CRH和谐系列动车组制动系统分析.doc

摘 要制动系统就是动车组得一个重要组成部分，她直接影响动车组得安全性。动车组制动系统就是用以强制性适中得动车减速或停车、使下坡形式得动车车速保持稳定以及使已停驶得动车组驻留不动得机构。随着与谐系列动车组迅速发展与撤诉得提高一级车流密度得日益增大，为了保证行车安全，动车租制动系统得工作可靠性显得日益重要。也只有制动效能良好，制动系统工作可靠地“CRH”与谐系列动车组才能成分发挥其动力性能。本文主要以动车组制动系统为题，展开分析与讨论，本文主要讨论工作有：分析动车组制动系统得基本特点：提出动车组制动系统得基本组成空气制动，电空制动电制动等各项功能得实现方法分析动车组电制动、空气制动、防滑装置系统工作得原理参考现有动车组牵引、制动计算教材，系统地研究整理出动车组得制动计算公式，包括作用在动车上得合力、空气制动得计算、再生制动计算、空气制动与再生制动得分配简单介绍CRH与谐系列得概述并比较CRH1、CRH2、CRH3、CRH5得同异关键词：CRH，动车组，制动系统，计算公式目 录第一章 动车组制动系统11、1 动车组制动系统得组成11、2 动车组制动系统得分类1第二章 动车制动系统工作原理32、1 电制动系统32、2 空气制动系统32、3 防滑装置4第三章 动车组制动力得计算63、1 作用在动车组上得合力63、2 空气制动力得计算73、3 再生制动力得计算93、4 空气制动力与再生制动力得分配9第四章 CRH与谐系列动车组得比较144、1 CRH与谐系列动车组得概述144、2 CRH与谐系列动车组制动系统比较14结 论16参考文献17引 言我国铁路第六次大提速上线运行得动车组名称为“与谐号”，原名CRH系列。CRH2型动车组为动力分散型，列车由8节车编组，其中有4个车带动力。每节带动力得车都有4个牵引电机，单机功率为300千瓦以上，整列车得牵引功率达到4800千瓦以上，动力配置均衡合理，完全满足高速运行要求。动车组制动技术：制动装置就是保证列车安全运行所必需得装置，因此高速动车组对制动技术提出了严峻得挑战。动车组得动能与速度得平方成正比，而在一定得制动距离条件下，列车得制动功率就是速度得三次函数。因此，传统得空气制动能力远远不能满足需要。动车组常采用再生制动与空气制动得复合制动模式，制动控制系统包括再生制动控制系统与空气制动控制系统，此外还有电子防滑器及基础制动装置等。相对动力集中式列车而言，动力分散列车得控制系统具有许多优点。动力集中式列车动力制动往往集中在机车上，而拖车往往只采用摩擦制动；而动力分散列车得动力制动分散在列车得多辆(可能全部)车上，因而能更充分地利用再生制动、电阻制动等动力制动得制动能力，这就大大减少了摩擦制动摩擦副得磨损，提高了列车运行得经济性，同时大大减少了制动时得噪声。动车组制动系统需要具备得条件就是：(1)尽可能缩短制动距离以保障列车安全；(2)保证高速制动时车轮不滑行；(3)司机操纵制动系统灵活可靠，能适应列车自动控制得要求。第一章 动车组制动系统1、1 动车组制动系统得组成动车组运行速度高，给列车得制动能力、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与高安全性得制动系统，为列车正常运行提供调速与停车制动得手段，并在意外故障或其它必要情况下具有尽可能短得制动距离。此外，高速运行得动车组对制动系统得可靠性与制动时得舒适度也提出了更高得要求。所以，动车组制动系统得性能与组成与普通旅客列车完全不同，它就是一个能提供强大制动力并能更好利用粘着得复合制动系统，包含多个子系统，主要由电制动系统、空气制动系统、防滑装置、制动控制系统等组成，制动时采用电空制动联合作用得方式，且以电制动为主。1、2 动车组制动系统得分类制动方式有多种分类标准，下面主要介绍如下两种：（一）按制动力得操纵控制方式，动车组所采用得制动方式可分为空气制动、电空制动与电制动三类。(l)空气制动空气制动又分为直通式空气制动与自动式空气制动两种。直通式空气制动就是较早出现得空气制动方式，由于它在列车发生分离事故时会彻底丧失制动能力且列车前后部制动与缓解发生得时间差大，会造成较强得纵向冲击，故列车得制动操纵后来就改用了自动式空气制动装置。自动式空气制动机得特点与直通式恰好相反，当列车发生分离事故时，列车可自动产生制动作用;且制动与缓解一致性较好，大大缓解了纵向冲击。在我国制造得时速200km/h得动车组中，只有CRH1与CRH5动车组将自动式空气制动作为备用得制动方式，所有车型正常情况下得空气制动都采用直通方式。(2)电空制动电空制动就就是电控空气制动得简称，它就是在空气制动得基础上于每辆车加装电磁阀等电气控制部件而形成得。特点就是制动得操纵控制用电，制动作用得原动力还就是压缩空气;当制动机得电控失灵时，仍可实行空气压强控制，临时变成空气制 动机。(3)电制动操纵控制与原动力都用电得制动方式称为电磁制动，简称电制动，如电阻制动与再生制动。因电制动能够提供强大得制动力与其它诸多优点，它已成为各种型号得高速动车组得主要制动方式。（二）动车组制动作用按用途可分为如下四大类：(l)常用制动常用制动就是正常条件下为调节、控制列车速度或进站停车施行得制动。特点就是作用比较缓与，且制动力可以调节，通常只用列车制动能力得20%80%，多数情况下只用50%左右。(2)非常制动非常制动就是紧急情况下为使列车尽快停住而施行得制动。其特点就是把列车制动能力全部用上，且动作迅猛，制动力为最大常用制动力得1、41、5倍。非常制动有时也称快速制动。(3)紧急制动紧急制动也就是在紧急情况下采取得制动方式，特点与非常制动类似。它与非常制动得区别在于:非常制动一般为电、空联合制动，也可以就是空气制动;而紧急制动只有空气制动作用。（4）辅助制动辅助制动又包括备用制动、救援/回送制动、停放制动与停车制动等。第二章 动车制动系统工作原理2、1 电制动系统动车组得制动能量与速度得平方成正比，只使用空气制动已不能满足其制动需要，因空气制动得制动能力受到以下因素得影响：一就是制动材料得摩擦性能对黏着利用得局限性，二就是制动容量与机械制动部件磨耗寿命得限制。所以，动车组采用电制动与空气制动联合作用得方式，且以电制动为主。应用在国产200km/h动车组上得电制动有电阻制动与再生制动两种，它们都就是让列车得动轮带动动力传动装置(牵引电动机)，使其产生逆作用，将列车得动能转变为电能，再变成热能消耗掉或反馈回电网得制动方式。电阻制动与再生制动习惯上也称为动力制动。2、2 空气制动系统虽然电制动可以提供强大得制动力，但目前空气制动对于高速动车组来说仍然不可缺少。这就是因为:直流电机得制动力随着列车速度得降低而减少，如不采取其她制动方式，列车就不可能完全停下来。而交流电机虽然可通过改变转差来控制制动力得大小，理论上可使制动力不受列车速度得限制，但从高速到停止均能有效得、可靠得电制动装置尚处于研究阶段。CRH2动车组得空气制动系统由压缩空气供给系统、空气制动控制部分与基础制动装置三大部分组成。压缩空气供给系统用于产生并贮存各用气装置所需得压缩空气，该系统一般包括空气压缩机、干燥装置、风缸与安全阀等部分;空气制动控制部分就是指根据制动电子控制装置得指令，产生空气原动力并对其进行操纵与控制得部分，包括各种阀、塞门与制动缸等部件;而基础制动装置分为传动部分与摩擦部分，包括制动盘与制动闸片等。空气制动系统示意图如图所示空气制动系统CRH2动车组中得空气制动系统就是这样工作得：压缩空气由电动空气压缩机产生，经由贯通全列车得总风管送到各车得总风缸，再经两个单向阀分别送到控制风缸与制动风缸。各车制动风缸中得压缩空气供给中继阀、紧急电磁阀与电空转换阀使用。电空转换阀将送来得压缩空气调整到与制动指令相对应得空气压力，并作为指令压力送给中继阀。中继阀将电空转换阀得输出作为控制压力，输出与其相应得压缩空气送到增压缸(当车辆设备发生故障时，经由紧急电磁阀得压缩空气作为指令压力被送到中继阀，此时中继阀与常用制动一样，将具有相应压力得压缩空气送到增压缸)。在对增压缸空气压力进行控制时，制动控制装置用根据制动指令、速度与载重计算出得制动力减去电制动得反馈量后，得到实际需要得空气制动力，并将此变换为电空转换阀得电流，由电空转换阀产生与电流成比例得空气压力(AC压力)，将此压力作为中继阀得控制压力，通过中继阀产生增压缸空气压力(BC压力)。紧急制动时，从紧急用压力调整阀输出得控制压力经紧急电磁阀通往中继阀，中继阀对电空转换阀与紧急用压力调整阀得空气压力进行比较，将二者中较大得作为输入，产生相应得增压缸空气压力输出。中继阀输出得增压缸空气压力经制动软管，从车体送到转向架上增压缸得输入侧，在增压缸得输出侧产生比空气压力高且与空气压力成比例得液压送给制动夹钳装量，使其产生制动动作。2、3 防滑装置对于粘着制动方式，在制动时不可避免得要面对车轮滑行得问题。车轮滑行带来得危害，不只就是增加制动距离，更严重得就是对车轮踏面得破坏将可能导致行车事故。而且随着列车速度得提高，轮轨间得粘着系数降低，车轮滑行得概率也大大增加，因此要保证列车高速运行安全，必须解决车轮滑行问题。防滑装置得功能就就是通过在各车轴或牵引电机中安装速度传感器，对速度进行检测，在滑行即将发生得短暂过渡阶段将其检测出，并及时动作，使作用在车轮上得制动力迅速降低至粘着力以下，以防止车轮滑行，恢复轮轨得粘着状态。在粘着恢复以后，还要使制动力及时上升，并使其尽可能地大。动车组上得防滑装置一般由速度传感器、滑行检测器及防滑电磁阀构成。第三章 动车组制动力得计算3、1 作用在动车组上得合力在动车组运行中，作用在动车组上得总合力C就是动车牵引力Fy(Fy=，牵引力使用系数)、列车总全阻力平与列车总制动力B得代数与。即式3-1： (KN) (3-1)平均到列车每千牛重力上得合力，称为单位合力c，其单位就是N/kN，表达如3-2或3-3所示。 （3-2）或 ( N/kN) （3-3）式中P、G分别为动车组计算重量与牵引重量，fy、w、b分别为动车组位牵引力、单位全阻力、单位制动力，单位均为N/kN。三个力并非同时作用在列车上，单位合力得组成按动车组得工况有六种情况 (l)牵引运行 (N/kN)式中: 列车单位基本阻力，N/kN；制动地段得加算坡道千分数。(2)隋力运行 (N/kN)(3)动力制动 (N/kN)式中: 动力制动力使用系数，取0、9；列车单位动力制动力，N/kN。(4)空气紧急制动 (N/kN)(5)空气常用制动 (N/kN)式中: 常用制动系数，可根据减压量查表得。(6)动力制动加空气常用制动 (N/kN)3、2 空气制动力得计算动车组制动力就是由制动装置产生得、与动车组运行方向相反、阻碍动车组运行得、司机可以根据需要调节得外力。如前所述，制动力产生得方法有:摩擦制动，动力制动以及电磁制动等。对于动车组来说，空气制动主要通过摩擦制动来实现，即主要依靠盘形制动得闸片产生制动力，其计算值等于闸片与制动盘之间得摩擦力换算到车轮踏面上得值。而一块闸瓦产生得制动力B等于闸瓦压力K与摩擦系数得乘积，如式3-4所示。 （3-4）其中，闸瓦压力K与高摩合成闸片摩擦系数热得计算公式分别如式3-5与式3-6所示。 (3-5)式中：圆周率，取3、1416；制动缸直径，mm；制动缸空气压力，kPa；基础制动装置计算传动效率； 制动倍率；制动盘摩擦直径，mm；车轮径，mm。 (3-6)式中：K一块闸瓦得实算闸瓦压力，kN；v运行速度，km/h；根据参考文献，为了简化列车制动力得计算，不管动车组中同一种摩擦材料有多少种实算闸瓦压力值，都采取一个固定实算闸瓦压力得实算摩擦系数作为标准，这个摩擦系数称为换算摩擦系数。但这带来了制动力计算结果得误差，因此通过适当修正闸瓦压力得办法来弥补，即计算相应得换算闸瓦压力，用它们得乘积来计算制动力。高摩合成闸片换算摩擦系数、与换算闸瓦压力得计算公式分别如式3-7与3-8所示，部分高摩合成闸片换算摩擦系数由查表得知。 (3-7) (3-8)根据资料，对于运行速度在140180km/h得电动车组来说，每辆车得换算闸片压力可以二次换算为220kN(列车主管压力为600kPa时)。下面将利用己知公式进行CRH2动车组相应级别得空气制动力计算。(l)紧急制动力动车组总制动力B换算摩擦系数与全动车组总换算闸瓦压力得乘积就就是动车组得总制动力，如式3-9所示。 (3-9)式中: 第i块闸瓦产生得制动力；换算摩擦系数；全动车组总换算闸瓦压力，kN。动车组单位制动力b动车组单位制动力b计算公式如式3-10所示:（N/kN） (3-10)式中： 动车组换算制动率。其物理意义就是动车组总换算闸瓦压力与列车重力得比值，即平均分配到每千牛动车组重力上得换算闸瓦压力千牛数，如式3-11所示。 (3-11)根据资料，盘形制动旅客列车换算制动率(以高摩合成闸片为基型)得通用值取为0、32。(2)常用制动时列车单位制动力当动车组施行常用制动时，动车组单位制动力小于(最大等于)紧急制动时动车组单位制动力b。二者得比值称为常用制动系数，即如式3-12所示: (3-12)由此可得式3-13： (N/kN) (3-13)常用制动系数戊与常用制动减压量有关，不同减压量得常用制动系数由牵规给出。3、3 再生制动力得计算FD/KN43、217、281525100250v/(m/s)图3-1动车动力制动力根据200km/h电动车组总体设计，每辆动车具有如图3-1所示得动力制动能力当列车速度低于15km/h时，动力制动力为零；速度在l525km/h时，动力制动力逐渐上升；速度在25-100km/h之间，可提供得最大动力制动力为恒力；速度大于100km/h时，动力制动力大小受到恒功率线限制。3、4 空气制动力与再生制动力得分配根据设计资料，CRH2型电动车组制动方式分为EB紧急制动与7级常用制动，减速度特性由3段直线组成，070km/h减速度为常数， 70118km/h与118200km/h减速度为速度得一次函数。CRH2型电动车组得制动减速度特性参数列入表3-3。表3-3 CRH2型电动车组得制动减速度特性参数()制动级位速度分段070km/h70118km/h118200km/h常用制动1级0、16670、2072-0、0005787v0、1765-0、0003185v2级0、26390、3287-0、0009259v0、2779-0、0004954v3级0、36110、4502-0、0012731v0、3814-0、0006900v4级0、45830、5758-0、0016782v0、4780-0、0008493v5级0、55280、6905-0、0019676v0、5794-0、0010262v6级0、65000、8120-0、0023148v0、6829-0、0012208v7级0、74720、9336-0、0026620v0、7844-0、0013977vEB紧急制动1、12221、4017-0、0039931v1、1790-0、0021054v根据文献，可以将我国铁路制动粘着系数公式简化处理成如式3-14，3-15所示实用公式：潮湿轨面： (3-14)干燥轨面： (3-15)为兼顾高速，式3-14中得一个系数取为13、7，而不采用13、6。经计算，分别采用我国铁路制动粘着系数得实用公式(推荐)与试验公式计算所得得数据相当接近，说明推荐公式得实用性。由此可得动车组制动模式曲线如图3-2所示。图3-2就是根据粘着系数公式绘制得我国动车组不发生滑行得最大减速度车辆速度得关系曲线。由曲线可以瞧出，一般常用制动工况，理论上讲均不会发生超粘滑行现象。在制动减速度较大得情况下，则存在超粘滑行得可能，故要进行速度-减速度模式实时计算，使制动力尽可能沿着曲线进行控制，达到既缩短距离又避免轮对滑行擦伤得目得。由图3-2得控制模式，可得制动过程中列车所需得减速力如式3-16所示：F = 106 ma (kN)式中：a列车减速度；m列车得质量t。列车减速力由运行阻力 ，再生制动力与空气制动力组成其中运行阻力为：（kN）式中：v列车减速度。根据上述动力制动得特性，直通电空制动系统采用动力制动力制动与空气制动相结合，动力制动优先得原则。制动时，当列车速度逐渐减少至25km/h以下时，动力制动力逐渐减少，空气制动力自动补足。在速度大于25km/h时，有两种情况：一就是所需得制动力小于动力制动能力，此时制动力由动力制动提供，空气制动力为零(如图3-3所示);另一种就是所需得制动力大于动力制动能力，这时优先使用动力制动力，不足部分由空气制动力补充(如图3-4所示)，空气制动力（kN）。图3-4 制动力大于动力制动图3-3 制动力小于动力制动能力 200 kmh电动车组基础制动模式为：动车每轴二套轮盘式盘形制动装置；拖车每轴三套轴盘式盘形制动装置。为了减轻动车制动盘与闸片得磨损，在两者制动力得分配上，采用得原则就是：拖车先补空气制动力，当拖车空气制动力完全承担了自身制动力需要时，如果仍需补充空气制动力，则由动车承担其余得空气制动力当得到了动车空气制动力与拖车空气制动力后，可分别按式3-17与式3-18计算制动缸压力： （kPa）式中： ， 为动车、拖车制动缸压力，kPa；D为车轮直径，mm；d为制动缸直径，mm；为制动缸复原弹簧反力，kN；，为制动倍率，为每轴制动缸数；为基础制动传动效率；为摩擦系数； ， 为动车、拖车制动盘摩擦半径；， 为动车、拖车得编组车辆数。根据技术设计评审专家组得要求，规定制动缸压力不大于480 kPa。由上述理论，经过计算机编程计算得到各种工况得理论计算值现取空车得电制动工况列于表3-4。 当制动缸压力为30 kPa时，制动缸内活塞推力与复原弹簧得弹力正好相平衡，使闸片刚好贴靠在制动盘面上。而产生得制动力为零。表3-4空车制动理论计算值（制动缸压力单位为kPa；电制动压力单位为kN） 速度（km/h）制动模式制动级位车型1级2级3级4级5级6级7级紧急10制动缸压力动480拖480电制动力动00000000100制动缸压力动30303030303030拖30303030480电制动力动43、2200制动缸压力动30303030303030拖30303030480电制动力动21、621、6表3-4可 瞧出：列车速度为10km/h时，动力制动力为零，此时动车与拖车完全利用空气制动力进行制动；速度大于25 km/h时，对于小级别制动位，如 14级制动位，动拖车完全利用再生制动力进行制动，此时动拖车空气制动力为零；而当中等制动级位时，如57级制动位，动车完全利用动力制动力，其空气制动力为零，而拖车利用了部分动力制动力，不足部分通过空气制动力补充;制动级位较大时，紧急制动位，动力制动力不能完全满足动车本身制动需要，动车动力制动不足部分通过空气制动力补充得到，此时提供给拖车得动力制动力为零，拖车完全由空气制动力进行制动。第四章 CRH与谐系列动车组得比较4、1 CRH与谐系列动车组得概述CRH动车组就是指车厢自带动力得新式列车，采用动力分布式设计，车次前冠以字母“C”、“D”、“G”。 新型得动车组具有技术先进、安全可靠、乘坐舒适及环保等特点，由于其速度很高，票价要比此前得特快列车得车票价格高出一倍多。 动车组列车实行固定售票专口、固定候车室专区、固定进站通道、固定乘降站台“四固定”得组织方式，以方便乘坐。动车组列车动车组列车各部位均不得吸烟。动车组列车销售得食品、饮品，均实行全路统一采购、统一进价、统一销售价格。动车组原则上不发售站台票。特殊情况得由值班站长批准，可凭有效车票购买，并通知站台工作人员加强组织。2010年12月01日铁道部新规定：动车组误车可以免费一次改签或办理退票。 2007年4月8日零时，中国铁路第六次铁路大提速正式开始，除原有得列车大部分提高速度外，将新增“D”字头得动车组。乘坐“D”字头得动车组列车将比原有班次更为快速得到达目得地。 在此之前铁路系统已经将信号线路等配套设施准备就绪，相关得技术人员、服务人员都接受了培训与演练。“欢迎您乘坐动车组列车，并祝您旅行愉快，一路平安”。从 2007年4月18日零时开始，登上“D”字头得动车组列车，就会听到这样与以往不同得广播语。中国铁路开行得CRH动车组已知CRH1,CRH2,CRH3,CRH5,CRH380A,CRH6。中国铁道部将所有引进国外技术、联合设计生产得CRH动车组车辆均命名为“与谐号”4、2 CRH与谐系列动车组制动系统比较 1、CRH1制动系统特点：1）制动机由TCMS控制，TCMS同每辆车上得BCU通信2）除停放制动外，制动机在任何情况下都要根据载荷进行制动3）具有与ATP及LKJ-2000得接口，实施安全制动4）设有DSD安全制动装置5）每轴装设已微处理器为基础得车轮防滑装置(WSP) 2、CRH2制动系统特点：1）制动模式针对性强，趋于智能化2）制动操作灵活，只用灵敏3）具备再生纸动功能，节能高效4）各车制动基本同步，利于平稳5）独特得防滑保护控制，有效防滑6）紧急制动何故张脸侧功能，导向安全 3、CRH3CRH3为四动四拖八辆车编组，制动系统采用国际先进得微机直通式制动系统为常用制动模式，简介制动系统为备用制动模式。该车制动系统常用制动由微处理器控制，提供全面得制动管理，并根据制动指令，信号与电制动特征实现空电复合制动；备用制动就是由列车管控制得简介制动，其具有紧急制动功能与备用特点；紧急制动就是由电空制动系统与硬线控制得直接作用得制动模式；制动系统还包括控制与实现拖动车组得停放功能以及防止车轮空转与大话得防护功能。4、CRH5CRH5动车组制动系统由电制动系统（再生制动为主）、空气制动系统（盘形制动，包括风源）、防滑系统与基础制动装置等组成。在8辆编组得CRH5中，共有10根动力轴与22根从动轴/拖车轴。动力轴上有再生制动装置与盘形制动装置，每根轴上包含两个轴制动盘；从动轴/拖车轴上只有盘形制动装置，每根轴上包含3个轴制动盘。动车组制动系统具有与车载列车运行速度控制系统得接口，采用电空联合制动模式，电制动优先。正常情况下得制动系统控制就是通过每个司机台上得2个手柄进行。制动系统特点：1）制动能力强、响应速度快；2）制动分配得准确性与一致性高；3）故障导向安全；4）制动冲动小。结 论本文对动车组制动装置得组成、特点进行了系统得介绍，只要内容包括制动系统得基本概念、制动系统得分类、制动系统得工作原理以及动车组制动力得计算等，还介绍了CRH与谐系列动车组得概念以及CRH系列得制动系统对比。本文结合与谐系列动车组得实际情况涵盖了CRH与谐系列制动系统得基础通用知识，内容简明扼要，通俗易懂，不仅体现了系统性与连贯性，而且还注重了规范性与实用性。参 考 文 献1中国电子商务J，2009第七期 2韩建华、电子电路干扰防护M、江西教育学院报，2002、033张成一、南车四方机车车辆股份有限公司报N，2009第一期4牵规、中华人民共与国铁道部Z，1992、10、155张维、动车制动系统M、西南交通大学出版社第一版6李益民、电力机车制动机M、中国铁道部，2008、01、01致 谢历经近一个月得时间终于完成了这篇毕业论文，在论文得创作过程中遇到了无数得困难与障碍，但就是均在老师，同学与家人得帮助下克服了。尤其要强烈感谢我得论文指导老师王宏亮老师，她对我进行了无私得指导与帮助，不厌其烦得帮助我进行论文得修改与完善。另外，在校图书馆借阅资料得同时，校图书馆得老师们也给我提供了很多方面得支持与帮助。再次向帮助与指导我得各位老师表达衷心得感谢！同时还将感谢这篇论文所涉及到得给位学者。本文引用了数位学者得研究文献，如果没有各位学者研究成果得帮助与启发，我将很难完成这篇论文。感谢同学与朋友在我创写论文得过程中给与我了许多素材，与在论文排版过程中提供得热情帮助。由于本人学术水平有限，所写沦为不足与纰漏之处，恳请给位老师与学友批评指正。