④制動延時(shí)空走時(shí)間

常用制動:2.3 s;

緊急制動:1.5 s。

(5)ATP生成最大常用制動曲線的制動力使用系數(shù)采用0.9，列車運(yùn)行速度超過ATP允許運(yùn)行速度5 km/h時(shí)觸發(fā)常用制動，超過10 km/h(250 km/h以下)時(shí)觸發(fā)緊急制動。

CRH系列動車組ATP計(jì)算的動車組制動距離Sz1采用以下公式［5］

式中 v0——制動初始速度，km/h;

v1，v2——分別為速度間隔的初速和末速，km/h;

tk——?jiǎng)榆嚱M空走時(shí)間，包括ATP延時(shí)時(shí)間、動車組制動系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間，s;

a——?jiǎng)榆嚱M制動減速度(分常用制動和緊急制動);

β——ATP計(jì)算用制動力使用系數(shù)，緊急制動取1.0，常用制動取0.9;

w0——?jiǎng)榆嚱M列車單位基本阻力;

ij——制動地段加算坡度千分?jǐn)?shù)，上坡取正值，下坡取負(fù)值。

(6)CRH系列動車組實(shí)際的制動距離Sz2算式如下

式中 η——制動力切除比例值(分別取1/8、2/8、3/8、4/8 等);

其余同(1)式。

(7)ATP 安全防護(hù)距離［6］

CTCS-2級列控系統(tǒng)的安全防護(hù)區(qū)位于信號機(jī)(點(diǎn))的外方，其安全防護(hù)距離為區(qū)間110 m，站內(nèi)60 m。由于ATP存在測速測距誤差等原因，列車實(shí)際停車點(diǎn)有可能進(jìn)入ATP的安全防護(hù)區(qū)內(nèi)，因此，以下計(jì)算不應(yīng)考慮ATP安全防護(hù)距離的作用。

3.2.2 列車正線停車(含區(qū)間)

假設(shè)動車組在起模點(diǎn)處超速而觸發(fā)了最大常用制動，制動系統(tǒng)此時(shí)也恰巧發(fā)生了第Ⅲ類或第Ⅳ類故障。根據(jù)動車組列車在不同初始速度(指起模點(diǎn)處的運(yùn)行速度，下同)、不同制動力切除比例、不同線路坡度條件，可以計(jì)算停車點(diǎn)冒進(jìn)信號機(jī)(點(diǎn))的距離，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 正線停車時(shí)列車冒進(jìn)信號機(jī)(點(diǎn))的距離 m

從表2可以得出這樣的結(jié)論。

(1)列車冒進(jìn)信號的距離值與列車的初始速度、切除后的剩余制動力、線路坡度等因素都有關(guān)系，但它們之間的關(guān)系比較復(fù)雜，不是簡單的單調(diào)遞增或遞減的函數(shù)關(guān)系。

(2)只要切除了部分制動力(即使是切除1/8)，列車就有可能冒進(jìn)信號機(jī)(點(diǎn))。

(3)列車初始速度低時(shí)，冒進(jìn)信號機(jī)的可能性反而更高，盡管其冒進(jìn)的距離相對較短，但還是危及到行車安全。

(4)當(dāng)制動力切除比例值≥3/8后，列車冒進(jìn)信號的距離值較大;制動力切除比例值≥4/8后，列車冒進(jìn)信號的距離值呈高速增長趨勢。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因分析如下。

前已說過，ATP按上式(1)計(jì)算制動距離，其制動力使用系數(shù)(β)都是一個(gè)事先設(shè)定值(常用制動取0.9，緊急制動取1.0)，與列車實(shí)際制動力大小沒有任何關(guān)系。而動車組實(shí)際制動曲線按上式(2)生成，列車剩余制動力的大小是由動車組各輛車的制動系統(tǒng)工作狀態(tài)決定的，一旦某輛車(或某幾輛車)的制動力因故喪失，會導(dǎo)致動車組整個(gè)制動系統(tǒng)的制動力下降。當(dāng)動車組制動系統(tǒng)實(shí)際的剩余制動力小于ATP計(jì)算用制動力時(shí)，列車減速過程就會放緩，實(shí)際運(yùn)行速度將越來越高于ATP常用制動允許的速度值。因此，動車組的實(shí)際制動曲線可能由2段曲線組成，如圖1所示。第一段是從初始速度開始的常用制動曲線，該段曲線動車組使用剩余常用制動力;當(dāng)該段曲線碰上ATP控制的緊急制動曲線時(shí)(圖中的轉(zhuǎn)換點(diǎn)處)，ATP立即轉(zhuǎn)為緊急制動，第二段曲線是從轉(zhuǎn)換點(diǎn)開始的緊急制動曲線，動車組使用剩余緊急制動力。

圖1 動車組制動曲線關(guān)系

常用制動轉(zhuǎn)緊急制動的轉(zhuǎn)換點(diǎn)與初始速度、切除后的剩余制動力、線路坡度有關(guān)，基本規(guī)律是:初始速度越高，或剩余制動力越小，轉(zhuǎn)換點(diǎn)就越早，常用制動段也就越短、緊急制動段越長，兩者之間存在著此消彼長的關(guān)系。

當(dāng)轉(zhuǎn)換點(diǎn)發(fā)生得較早時(shí)，如果動車組剩余緊急制動力大于ATP的常用制動力取值，則緊急制動距離消減的效果可能比較明顯，使得實(shí)際的整個(gè)制動距離值有可能小于ATP計(jì)算的常用制動距離值，此時(shí)，列車運(yùn)行是安全的;但如果動車組剩余緊急制動力與ATP的常用制動力取值相差不大(有的列車在低速區(qū)就有這種現(xiàn)象)，則緊急制動距離消減的效果不大，使得實(shí)際的整個(gè)制動距離值仍有可能大于ATP計(jì)算的常用制動距離值，此時(shí)，列車將冒進(jìn)信號機(jī)。

當(dāng)轉(zhuǎn)換點(diǎn)發(fā)生較晚時(shí)，常用制動段較長，常用制動距離延長的效果可能比較明顯，使得實(shí)際的整個(gè)制動距離值大于ATP計(jì)算的常用制動距離值，列車將有可能冒進(jìn)信號機(jī)。

還有一種情況，當(dāng)動車組初始速度較低，或剩余制動力較大時(shí)，動車組的實(shí)際常用制動曲線雖然超過了ATP控制的最大常用制動曲線，但沒有觸碰到ATP控制的緊急制動曲線，沒有觸發(fā)緊急制動(即沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)換點(diǎn))，整個(gè)制動過程只有一個(gè)常用制動段，這時(shí)，實(shí)際制動距離(或冒進(jìn)信號機(jī)的距離)與列車初始速度、剩余制動力之間才是一種單調(diào)函數(shù)關(guān)系。

以上結(jié)論同樣適用于下面?zhèn)染€接車場景的分析。

3.2.3 列車側(cè)線進(jìn)站停車

按照列車制動系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)機(jī)，又可以分為如下2種情形。

(1)列車在駛?cè)脒M(jìn)站信號機(jī)前發(fā)生制動系統(tǒng)故障時(shí)

當(dāng)列車在越過進(jìn)站信號機(jī)前發(fā)生動車組制動系統(tǒng)故障時(shí)，影響列車進(jìn)站安全性的關(guān)鍵之處有2個(gè)方面:一是列車進(jìn)站速度是會否超過道岔側(cè)向限速(即是否會存在側(cè)翻危險(xiǎn))，另一個(gè)是列車是否會冒進(jìn)股道上的出站信號機(jī)或警沖標(biāo)。

假設(shè)動車組在站外起模點(diǎn)處超速而觸發(fā)了最大常用制動，制動系統(tǒng)此時(shí)也恰巧發(fā)生了第Ⅲ類或第Ⅳ類故障。根據(jù)動車組列車在不同初始速度、不同制動力切除比例、不同線路坡度和站內(nèi)不同道岔號條件，可以計(jì)算列車側(cè)向進(jìn)站時(shí)的速度值和進(jìn)入進(jìn)站信號機(jī)后的制動走行距離值。表3、表4是站內(nèi)采用18號道岔時(shí)的計(jì)算結(jié)果。

表3 側(cè)線進(jìn)站時(shí)列車速度km/h

表4 側(cè)線進(jìn)站時(shí)列車在站內(nèi)的制動走行距離 m

表3、表4所示的結(jié)果表明。

①列車側(cè)向進(jìn)站時(shí)的速度值和進(jìn)入進(jìn)站信號機(jī)后的制動走行距離值與列車的初始速度、切除后的剩余制動力、線路坡度等因素都有關(guān)系，它們之間的關(guān)系也不是簡單的單調(diào)函數(shù)關(guān)系。

②只要切除了部分制動力(即使是切除1/8)，列車的進(jìn)站速度值就有可能超過道岔的規(guī)定限速值，制動力≥3/8后，其過岔速度呈高速增長趨勢，列車側(cè)翻的危險(xiǎn)性大增。

③考慮到我國高速鐵路普通車站同方向進(jìn)、出站信號機(jī)之間的距離都比較長(絕大多數(shù)都在1 000 m以上，但一般不超過1 500 m)，當(dāng)制動力切除量不超過3/8時(shí)，列車基本上不冒進(jìn)出站信號機(jī);但按照發(fā)展趨勢，當(dāng)切除的制動力超過3/8，或者(和)列車初始速度很高時(shí)，列車就有可能冒進(jìn)出站信號機(jī)，甚至還有可能冒進(jìn)警沖標(biāo)(根據(jù)文獻(xiàn)［3］的規(guī)定，出站信號機(jī)至警沖標(biāo)的距離為55 m;文獻(xiàn)［7］則補(bǔ)充規(guī)定，出站信號機(jī)至警沖標(biāo)的距離不宜小于30 m，困難條件下不小于20 m)。

(2)列車在越過進(jìn)站信號機(jī)后發(fā)生動車組制動系統(tǒng)故障時(shí)

假設(shè)動車組在站內(nèi)起模點(diǎn)處超速而觸發(fā)了最大常用制動，制動系統(tǒng)此時(shí)也恰巧發(fā)生了第Ⅲ類或第Ⅳ類故障。根據(jù)動車組列車在不同初始速度、不同制動力切除比例、不同線路坡度條件，可以計(jì)算停車點(diǎn)冒進(jìn)出站信號機(jī)的距離。

在暫不考慮股道上出站應(yīng)答器絕對停車報(bào)文觸發(fā)動車組緊急制動這一因素的前提下，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 側(cè)線進(jìn)站后列車冒進(jìn)出站信號距離m

計(jì)算結(jié)果表明:動車組制動力部分切除后，列車有可能冒進(jìn)出站信號機(jī)。當(dāng)切除制動力大于3/8后時(shí)，列車還有可能冒進(jìn)警沖標(biāo)，有列車沖突的危險(xiǎn)。

3.2.4 小結(jié)

通過以上定量分析，可以看出:動車組制動系統(tǒng)故障、制動力下降后，列控系統(tǒng)即使處于完全監(jiān)控模式，也不能保證動車組列車不冒進(jìn)停車信號;而且列車速度較低時(shí)，冒進(jìn)信號的幾率較大，速度較高時(shí)，冒進(jìn)信號的距離較大;另外，當(dāng)制動力下降到一定程度后，列車在側(cè)向進(jìn)站的過程中還有可能存在因超過道岔規(guī)定限速而側(cè)翻的危險(xiǎn)。

不同型號的動車組發(fā)生危險(xiǎn)的程度會不一樣，但其趨勢是一致的。

4 結(jié)論

綜上分析，可以得出如下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)CRH系列動車組采用(制)動力分散、電空復(fù)合制動并優(yōu)先使用電制動，以及冗余型空氣供給系統(tǒng)等技術(shù)方案大大提高了列車制動系統(tǒng)冗余度和安全性能。

(2)動車組制動系統(tǒng)自身具有非常完備的故障監(jiān)測、報(bào)警和故障導(dǎo)向安全的控制功能，當(dāng)制動系統(tǒng)的某一部件發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測裝置會提示及報(bào)警，并采取相應(yīng)的故障處理措施，有利于動車組的安全運(yùn)行。

(3)盡管動車組制動系統(tǒng)具有完善的安全保障措施，但在實(shí)際運(yùn)營中仍需考慮其故障后的安全性。通過定量分析表明，動車組制動系統(tǒng)發(fā)生故障后，即使列控系統(tǒng)正常工作在完全監(jiān)控模式下，僅靠人工限速手段并不能保證動車組的行車安全，動車組列車仍存在冒進(jìn)和超速的危險(xiǎn)，需要采取其他更加有效的安全防護(hù)對策。

［1］中華人民共和國鐵道部.鐵路客運(yùn)專線技術(shù)管理辦法(試行)(200～250 km/h部分)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵路客運(yùn)專線技術(shù)管理辦法(試行)(300～350 km/h部分)［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［3］中華人民共和國鐵道部.高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［4］張曙光.CRH2型動車組［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［5］中華人民共和國鐵道部.列車運(yùn)行監(jiān)控裝置(LKJ)控制模式設(shè)定規(guī)范［S］.北京:2009.

［6］中華人民共和國鐵道部.科技運(yùn)［2007］45號 既有線CTCS-2級列控系統(tǒng)車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)［S］.北京:2007.

［7］石先明，張敏慧.高速鐵路列控系統(tǒng)安全性分析與改進(jìn)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(11).

［8］中華人民共和國鐵道部.關(guān)于印發(fā)《客運(yùn)專線信號工程設(shè)計(jì)研討會會議紀(jì)要》的通知(運(yùn)基信號［2010］495號)［Z］.北京:2010.