高速动车组紧急制动技术

安刚

摘要：随着科学技术的发展，高速动车组制动系统的控制方式、系统配置需不断进行优化，本文结合国内外先进的动车组制动控制方式、制动系统组成对制动控制技术进行探讨和分析。

关键词：高速动车组；紧急制动；制动技术

高速动车组制动系统的安全性是列车安全运行的根本保障，为此，动车组需要有足够的制动能力，以保证动车组在规定的制动距离内安全停车。紧急制动是保证安全停车的最有效手段，使动车组能够以最快、最有效的方式紧急安全停车。

1制动方式

高速动车组的制动方式通常是按照事先设定的减速度来控制动车的减速和停车，制动方式一般分为：粘着制动和非粘着制动。粘着制动是由于轮轨间的相互摩擦而产生的制动力，例如由牵引电机产生的电制动、过制动缸产生的空气制动等。而非粘着制动是利用外阻力的作用，使列车产生制动力而停车，通常有涡流制动、磁轨制动以及风阻制动等制动方式。对于高速动车紧急自动方式来说，粘着制动是动车主要的制动方式，非粘着制动一般作为辅助制动方式。本文就是以高速动车组常用的粘着制动为基础进行分析和探讨，粘着制动方式的制动系统由空气制动系统和电制动系统两大系统组成的，在制动的时候可采用复合制动方式。对于动车的制动来说也有先后顺序，通常是电制动优先，只有在电制动不足的时候，才由空气制动进行补足，可以有效降低基础制动中闸片和制动盘的磨损。

2电制动系统

2.1再生制动

对于再生制动来说，动车组通过受电弓来接收触电网的电力，通过牵引变流器整流逆变后，供给牵引电机，在动车需要制动的时候，牵引电机被牵引变流器控制并切断电源，然后转变成发电机继续使用。在制动的时候牵引电机会将列车的动能转变为三相交流电，再将三相交流电逐渐转化为单相交流电。最后再由主变压器升压后回馈到电网，将动车运行时的动能转换为电能。

2.2电阻制动

电阻制动是在动车组回路中设置制动电阻，在制动的过程中如果再生电量并不能反馈回电网的时候，就由制动电阻和牵引电机构成电阻制动回路，并且可通过制动电阻将牵引电机发出的电能变为热能逐渐消除。

3空气制动系统

空气制动系统是由三部分组成的，它们分别是:基础制动装置、风源装置以及制动控制装置等。基础制动装置是空气制动系统中的执行机构，它的作用原理是将制动压力作用在车轮上，通过产生的轮轨间摩擦力，从而对动车进行制动。风源装置的主要作用是为制动系统提供制动的源动力，在高速动车组上通常是由主空压机和辅助空压机构成。制动控制装置可以说是制动系统的中枢系统，它负责接收制动指令，可以说它的作用非常大，同时也担负着制动力的计算和分配任务，是不可缺少的一个部分。

3.1停放制动

停放制动是动车组在没有电和没有风的情况下为了防止动车溜车而专门设置的一种制动功能。通常情况下停放制动的实现有两种形式：使用铁靴或者是使用储能式停放制动单元缸。在使用铁靴进行停放制动时，可以根据现场的实际情况，通过风速大小、现场坡道来选择适合的铁靴放置在轨道与车轮之间，以防止列车溜车的情况发生。一般情况下，储能式停放制动单元缸集成是在基础制动的装置上进行的，在停放制动缓解的时候，压缩空气就会逐渐充入到停放制动缸中，此时弹簧就会被压缩。动车组在放置了一段时间以后，总风压力就会逐渐降低，若是降低到停放制动缸压力以下时，此时停放自动就会自动施压。除此之外，在装有停放制动缸的转向架周围的两侧提供机械缓解手柄，停放制动就可以在车的两侧进行手动缓解。

3.2保持制动

为满足坡道启动要求，动车组设置保持制动功能。制动力的大小我们可以通过车重与坡道预先设定好，在停车的时候，制动控制装置系统就会自动施加一定的制动力，保持制动是为了满足坡道的启动要求。列车在坡道启动以后，仍然可以保持制动力，以避免列车溜车，在这个过程中若接受到了保持制动释放的信号，此时的制动系统便自动解除了。在列车的司机室内设置有保持制动旁路开关，可以将保持制动的功能彻底切除。

4高速列车紧急制动方案探索

为了能够发挥安全稳定的效能，翼板必须能够承受较大的气动载荷，温湿度，冲击和腐蚀。主体面板包括纤维增强材料层、泡沫夹芯材料层和纤维增强材料层，层间用胶膜材料胶粘成一体，在泡沫夹芯材料层中，设有纵横筋。

4.1采用翼板和盘式制动配合的方式

此制动与飞机制动的原理相似，制动力显著增加，并大大减小了机械磨耗。此时翼板相当于飞机减速时的挠流板。翼板安装在车厢连接处的空隙中，未启动时起到密封作用，减小行车阻力。启用时采用液压动力打开布置好的的一圈翼板产生制动效果。此外车厢侧面也可安装，紧急制动时采用升降装置使其发挥作用。为了增加行车和制动的稳定性，翼板安装位置要左右对称。

4.2采用翼板制动、再生制动和涡流制动配合的方式

由于翼板可以大大增加空气阻力，加上再生制动和涡流制动，可以将现在的制动力提高数倍。以空气为动力，采用电气控制系统，结构简单，作用可靠，没有磨耗。以车顶设置翼板为例，假设动车组以行驶，则翼板产生的减速度为-0.139。

采用翼板后的制动距离为未采用翼板的88.78%，当连接处和车厢两侧均装有翼板时，制动距离将会减为未装翼板的以下，从而大大提高了行车安全性。

4.3采用喷气式制动和现阶段其他制动配合的方式

喷气式制动即为紧急制动时开启事先隐藏在列车头部的喷气装置，使气流产生的反作用来产生制动力从而实现紧急制动。两列车相对行驶发生意外前，喷气制动可以增大本车的制动力，也可以增大来车的行驶阻力。采用多喷口对称分布并同时喷气的布局，使短时间内产生巨大的制动力。相撞时可以造成气膜吸收撞击能量，从而大大增加列车安全性。

4.4采用减速伞和现阶段制动配合的方式

根据米格-23的数据可以知道，使用减速伞可以使着陆滑跑距离由1200m减为800m，而米格-23降落的初速度为1.14马赫即387.6m/s，计算得使用减速伞的减速度为未使用减速伞的1.5倍。

动车组列车不使用减速伞且在我国铁道列车紧急制动距离限值核定原则所给出的旅客列车紧急制动最大减速度为1m/s-2来计算（设动车组以250km/h行驶时，即速度为69.44m/s）得制动距离2411m，而实际减速度因为受到制动缸压力，摩擦因数等等的限制，除了德国的ICE系列，均不能超过1.1m/s-2。

结束语：

如今我国快速的发展，各项技术也在不断革新，高速列车技术也有了很大的发展与进步，高速动车组的制动技术是以安全舒适、节能环保为目标的，也是在微机直通制动控制系统的基础之上逐渐发展起来的，这些年通过不断得改革和创新，最终向智能化、自动化的方向发展。与此同时，优化的制动控制模式、非粘着制动模式的应用、大功率制动盘、高性能的防滑技术以及可靠性高的制动系统都将是高速动车组制动系统的研究关键与未来的探索方向。

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