摘要：在现阶段的动车组中，空气制动系统是非常重要的一项内容。动车组空气制动系统的制动源动力来自压缩空气，制动力形成依赖于轮轨接触关系，属于摩擦制动。其制动指令发出和传递、制动力的产生和控制都需要压缩空气。基于此，本文详细分析了动车组空气制动机的制动、缓解作用中，各元件的原理，仅供参考。
关键词：动车组；直通式；自动式
引言
制动系统是列车高速运行的安全保障，需要设计良好的控制策略来保证安全停车。目前动车组采用的是空电复合的直通式电空制动系统，通过列车网络来传递制动控制指令和制动设备的状态，实现制动系统和列车上其他系统之间的交互。目前制动系统的协调控制方面在现场应用时还存在一些问题，因此研究动车组电空混合制动控制算法具有重要的意义。
1动车组制动方式
动车组制动主要有空气制动和电制动两种制动方式。空气制动为盘形制动装置，通过压缩空气使制动夹钳上的闸片“夹紧”制动盘产生摩擦来实现制动，将列车的动能转化为热能。电制动是将牵引电动机变为发电机，制动时将电能反馈回电网，使能量再生利用，而不是变成热能耗散掉，可有效地降低运用成本。CRH1型动车组制动系统采用单管直通式电空制动系统与电制动系统，制动控制系统主要由制动信号发生、制动信号处理、制动信号执行三部分组成，统一由列车控制管理系统（TCMS）控制。TCMS系统（包括列车控制设备TCU和网关GM）接收到制动指令后，根据车重、所需的减速度计算出制动力请求，通过网络（MVB和WTB）进行传递制动指令给EBCU和PCU，并得到反馈信息，空气制动由EBCU完成，电制动由PCU完成。
2 2种常用制动力分配方式的比较
通过以上分析可见，相较于均衡制动控制，传统的电制动力优先控制由于充分利用了电制动力，列车制动盘和闸片的整体磨耗较低，但拖车的制动盘和闸片的磨耗仍高于动车，导致拖车制动盘和闸片的维护周期短于动车，实际运用时会出现拖车频繁维护、动车维护较少的情况。“和谐号”动车组的动车制动盘普遍采用轮装制动盘，为分体式结构，采用螺栓连接的方式安装在车轮两侧，与之匹配的闸片安装于车轮对应的两侧位置；拖车制动盘普遍采用轴装制动盘，为整体式结构，采取压装的方式安装在两车轮之间的轮轴上，与之匹配的闸片安装于车底制动盘对应的两侧位置。由此造成拖车制动盘和闸片的维护难度远高于动车，不利于运营的可维护性和经济性。
3动车组空气制动系统类型分析
3.1微机控制的直通式制动机
与早期的直通式空气制动机不同的是空气压缩机安装在车辆上，制动控制器安装在带司机室的头车与尾车上，每个车辆上均安装有微机制动控制单元，该单元主要包括制动控制计算机BCU、电空转换EP阀（包括制动电磁阀、缓解电磁阀）、紧急电磁阀等。它具有单独的排气口，制动缸的压力不需再通过制动控制阀排气，可以避免制动与缓解前后不同步的问题。在制动、保压、缓解过程中，司机通过制动控制手柄发出电气制动指令，制动指令通过电缆线（光缆）传递到微机制动控制单元。微机制动控制单元进行制动力的计算与分配工作。同时，将总风管的压缩空气按照电气制动指令传递给制动缸。不同的制动作用，电气制动指令的大小不同，制动缸得到的压缩空气压力也就不同，制动力大小也就不同。因此，可以实现各种情况下的不同制动作用。
3.2传统的电空复合制动模式
传统的电空复合制动模式采取优先使用电制动以降低空气制动部件的磨耗；电制动力不足部分由拖车的空气制动来承担，来平衡动拖车之间施加的总制动力，尽量利用轨道粘着；当制动力需求更大时候，再使用动车的空气制动力。此种模式可以在充分利用动车组电制动力的基础上，尽量利用轨道的粘着，避免动车施加过大的制动力产生滑行。虽然此模式电制动得到了充分的利用，但因动车的摩擦制动应用较少（在小级别制动中尤为明显），故拖车制动盘较动车明显磨损严重，会出现拖车制动盘和闸片须频繁进行维护，而动车较少维护的情况，总体上增加了动车组的维护成本，增加了动车组运用的全寿命周期成本。
3.3自动式空气制动机
动车组上使用的自动式空气制动机基本组成原理图见图1。它是通过制动控制阀改变列车管的空气压力，以此压力变化为控制信号，控制车辆制动机的分配阀，使制动缸获得所需要的空气压力，再经过基础制动装置产生制动作用。制动时，EP给一定大小的电流到Br电磁阀，将Br电磁阀的排气口0接通，BP管压缩空气经Br电磁阀排到大气中，L处压力下降，使分配阀KE的R口与C口连通。制动缸中得到压力，制动机达到制动状态。保压时，当C口压力达到设定值时，R口不再向C口充气，C口压力保持不变，制动机达到保压状态。缓解时，EP给一定大小的电流到Loe电磁阀，将Loe电磁阀的进出口接通，压缩空气经Loe电磁阀充到BP管中，L处压力上升，使分配阀KE的C口与O口连通。制动缸压力排向大气，制动机实施缓解作用。自动式空气制动机的特点是：1）列车管减压制动，增压缓解。2）当列车发生分离事故时，制动软管被拉断时，制动管风压急剧下降，列车能自动、迅速地制动直至停车。3）制动时各车都有副风缸分别向本车的制动缸供气，缓解时各车制动缸的压缩空气也分别从本车的三通阀处排出。制动时制动缸的动作较快，风压上升也快，提高了列车运行的安全性，列车前后一致性较好，纵向冲动小，适合于长大列车。
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图1 自动式空气制动机示意图
3.4车辆停车阶段制动力分配策略
列车速度小于一定程度时，电制动力无法施加，为了使列车总制动力在停车的过程中保持平稳，在减速停车过程中电制动力平稳地减小至零，与此同时空气制动力以相同变化率增大，从而保证列车总制动力不变。=在减速过程中列车检测到速度小于5～8ｋｍ／ｈ时，停车信号ＥｄＦａｄｅ被置位，制动控制单元控制空气制动力上升，由于空气制动力施加需要一定反应时间，经过预设的反应时间后电制动力以相同的斜率下降，直到减小为零，此后空气制动力保持不变。在此制动力控制逻辑下，实现了停车过程中电制动力和空气制动力的平稳切换。
结语
综上所述，在我国制造的高速动车组中，所有动车组都采用微机控制的直通式空气制动机作为主型制动机，型动车组中将自动式空气制动机作为备用制动。在动车组主型制动机出现问题时，如救援/回送过程中，启用备用制动控制制动管压力，从而达到制动的目的。利用自动式空气制动机“减压制动、增压缓解”的特点，也可使动车组在紧急状态下实施紧急制动。
参考文献
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论文作者:刘加敏,李岩,苏建鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：车组论文; 空气论文; 列车论文; 拖车论文; 通式论文; 压缩空气论文; 压力论文; 《基层建设》2019年第32期论文;