摘要：近年来，我国的交通行业发展迅速，动车组建设越来越多。为实现不同类型动车组之间的相互救援及功能优化，对比分析了既有动车组实现回送/救援功能的装置组成、控制原理和存在的不足，基于故障导向安全进行功能优化，设计了集成救援与被救援功能的回送救援转换装置，并优化了车辆控制电路。试验表明，新设计的回送救援转换装置能满足不同类型动车组之间相互救援的功能需求和相关标准,实现了对既有装置的功能集成及设计优化。
关键词：动车组；制动系统；救援；备用制动；故障导向安全
引言
中国高速动车组受限于引进动车组平台的技术限制，动车组之间相互救援和动车组被机车救援时严重制约了救援效率。为此，中国铁路总公司采取了一系列技术措施和管理措施，来保证动车组的高效救援，并在复兴号动车组通过采用一系列措施解决了互联互通问题。
1动车组制动系统的组成
动车组的动能与速度的平方成正比，而在一定的制动距离条件下，动车组的制动功率是速度的三次函数。因此，传统的空气制动能力远远不能满足需求。我国高速电动车组主要采用再生制动与空气制动的复合制动模式，其包括多个子系统，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。其中制动控制系统是制动系统中由司机或列车自动控制系统ATC控制，产生传递制动信号并对制动力进行计算和分配的部分。由此可以看出，制动控制系统主要包括制动信号发生装置、制动信号传输装置和制动控制装置3个组成部分。列车自动控制系统（ATC）被引入高速动车组来辅助制动系统，ATP/LKJ是在我国运营线路上用来辅助司机在规定地点停车，防冒进、冒出、超速的主要系统。但我国目前运营的车辆是基于不同的平台制造的，在相同的线路上可能存在几种不同的控制信号，会给司机操作带来困扰，同时不同信号间可能存在干扰，这些都是不容忽视的问题。对我国高速动车组而言，列车制动装置是指动车制动装置、拖车制动装置的组合，它们共同形成完整的制动系统，强调系统的概念。我国动车组制动系统一般具有制动能力强、响应速度快、制动力计算分配准确性高、故障导向安全、制动冲动小的特点。动车组是一个复杂精密的组合体，包括牵引系统、制动系统、控制系统等。动车组制动系统的设计需要综合考虑系统平衡、工程造价、运营成本等问题。头车带有牵引电机时，由于电磁兼容问题会对动车组的控制信号产生影响；全部是动车的编组方式（8M0T；16M0T）时，动车组更轻量化，制动效果更好，维修成本更低，但工程造价会大幅度提升。根据实际运行情况得出，基于300km高速电动车组平台生产的CRH380A（6M2T）和永磁动车组（4M4T），在制动性能方面，CRH380A（6M2T）明显优于永磁动车组（4M4T）。
2故障导向安全
1）模式切换阀的控制。装置被使用时，多数为被救援工况，基于电磁阀使用寿命考虑，模式切换阀设计为被救援模式时失电，救援时得电。2）紧急电磁阀的控制。避免电子控制单元故障时无法施加紧急制动，紧急电磁阀由车辆紧急指令线控制，并且为失电触发紧急制动。3）继电器D的控制。考虑故障情况，电子控制单元上电或正常时继电器D得电。当电子控制单元故障或检测BP管异常减压时，继电器D失电，车辆紧急制动环线中的触点断开，触发全列车紧急制动，并仅在停车紧急复位后方可缓解。4）装置内部件故障。考虑被救援时装置内部件可能的失效模式，BP气路中设置隔离塞门，在部件失效时，通过隔离塞门切断气路实施降级运行。5）BP管异常减压。处于救援或被救援模式，BP管异常减压时（如BP管破裂），触发本车紧急制动，且仅在停车紧急复位后方可缓解。
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3安全及可靠性设计
动车组从时速30km/h到停车地点的制动操纵都是司机通过制动控制器来进行控制的。向动车组发出制动指令时，人工操纵具有优先权。尽管在低速状态下考虑到电制动失效，最终停车一定需要依靠机械制动装置。高速动车组的常用制动和紧急制动方式一定要建立在以再生制动为主的电制动的基础上，以避免产生大量的热能。电阻制动虽然会产生大量热能，但电制动系统仍应辅以电阻制动，特别是在一些电子系统不可靠的情况下，例如接触网回流的干扰或者分相区边缘等。
4功能集成后的优点
制动回送救援转换装置集成了制动指令转换器和制动救援转换装置的功能，实现了以下优化：①救援与被救援功能集成，装置接口简化，集成度高，降低了产品成本。②救援与被救援模式的切换由车上旋钮实现，操作简单。③紧急电磁阀由车辆紧急指令线控制，提高了动车组运行的可靠性，符合标准TB/T3402—2015《动车组制动系统》要求。④在救援与被救援模式下，均能实现与联挂车之间紧急制动指令的相互传递。⑤能识别列车管异常减压，并故障导向安全触发本动车组紧急制动。⑥在被救援工况时，当装置内部件故障时可通过隔离塞门实现降级模式运行（降级后与既有制动指令转换器功能相同）。⑦实现了被救援/救援指令异常、紧急制动异常、列车管压力异常等故障检测。相对于双管制制动系统的备用制动，回送救援转换装置同样实现了与非同型动车组的相互救援功能。同时，由于备用制动需要有贯穿全列车的列车管，各车均需具备备用制动系统，因此，回送救援转换装置相比备用制动系统，实现了以下优化：①仅两辆头车各设置1台装置，无需贯穿全列车的列车管和备用制动系统，集成度高，成本相对降低，维护方便。②与正常运行时的电空直通制动系统共用一套司控器，便于驾驶员操作。③由BCU实现“速度-黏着”的减速控制及防滑控制，制动力可随速度变化。④制动指令通过直通式电空制动控制系统实现控制，各车制动力施加一致性好，响应迅速，车辆纵向冲动小。⑤具备故障诊断和存储功能，便于故障调查和分析。⑥设计有二压力及三压力模式，按需求实现阶段制动后的一次缓解或阶段缓解。
5优化动车组外部供电管理
国内各型动车组外部供电的电压制式不统一，各型动车组外部供电的电压制式与机车供电的电压制式不统一，外部供电连接器形式及容量不统一，被救援动车组最小负载容量不统一，导致动车组之间相互救援时无法通过救援动车组向被救援动车组供电，动车组被机车救援时无法直接通过机车向被救援动车组供电。新研制动车组在外部供电情况下以保证动车组被救援时空气制动可用为目标，合理配置动车组负载容量，实现了动车组被救援时能够通过外部供电满足用电设备需求。
结语
综上所述，我国开行高速动车组以来，取得了举世瞩目的进步。到目前为止，我国高速铁路客运专线长度排名世界第一，总里程超过排在第二到第五名的西班牙、日本、法国、德国的总和。未来为了使我国高速铁路能够进一步提升运营速度，应致力于6个方面的研发工作。1）改善轮轨间的黏着状态。2）研究一套行之有效的非黏着制动方式，以适应高速状态下糟糕的黏着状态。3）高速运行条件下的滑行控制。4）综合考虑编组动拖比对于制动系统的影响。5）降低制动时盘体与制动闸片间产生的热影响的对策。6）高速动车组安全性和可靠性设计。
参考文献
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[3]陈凯,钱卿.不同类型动车组相互救援的试验研究[J].铁道车辆,2014,52(5):1-5.
论文作者:高建龙,蔡文奎,董宝伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/8
标签：车组论文; 装置论文; 制动系统论文; 紧急论文; 故障论文; 功能论文; 指令论文; 《基层建设》2019年第32期论文;