高速動(dòng)車組緊急制動(dòng)技術(shù)

高速動(dòng)車組緊急制動(dòng)技術(shù)摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的控制方式、系統(tǒng)配置需不斷進(jìn)行優(yōu)化，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的動(dòng)車組制動(dòng)控制方式、制動(dòng)系統(tǒng)組成對(duì)制動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行探討和分析。關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車組；緊急制動(dòng)；制動(dòng)技術(shù)高速動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的安全性是列車安全運(yùn)行的根本保障，為此，動(dòng)車組需要有足夠的制動(dòng)能力，以保證動(dòng)車組在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)安全停車。緊急制動(dòng)是保證安全停車的最有效手段，使動(dòng)車組能夠以最快、最有效的方式緊急安全停車。1制動(dòng)方式高速動(dòng)車組的制動(dòng)方式通常是按照事先設(shè)定的減速度來控制動(dòng)車的減速和停車，制動(dòng)方式一般分為：粘著制動(dòng)和非粘著制動(dòng)。粘著制動(dòng)是由于輪軌間的相互摩擦而產(chǎn)生的制動(dòng)力，例如由牽引電機(jī)產(chǎn)生的電制動(dòng)、過制動(dòng)缸產(chǎn)生的空氣制動(dòng)等。而非粘著制動(dòng)是利用外阻力的作用，使列車產(chǎn)生制動(dòng)力而停車，通常有渦流制動(dòng)、磁軌制動(dòng)以及風(fēng)阻制動(dòng)等制動(dòng)方式。對(duì)于高速動(dòng)車緊急自動(dòng)方式來說，粘著制動(dòng)是動(dòng)車主要的制動(dòng)方式，非粘著制動(dòng)一般作為輔助制動(dòng)方式。本文就是以高速動(dòng)車組常用的粘著制動(dòng)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析和探討，粘著制動(dòng)方式的制動(dòng)系統(tǒng)由空氣制動(dòng)系統(tǒng)和電制動(dòng)系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成的，在制動(dòng)的時(shí)候可采用復(fù)合制動(dòng)方式。對(duì)于動(dòng)車的制動(dòng)來說也有先后順序，通常是電制動(dòng)優(yōu)先，只有在電制動(dòng)不足的時(shí)候，才由空氣制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)足，可以有效降低基礎(chǔ)制動(dòng)中閘片和制動(dòng)盤的磨損。2電制動(dòng)系統(tǒng)2.1再生制動(dòng)對(duì)于再生制動(dòng)來說，動(dòng)車組通過受電弓來接收觸電網(wǎng)的電力，通過牽引變流器整流逆變后，供給牽引電機(jī)，在動(dòng)車需要制動(dòng)的時(shí)候，牽引電機(jī)被牽引變流器控制并切斷電源，然后轉(zhuǎn)變成發(fā)電機(jī)繼續(xù)使用。在制動(dòng)的時(shí)候牽引電機(jī)會(huì)將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟?，再將三相交流電逐漸轉(zhuǎn)化為單相交流電。最后再由主變壓器升壓后回饋到電網(wǎng)，將動(dòng)車運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。2.2電阻制動(dòng)電阻制動(dòng)是在動(dòng)車組回路中設(shè)置制動(dòng)電阻，在制動(dòng)的過程中如果再生電量并不能反饋回電網(wǎng)的時(shí)候，就由制動(dòng)電阻和牽引電機(jī)構(gòu)成電阻制動(dòng)回路，并且可通過制動(dòng)電阻將牽引電機(jī)發(fā)出的電能變?yōu)闊崮苤饾u消除。3空氣制動(dòng)系統(tǒng)空氣制動(dòng)系統(tǒng)是由三部分組成的，它們分別是:基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、風(fēng)源裝置以及制動(dòng)控制裝置等?；A(chǔ)制動(dòng)裝置是空氣制動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的作用原理是將制動(dòng)壓力作用在車輪上，通過產(chǎn)生的輪軌間摩擦力，從而對(duì)動(dòng)車進(jìn)行制動(dòng)。風(fēng)源裝置的主要作用是為制動(dòng)系統(tǒng)提供制動(dòng)的源動(dòng)力，在高速動(dòng)車組上通常是由主空壓機(jī)和輔助空壓機(jī)構(gòu)成。制動(dòng)控制裝置可以說是制動(dòng)系統(tǒng)的中樞系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)接收制動(dòng)指令，可以說它的作用非常大，同時(shí)也擔(dān)負(fù)著制動(dòng)力的計(jì)算和分配任務(wù)，是不可缺少的一個(gè)部分。3.1停放制動(dòng)停放制動(dòng)是動(dòng)車組在沒有電和沒有風(fēng)的情況下為了防止動(dòng)車溜車而專門設(shè)置的一種制動(dòng)功能。通常情況下停放制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)有兩種形式：使用鐵靴或者是使用儲(chǔ)能式停放制動(dòng)單元缸。在使用鐵靴進(jìn)行停放制動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通過風(fēng)速大小、現(xiàn)場(chǎng)坡道來選擇適合的鐵靴放置在軌道與車輪之間，以防止列車溜車的情況發(fā)生。一般情況下，儲(chǔ)能式停放制動(dòng)單元缸集成是在基礎(chǔ)制動(dòng)的裝置上進(jìn)行的，在停放制動(dòng)緩解的時(shí)候，壓縮空氣就會(huì)逐漸充入到停放制動(dòng)缸中，此時(shí)彈簧就會(huì)被壓縮。動(dòng)車組在放置了一段時(shí)間以后，總風(fēng)壓力就會(huì)逐漸降低，若是降低到停放制動(dòng)缸壓力以下時(shí)，此時(shí)停放自動(dòng)就會(huì)自動(dòng)施壓。除此之外，在裝有停放制動(dòng)缸的轉(zhuǎn)向架周圍的兩側(cè)提供機(jī)械緩解手柄，停放制動(dòng)就可以在車的兩側(cè)進(jìn)行手動(dòng)緩解。3.2保持制動(dòng)為滿足坡道啟動(dòng)要求，動(dòng)車組設(shè)置保持制動(dòng)功能。制動(dòng)力的大小我們可以通過車重與坡道預(yù)先設(shè)定好，在停車的時(shí)候，制動(dòng)控制裝置系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)施加一定的制動(dòng)力，保持制動(dòng)是為了滿足坡道的啟動(dòng)要求。列車在坡道啟動(dòng)以后，仍然可以保持制動(dòng)力，以避免列車溜車，在這個(gè)過程中若接受到了保持制動(dòng)釋放的信號(hào)，此時(shí)的制動(dòng)系統(tǒng)便自動(dòng)解除了。在列車的司機(jī)室內(nèi)設(shè)置有保持制動(dòng)旁路開關(guān)，可以將保持制動(dòng)的功能徹底切除。4高速列車緊急制動(dòng)方案探索為了能夠發(fā)揮安全穩(wěn)定的效能，翼板必須能夠承受較大的氣動(dòng)載荷，溫濕度，沖擊和腐蝕。主體面板包括纖維增強(qiáng)材料層、泡沫夾芯材料層和纖維增強(qiáng)材料層，層間用膠膜材料膠粘成一體，在泡沫夾芯材料層中，設(shè)有縱橫筋。4.1采用翼板和盤式制動(dòng)配合的方式此制動(dòng)與飛機(jī)制動(dòng)的原理相似，制動(dòng)力顯著增加，并大大減小了機(jī)械磨耗。此時(shí)翼板相當(dāng)于飛機(jī)減速時(shí)的撓流板。翼板安裝在車廂連接處的空隙中，未啟動(dòng)時(shí)起到密封作用，減小行車阻力。啟用時(shí)采用液壓動(dòng)力打開布置好的的一圈翼板產(chǎn)生制動(dòng)效果。此外車廂側(cè)面也可安裝，緊急制動(dòng)時(shí)采用升降裝置使其發(fā)揮作用。為了增加行車和制動(dòng)的穩(wěn)定性，翼板安裝位置要左右對(duì)稱。4.2采用翼板制動(dòng)、再生制動(dòng)和渦流制動(dòng)配合的方式由于翼板可以大大增加空氣阻力，加上再生制動(dòng)和渦流制動(dòng)，可以將現(xiàn)在的制動(dòng)力提高數(shù)倍。以空氣為動(dòng)力，采用電氣控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，作用可靠，沒有磨耗。以車頂設(shè)置翼板為例，假設(shè)動(dòng)車組以行駛，則翼板產(chǎn)生的減速度為-0.139。采用翼板后的制動(dòng)距離為未采用翼板的88.78%，當(dāng)連接處和車廂兩側(cè)均裝有翼板時(shí)，制動(dòng)距離將會(huì)減為未裝翼板的以下，從而大大提高了行車安全性。4.3采用噴氣式制動(dòng)和現(xiàn)階段其他制動(dòng)配合的方式噴氣式制動(dòng)即為緊急制動(dòng)時(shí)開啟事先隱藏在列車頭部的噴氣裝置，使氣流產(chǎn)生的反作用來產(chǎn)生制動(dòng)力從而實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)。兩列車相對(duì)行駛發(fā)生意外前，噴氣制動(dòng)可以增大本車的制動(dòng)力，也可以增大來車的行駛阻力。采用多噴口對(duì)稱分布并同時(shí)噴氣的布局，使短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨大的制動(dòng)力。相撞時(shí)可以造成氣膜吸收撞擊能量，從而大大增加列車安全性。4.4采用減速傘和現(xiàn)階段制動(dòng)配合的方式根據(jù)米格-23的數(shù)據(jù)可以知道，使用減速傘可以使著陸滑跑距離由1200m減為800m，而米格-23降落的初速度為1.14馬赫即387.6m/s，計(jì)算得使用減速傘的減速度為未使用減速傘的1.5倍。動(dòng)車組列車不使用減速傘且在我國(guó)鐵道列車緊急制動(dòng)距離限值核定原則所給出的旅客列車緊急制動(dòng)最大減速度為1m/s-2來計(jì)算（設(shè)動(dòng)車組以250km/h行駛時(shí)，即速度為69.44m/s）得制動(dòng)距離2411m，而實(shí)際減速度因?yàn)槭艿街苿?dòng)缸壓力，摩擦因數(shù)等等的限制，除了德國(guó)的ICE系列，均不能超過1.1m/s-2。結(jié)束語：如今我國(guó)快速的發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)也在不斷革新，高速列車技術(shù)也有了很大的發(fā)展與進(jìn)步，高速動(dòng)車組的制動(dòng)技術(shù)是以安全舒適、節(jié)能環(huán)保為目標(biāo)的，也是在微機(jī)直通制動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上逐漸發(fā)展起來的，這些年通過不斷得改革和創(chuàng)新，最終向智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。與此同時(shí)，優(yōu)化的制動(dòng)控制模式、非粘著制動(dòng)模式的應(yīng)用、大功率制動(dòng)盤、高性能的防滑技術(shù)以及可靠性高的制動(dòng)系統(tǒng)都將是高速動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的研究關(guān)鍵與未來的探索方向。參考文獻(xiàn)：羅飛平，孫環(huán)陽，王群，張磊，舒浩然.高速動(dòng)車組緊急制動(dòng)技術(shù)[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2018（02）：16-22.邵林，張犀，楊欣.更高速動(dòng)車組非黏著制動(dòng)應(yīng)用研究[J].鐵道機(jī)車車輛，2016，36（03）：37-42+87.李曉宇，戴玥.高速動(dòng)車組緊急制動(dòng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策研究[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2015，37（06）：33-38.⑷趙佳穎，郭鳳