國(guó)內(nèi)外高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)技術(shù)研究

宗振 馬向波 張燕杰

摘要：在高速動(dòng)車(chē)組中基礎(chǔ)制動(dòng)是最重要的組件之一，對(duì)于保證動(dòng)車(chē)的安全運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。本文主要介紹國(guó)內(nèi)外的基礎(chǔ)制動(dòng)技術(shù)的原理和發(fā)展，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：國(guó)內(nèi)外;高速動(dòng)車(chē)組;基礎(chǔ)制動(dòng)技術(shù)

制動(dòng)系統(tǒng)性能直接影響動(dòng)車(chē)組的運(yùn)行安全及乘客的乘車(chē)安全，而基礎(chǔ)制動(dòng)是高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)中的最為關(guān)鍵的裝置之一，是高速動(dòng)車(chē)組在制動(dòng)系統(tǒng)其他制動(dòng)措施失效情況下的最后一道安全保障。為滿(mǎn)足速度不斷增高的動(dòng)車(chē)組制動(dòng)距離要求，世界各國(guó)專(zhuān)家學(xué)者對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)方式的新型式進(jìn)行不斷地探索：主要針對(duì)高速動(dòng)車(chē)組盤(pán)形制動(dòng)裝置的工作原理、組成、選型原則及試驗(yàn)方法進(jìn)行介紹。

1高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置基本要求

高速動(dòng)車(chē)組由于速度高、制動(dòng)熱負(fù)荷大，對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置提出了更高的要求。對(duì)于高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置必須具備如下條件：（1）必須能夠承受緊急制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生巨大制動(dòng)負(fù)荷。在其他制動(dòng)型式失效情況下，基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)作為主要的甚至唯一的安全保障，必須能夠承擔(dān)高速動(dòng)車(chē)組巨大的制動(dòng)負(fù)荷，并將巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟⒃诖髿庵小＃?）基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作必須靈活可靠。高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作靈活及高的可靠性直接關(guān)系到列車(chē)的運(yùn)行安全，當(dāng)動(dòng)力制動(dòng)失效時(shí)，盤(pán)形制動(dòng)必須保證高速動(dòng)車(chē)組能在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車(chē)，以確保行車(chē)安全。因此盤(pán)形制動(dòng)作為基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的重要組成部分，是高速動(dòng)車(chē)組的基本制動(dòng)方式。（3）基礎(chǔ)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)必須緊湊、制動(dòng)效率高。結(jié)構(gòu)緊湊以滿(mǎn)足高速動(dòng)車(chē)組每軸配置多套基礎(chǔ)制動(dòng)單元的需要;盤(pán)形制動(dòng)的制動(dòng)效率一般要大于90%，以保證有足夠的制動(dòng)力輸出。（4）基礎(chǔ)制動(dòng)的制動(dòng)摩擦副在各種速度下都必須有良好的摩擦磨損性能及耐磨性，摩擦系數(shù)穩(wěn)定。制動(dòng)盤(pán)和閘片有足夠長(zhǎng)的使用壽命。（5）基礎(chǔ)制動(dòng)要保證列車(chē)在規(guī)定的坡道上安全停放。（6）基礎(chǔ)制動(dòng)要有良好的環(huán)境適應(yīng)性，在低溫、雨雪、風(fēng)沙、潮濕等環(huán)境下能夠長(zhǎng)期正常工作。

2國(guó)外高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)技術(shù)發(fā)展情況

國(guó)外高速動(dòng)車(chē)組從20世紀(jì)60年代發(fā)展至今，制動(dòng)系統(tǒng)仍采用微機(jī)控制直通式電空制動(dòng)控制系統(tǒng)或自動(dòng)式制動(dòng)控制系統(tǒng)，輔以大功率盤(pán)形基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、高性能防滑器、渦流制動(dòng)裝置、磁軌制動(dòng)裝置等，來(lái)滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)要求。制動(dòng)技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性、可維護(hù)性等始終是制動(dòng)系統(tǒng)追求的目標(biāo)。從國(guó)外軌道車(chē)輛制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展情況看，智能控制、集成化、小型化、輕量化和節(jié)能、環(huán)保等己成為制動(dòng)技術(shù)發(fā)展的重要方向。

1.1制動(dòng)控制系統(tǒng)的集成化、小型化和智能控制技術(shù)

近幾年，國(guó)外髙速列車(chē)、機(jī)車(chē)和城軌列車(chē)制動(dòng)控制技術(shù)均在向集成化、小型化和智能控制的方向發(fā)展。法維萊公司推出了一種機(jī)電一體化高度集成的制動(dòng)控制單元，采用輕量化、模塊化設(shè)計(jì)理念，尺寸小，重量不到13kg。該制動(dòng)控制單元具備單軸制動(dòng)控制和防滑控制能力，可以適用于車(chē)控、架控和軸控多種場(chǎng)合。制動(dòng)控制單元的緊急制動(dòng)安全等級(jí)達(dá)到SIL4，常用制動(dòng)和防滑控制安全等級(jí)達(dá)到SIL2，部件采用長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)，大修周期長(zhǎng)達(dá)10年。由于采用了大流量排氣閥，制動(dòng)響應(yīng)速度更快。該制動(dòng)控制單元不僅適用于地鐵列車(chē)，也可延伸到動(dòng)車(chē)組制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。曾在我國(guó)CJ-1型城際動(dòng)車(chē)組上運(yùn)用的IRV型集成中繼閥也屬于一種高度集成的制動(dòng)控制產(chǎn)品，該集成中繼閥包括常用制動(dòng)電磁閥、緊急制動(dòng)電磁閥、空重車(chē)調(diào)整閥、雙膜板中繼閥等部件，集成了常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)的制動(dòng)缸壓力控制功能以及空重車(chē)調(diào)整功能。

1.2基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的輕量化和模塊化

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的輕量化、小型化、模塊化成為其主要發(fā)展方向?？酥Z爾公司新近推出了一種粗、細(xì)筋相搭配的軸裝制動(dòng)盤(pán)，粗筋主要用來(lái)承擔(dān)制動(dòng)盤(pán)受力，細(xì)筋主要用來(lái)增強(qiáng)制動(dòng)盤(pán)散熱性，能滿(mǎn)足更大制動(dòng)功率的使用要求。法維萊公司推出的適用于高速列車(chē)、機(jī)車(chē)、客車(chē)和貨車(chē)的焊接制動(dòng)盤(pán)是一種新型的軸裝制動(dòng)盤(pán)，該制動(dòng)盤(pán)能完全滿(mǎn)足UIC和EN標(biāo)準(zhǔn)，材料性能優(yōu)異，在一定范圍內(nèi)可以根據(jù)顧客要求靈活設(shè)計(jì)產(chǎn)品的尺寸和使用壽命;雖然散熱筋數(shù)量較少，但能提供很好的散熱性能。該制動(dòng)盤(pán)可以根據(jù)不同維護(hù)周期確定制動(dòng)盤(pán)厚度，適用于各種尺寸要求，相比原有結(jié)構(gòu)的同樣制動(dòng)盤(pán)可減重21%，維護(hù)時(shí)更換的時(shí)間更短且可與既有產(chǎn)品互換。但該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)零件精度和裝配有較高的要求

3我國(guó)高速動(dòng)車(chē)制動(dòng)技術(shù)發(fā)展方向探討

隨著各種先進(jìn)的控制技術(shù)、新材料技術(shù)等的應(yīng)用，高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)技術(shù)水平在不斷提升。制動(dòng)力控制的準(zhǔn)確性和精細(xì)調(diào)節(jié)能力的提髙，為復(fù)合制動(dòng)控制、ATC控制等提供了有利條件，從而保證了不同制動(dòng)方式之間的良好配合以及列車(chē)的平穩(wěn)運(yùn)行、精確停車(chē)等;制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品向模塊化、高度集成化、小型化方向發(fā)展，使制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系列化、簡(jiǎn)化安裝設(shè)計(jì)等更為方便，功能也更為強(qiáng)大;制動(dòng)系統(tǒng)的診斷和監(jiān)控、故障導(dǎo)向安全、冗余設(shè)計(jì)等日益完善，使其可靠性不斷提高，為高速動(dòng)車(chē)組的安全運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造了條件。由于在復(fù)合制動(dòng)、適應(yīng)ATC控制等方面，微機(jī)控制直通電空制動(dòng)比自動(dòng)電空制動(dòng)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，另外，在實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的精確控制、提高響應(yīng)性等方面，微機(jī)控制直通制動(dòng)都要優(yōu)于自動(dòng)制動(dòng)方式，所以微機(jī)控制直通電空制動(dòng)技術(shù)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍然是高速動(dòng)車(chē)組的主流控制技術(shù)。同時(shí)隨著高速動(dòng)車(chē)組運(yùn)行速度的提高和制動(dòng)功率的加大，非黏著制動(dòng)將具有較廣闊的運(yùn)用前景。因此，智能控制和智能診斷功能、集成化、小型化、輕量化和節(jié)能環(huán)保等是動(dòng)車(chē)組制動(dòng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也應(yīng)是我國(guó)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向

4結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)技術(shù)自主研發(fā)工作的開(kāi)展，也應(yīng)建立技術(shù)安全體制，明確產(chǎn)品的安全等級(jí)要求，建立產(chǎn)品的全壽命周期管理體系，均衡成本與可靠性需求，充分利用產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)用數(shù)據(jù)，提升可靠性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證水平，保障產(chǎn)品的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李和平，林祜亭.高速列車(chē)基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J]，中國(guó)鐵道科學(xué)，2017，24（2）：8-13.

[2]李繼山.高速列車(chē)合金鍛鋼制動(dòng)盤(pán)壽命評(píng)估研究[D].北京：鐵道科學(xué)研究院，2016.

[3]丁福焰，李和平，李繼山.機(jī)車(chē)車(chē)輛和高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展[C].中國(guó)鐵道科學(xué)研究院60周年學(xué)術(shù)論文集，2010.03.

[4]李益民，張 維.動(dòng)車(chē) 組 制 動(dòng) 系 統(tǒng)[M].成 都：西 安 交 通 大學(xué)出版社，2018.

（作者單位：中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司）