解析我国高速动车组制动技术现状及未来技术发展

解析我国高速动车组制动技术现状及未来技术发展

佟维

北京局集团公司北京动车段 北京 102600

摘要：铁路交通一直以来都是社会生活的主要组成部分，伴随先进的铁路技术逐步应用并不断创新，我国在高速动车制动领域的技术水平已经跻身世界前列。制动环节是保证高速动车运行安全的核心所在。由我国自主研制的制动技术已经取得了不菲的成绩，整套制动系统和外部零件逐步在高速动车上实际应用。本文主要从制动技术、制动体系和制动性能等方面进行深入剖析，研究我国目前高速动车领域的发展情况，并对未来发展提出有效的指导意见。

关键词：高速动车组；制动系统；编组动拖比；安全性和可靠性

当前高速动车设备普遍归属于动力分散模式，我国曾投入使用的部分高速动车机组，例如CRH1、CRH2等，均是从西方发达国家引进。随着2007年我国第六次铁路运输改革以来，我国在高速动车领域高速前行，动车机组性能不断提升，当前普遍超过300km/h。纵观近年来的不断发展，如何有效保证动车机组的安全已然是摆在铁路运输领域面前不可忽视的问题之一。确保旅客乘坐更加舒适、有效把控成本投入，进一步提高运行速度，降低制动区间，优化电动车组的安全性能，推动我国铁路运输的快速发展。本文针对高速动车制动体系进行深入研究，并给出相应的指导意见。

1高速动车组制动方式

动车制动是利用人工控制的方式，借助制动力有效降低列车行驶速度，确保列车可以平稳停车，将运动状态转变成静止状态。动车制动模式根据制动过程所选用的动能转换方案、产生制动力途径以及制动力来源可以划分成不同类别。

1.1按电动车组动能转移方式分类

从能量转换的角度分析，制动工作本质上是把动车机组运行过程中存在动能转换成其他类别的能源。基于差异化的动能转换方式，一般可以分成以下两个方面：

1）利用制动闸和车轮进行相互摩擦，把运行过程的动能转化成摩擦热能后传递到外部环境之中，即摩擦制动。2）将运行中的动能转化成电能，从而通过动车转移，即动力制动。

1.2按制动力形成方式分类

高速动车产生制动力的方案也不尽相同，通常有黏着制动和非黏着制动两大类，本质上是按照制动力在产生过程中是否依赖轮轨的黏着性进行划分。

1.3按制动源动力分类

当前高速动车实际应用的制动方案，主要的来源有压缩空气和电能两大类，其中将压缩空气作为主要来源的制动模式就是常说的空气制动。诸如：盘形制动等。而通过电能产生制动力的方案属于电气制动。常见的有动力制动和电磁制动等。

2我国高速动车组制动系统技术现状

2.1基本技术现状

纵观我国投入使用的高速动车机组来说，其中CRH系列普遍装设有通过微机直接控制的电控制动系统和盘形制动系统，这两大制动系统分别是由德国和日本公司生产。其中德国公司研发的制动系统主要应用于CRH1／3／5、CRH380B／C／D等动车机组之中，而日本公司研制的制动系统则主要应用在CRH2A／B／C(一阶段)和CRH380A动车机组之中。

2.2关键技术掌握情况

不断引进国外先进技术并逐步提高国内技术水平，当前很多动车机组的制动系统已经完成国产化转型，但仍有一些关键技术只能从国外公司引进。其中克诺尔公司研制的制动技术，是由铁道科学研究院和北京纵横机电公司共同负责，前者主要承担制动夹钳部分以及配套零件的制作，后者负责风源系统的生产。其他诸如制动盘等零件由克诺尔和铁道研究院共同生产或克诺尔直接提供，最后克诺尔公司将全部零件整合后进行系统集成。

3高速动车组制动系统技术的发展趋势

3.1非黏着制动

对于动车机组来说，在考虑黏着问题时应当从动车处于高速行驶状态中和不良轨道接触时黏着程度是否改变入手。因为信号的接收情况和判断位置存在差异，即使采用精确程度较高的设备也无法消除影响，一旦轨道状态不佳，就会出现轻微滑行。所以，采用非黏着制动进行配套的辅助制动已然成为今后城市轨道交通的重点研究方向。当前普遍选用的非黏着制动方式为磁轨和涡流，基于航空领域的研究经验，翼板制动也是有效的制动手段，尤其是在车体处于高速运行状态时可以产生较大的制动作用，也是速度处于高位时常见的减速方式，保证车体不通过摩擦和黏着进行制动，直到速度降低到中速指标后换用常见的制动手段。

主要存在的问题有以下三个方面：1）强化车体的减震降噪性能：当翼板装置处在高速扰流状态下，就会导致原有机组中的震动设备出现较大的额外干扰，对车体减振降噪性能提出挑战。2）选用轻量化设计方案：通过较强的纵向力作用在车体顶部位置，进一步提升强度，并尽可能达到轻量化设计标准。3）保证经济性能：动车机组处在中高速运行状态中，产生的能量无法有效再利用，导致经济收益难以提升。但应用翼板制动后可以有效解决这一问题，更好的优化经济性能。

3.2动拖比对制动系统设计的影响

伴随交流牵引装置的不断完善，在1992年中，日本首次在动车线路上应用交流再生制动方案，此前，动车制动全部是将动能转变成热能，即通过摩擦制动。而在日本动车机组上，必须装设的制动设备轴体质量较高，同时会出现较多的额外热能以及提高维护成本。因此日本在后期的动车机组选择上，不断调整，逐步实现轻量化转型。

综合来看，我国实际投入使用的高速动车机组尚未形成完善的牵引体系，未来即将投入使用的标准动车机组采用的4M4T编组模式。综合经济性能来看，最佳的编组模式应当选用二头拖车，同时中间部分尽量增设动车车体。

3.3安全及可靠性设计

对于高速动车机组的方案设计来说，最应该重视的就是安全程度较高的制动体系。动车机组在实际运行时，通常时速为300km/h，而在进入停车区域时需要司机手动操控制动系统。将制动信号传递到动车机组中，一般来说人工操控的优先级最高。甚至是当动车低速运行时仍有可能出现电制动异常的问题，所以停车必须要依赖机械制动设备。高速动车机组中普遍应用的制动方案需要将再生制动技术作为核心，避免能量损失较大。诚然电阻制动模式会产生额外的热能，但其仍是辅助制动的有效手段，尤其是部分电子系统可靠程度无法满足要求。

4结语

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：

[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(19).

[2] 刘建. 动车组制动控制系统方案设计及仿真研究[D]. 西南交通大学, 2012.

[3] 杨川, 孟繁辉, 许杰, et al. 高速动车组制动盘螺栓断裂分析及优化方案[J]. 大连交通大学学报, 2018(4).

作者简介：佟维（1993-03-31），男，满族，籍贯：辽宁省北镇市，当前职务：技术员，当前职称：助理工程师，学历：大学本科，研究方向：动车组。