高速动车组制动控制与应用

摘 要：随着我国进入高速快节奏发展阶段，高速铁路行业也进入了快速发展高速通道。高速动车组的制动系统不断优化，逐渐解决了制动方面惯性质量问题，研发人员在设计过程中不断提出改进方案。近几年，高速动车组制动技术参考了国内外制动技术的先进经验，加进了自主创新，将制动系统的控制与应用进行了良好的结合与匹配，提高了动车组在运营方面的安全系数。

关键词：高速动车组；制动系统；制动技术；制动控制与应用

高速动车组制动系统承载着动车组高速运行可靠性的需求。高速动车组制动控制系统汇聚了多个子系统，是一个复合制动控制的集合。高速动车组制动系统主要包括以下几个方面：供风系统、电气制动指令网络传输系统、制动控制系统、动力制动装置、防滑装置系统、转向架制动控制装置、辅助制动控制装置、撒砂装置等子系统。

1 高速动车组制动控制理论概述与发展

列车制动控制技术发展与演变：

18世纪60年代“蒸汽机”时代，以蒸汽机为动力，火车的驻车与控制依靠蒸汽机车的逆汽运动以及人为手动的闸瓦制动。

1869年，当时利用空气压缩机对空气的压缩和释放，推动相应的连杆机构进行运转，弥补了先期人为手动制动力的不足。

19世纪初期二次工业革命时“电气控制和内燃机驱动”的时代，列车运行时速有效提高，随之更改的是摒除列车制动控制老式闸瓦制动的理念，采用由闸瓦式的踏面制动演变到轮轴上的盘式制动，避免了踏面制动时产生过高的热负荷而给车轮踏面带来的热裂，同时也减少了车轮的磨损。

19世界中期，从机械制动进入到电气制动的标志性变革：电阻制动方式 。所谓电阻制动方式，在制动过程中，列车牵引电机与主电路断开，利用列车的惯性带动牵引电机的转子，此时电机工作于发电机状态，从而产生反转力矩，消耗列车的动能，达到产生制动作用的目的。

近代工业史，列车由单纯的电阻制动，转变为由能量合理利用而演变成的再生能源制动方式，即再生制动控制。再生制动是在电阻制动基础上进一步发展而成的制动方式，将制动过程发出的电能反馈回电气化铁路供电网，使本来由电能变成的动能再生为电能，而不是变成热能消散掉。

随着进入现代高速列车发展过程，日益增长的高速运输需求，对高速列车的制动要求是平稳、安全、可靠，高速动车组应运而生，高速动车组制动控制理念不断创新、改善：现代高速动车组采用的是复合式制动控制方式。

2 高速动车组制动控制应用

2.1 制动设备控制应用

以“和谐号”为例，制动控制系统主要设备包括以下几部分：司机室控制器（操控基础制动装置（制动夹钳、撒砂装置））、供风设备、制动控制单元、制动防滑装置等。动车组制动系统的设备控制应用主要是结合本文前面的制动控制技术，所有制动设备都是制动系统的载体，它们起着承载和传播、执行的作用：

①在复合式制动模式下，动车组内的微机利用直通电空制动技术通过电气指令的传递和处理，将电气制动（牽引电机等设备的应用与控制）与空气制动（基础制动的应用与控制）协调配合；②风源系统中的空气压缩机（供风设备）是主要部件。顾名思义风源制动系统，即为动车组运行提供稳定的、持续不断的风源的，其稳定的风源保证动车组制动风缸、制动管路内部空气在启用制动作用时起到重要作用；③制动控制单元（也叫做制动控制模块）主要是指负责制动控制单元BCU、空气制动阀以及连接装置。制动控制模块集成了单车制动的所有控制功能，负责解析并执行接收到的制动指令以及进行单车故障诊断并将相关信息反馈回TBM（主控端BCU）；④高速动车组采用微机控制防滑器。如果动车组轮对产生了滑行动作，要求动车组的防滑系统应能尽快检测到反馈给微机，同时减小制动力，使轮轨间尽快重新恢复黏着，以防止制动距离延长。

2.2 空气系统制动控制应用

空气制动系统由压缩空气供给系统、空气制动控制部分和基础制动装置三大部分组成。动车组中的空气制动控制的应用详细总结如下：

①压缩空气由电动空气压缩机产生，经由贯通全列车的总风管送到各车的总风缸，再经两个单向阀分别送到控制风缸和制动风缸。各车制动风缸中的压缩空气供给中继阀、紧急电磁阀和电空转换阀使用；②电空转换阀将送来的压缩空气调整到与制动指令相对应的空气压力数值，并作为指令压力送给中继阀；③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、速度和载重计算出的制动力减去电制动的反馈量后，得到实际需要的空气制动力；④中继阀输出的增压缸空气压力经制动软管，从车体送到转向架上增压缸的输入侧，在增压缸的输出侧产生比空气压力高且与空气压力成比例的液压送给制动夹钳装量，使其产生制动动作。

3 结论

本文根据介绍高速动车组的制动控制理论和发展历程，分析了动车组制动控制在实际情况下的应用，探讨了高速动车组制动控制的发展趋势与方向，得到相关结论：高速动车组的制动控制在高速列车发展史上起着举足轻重的地位。我们只有不断的优化制动系统功能的完备性、可靠性、智能性，才能保证高速列车安全运行。

参考文献：

[1]翟维丽，李培署.高速动车组制动控制发展历程[J].铁道车辆，2005，43（8）：10-12.

[2]李和平，曹宏发.和谐号动车组制动技术概述[J].铁道机车车辆，2011，31（5）：1-12.

[3]刘红军，高速动车组制动控制单元的设计改进研究[J].中国机械，2013，89（2）：171-172.

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