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高速动车组制动系统防滑控制研究

成晓宇 李少杰 段阳春

摘要：作为高速动车组的核心技术之一，防滑控制系统通过对防滑控制参数的统计分析，来保证列车防滑控制的效果。防滑控制系统能够在列车高速运行过程中，利用轮轨之间的黏着，保证列车的制动距离尽可能缩短，从而保证行车安全。本文通过对我国高速动车组制动系统技术的发展现状分析，总结防滑制动系统的工作原理，并提出提升控制系统效果的建议。
关键词：高速动车组;制动系统;防滑控制
前言：随着社会经济的不断发展，高速动车组已经逐渐成为我国旅客出行的主要运输工具之一了，高速动车组内部系统和部件性能的安全可靠性也成为人们关注的问题。其中，高速动车组的防滑保护是制动系统的核心技术之一，是一种为了避免车轮打滑而采取的控制技术，该技术能够在列车高速行驶的过程中，实现良好的滑行控制。目前，我国现有的高速动车组和防滑控制技术主要是引入国外，各方面参数的调整还要受外方限制。因此，基于目前我国国内高速动车组制动系统防滑控制相关技术的发展状况，我们非常有必要利用相关理论知识，对我国高速动车组制动防滑控制技术展开研究。
1、我国高速动车组制动系统技术现状
我国高速动车组制动技术在借鉴国外先进技术的基础上，不断“消化吸收和再创新”，目前技术水平已经达到了国际先进水平。以CRH系列高速动车组为例，该系列动车组的制动技术主要来自于德国和日本的公司，采用微机控制直通点制动控制技术和大功率盘形基础制动技术。此类的动车组制动系统主要包括三个主要组成部分：制动控制系统、基础制动装置和风源系统，这三大主要系统和一些辅助设备相互配合，从而实现紧急制动、快速制动、停放制动和常用制动等功能。在制动控制方面，CRH系列列车常采用再生制动和空气制动的复合制动方式，即动力制动和空气制动的联合。在实际操作过程中，往往先使用动力制动，当动力制动不能满足制动需求的时候，就“补偿”空气制动，在这一过程中制动力能够根据理论黏着力要求和列车的载荷变化自动调整，具有一定的限制功能。
在防滑控制方面，主要是针对充分利用黏着和如何进行黏着条件下实现防滑而采取相应的技术措施。应用德国公司制动系统的动车组，分别有空气制动系统和牵引系统来完成空气制动和电制动。而采用日本公司制动系统的动车组，只有空气制动系统能够进行防滑控制，牵引系统是不进行防滑控制的。根据实际运行中的制动防滑控制效果，我国的高速动车组也在不断进行技术完善，制动控制和防滑控制的软件也在不断升级，现有的动车组制动系统大部分产品也实现了国有化生产。目前，我国高速动车组的自主研发成果已经投入运营，这也标志着我国动车组制动技术的自主研发取得了重大的突破。
2、高速动车组制动系统防滑控制的原理分析
2.1  高速列车制动系统原理
随着现代科学技术的发展，传统的制动方式已经不能满足现在的制动需求了，通过气控制单元来制动充气或者排气，从而产生制动和缓解作用的单一制动方式需要进行创新，这样才不会被淘汰。以国外高速动车组的制动系统为例，他们大多是以空气制动为主，以动力制动、磁轨制动等电力制动为辅，形成一种空气和电力相互联合的制动系统，而不是只依靠单一的空气制动系统。在高速动车制动系统中，有一个重要的组成部分，就是能够实现空气制动和电力制动联合的EP单元，该单元能够根据动车组实际所需的动力大小和电制动力大小，由空气制动及时补足不足的部分，这样就实现了列车的安全运行和平稳停车。EP单元也是随着科技的不断发展，自身结构也在不断变化。
2.2  动车组制动防滑控制的原理分析
高速动车组的制动防滑控制，主要是依靠电制动和空气制动。电制动防滑装置是将速度传感器安装到牵引电机上，这样就能够对转动速度进行检测，并在即將发生滑行时及时动作，将在作用在车轮上的制动力迅速下降，直至到黏着力之下，从而防止车轮滑行。而空气制动防滑控制主要是通过安装在每一个轴端的速度传感器实现对轮动转动速度的检测，这个过程需要对各轮对的转动线速度与参考速度进行比较得到相应的速度差。接着讲各轴的速度差等分别与相应的判断数据进行比较，当达到有关的判据标准时，主机就会立即控制防滑设备动作，以实现一系列的制动动作，从而达到防止轮对滑行、调节制动力的目的，具体的空气制动防滑控制原理可以看图1。
3、高速动车组制动防滑控制研究
3.1  高速条件下防滑问题分析
近些年来，我国高铁线路上发生了多起动车组轮对擦伤故障，这些故障多发生在雨雪天气、凌晨时段，造成了比较严重的后果。和雨雪天气的公路上运行的汽车在制动时发生滑行一样，高速动车组在制动时若制动力过大，也会出现制动闸片“抱死”而使轮对在钢轨上滑行的情况，这也就造成了轮对擦伤故障。因此，为了减少这种擦伤故障的发生，高速动车组的制动系统应当具备一定的防滑特点，如制动系统要操作灵活，作用可靠，制动减速要快;同时要具备动力制动能力，这样在制动过程中才能充分发挥制动防滑能力，降低运行成本;还有保证制动能力的充足，保证动车组在规定的制动距离内安全平稳停车;再有要保证动车组内的各车辆制动力尽可能一致，制动系统应当根据乘客数量的变化调整能力，以减少制动时的纵向冲动;最后，高速动车组要具有速度和黏着控制模式和防滑保护控制，这样才能保证列车的安全运行和平稳停车。
3.2  高速动车组制动防滑控制系统的发展建议
为了保证列车的平稳运行和乘客的安全，高速列车组应当不断提升自身制动技术，尽量减少滑行的出现。高速动车组可以通过微机制动控制装置接受制动指令，并根据制动和来自空气弹簧的载荷信号来计算制动力的大小。在电制动正常工作的条件下，向牵引控制系统发出电制动指令，在接受相关反馈信号后进行所需空气制动力的计算，最后，通过EP阀的一系列工作产生制动作用。滑行检测器是通过防滑电磁阀的工作，检测系统内的数据。可以通过制定检测标准来测试防滑效果，但要注意防滑标准制定的临界值，不要过高也不要过低。标准值过高会使滑行控制的稳定性能变差，从而延长制动距离，可能会危及运行安全;标准值过低，防滑的灵敏度就会降低，导致车轮擦伤的出现，因此，要慎重地制定防滑标准。最后，若列车真的出现了严重的滑行，要根据实际情况，考虑适当地保留电制动力，这样能够起到一定的轨面清洁作用，还可以降低头车轮对擦伤;当高速动车组中单车存在空转或者滑行时，可以通过修改软件来调整，在软件的显示屏上提示驾驶员动车组出现的故障，方便驾驶员尽可能地提前采用小级别制动进行调速，避免大级别的制动;最后，可以适当增加动车的自动撒沙功能，即当列车检测到滑行时，就可以自动激活本车的撒沙装置进行撒沙，从而保证列车的安全运行和平稳停车。
结语：综上所述，虽然我国高速动车组的运营速度位于世界前列，但我国动车组的自主研发技术水平与发达国家还有一定的差距，一些技术的发展情况还不能满足高速列车的需求。其中，列车的制动系统防滑控制是影响列车安全的重要因素之一，笔者通过对高速动车组防滑控制系统工作原理和发展现状的研究，总结了该系统的有效性，并为后续发展提出了几点建议。我国高速列车制动防滑控制技术还不太成熟，有很大的发展空间。因此，需要不断积累发展经验、提升技术水平。
参考文献：
[1]孟德浩.浅析我国高速动车组制动系统现状与发展态势研究[J].中国新技术新产品，2019（19）：5-8.
[2]孙环阳，罗飞平，王群，杨磊，杨硕.高速列车防滑控制策略研究[J].机车电传动，2017（05）：35-39+43.
[3]赵春青. 高速动车组制动系统可靠性建模与评估研究[D].北京建筑大学，2016.

-全文完-