高速货运动车组制动系统设计初探

郭小行，朱立强，王琳，张义文，梁永廷

（中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心河北唐山063035）

摘要：本文高速货运动车组制动系统设计基于我国现有高速动车组设计平台，并结合货运动车组总体方案中随车人员配置少、车内布置变化以及货运车辆货物种类随机而易发生的超偏载等问题，对高速动车组制动系统从功能、配置展开了优化设计。

关键词：货运；动车组；制动系统

随着我国经济、信息技术的快速发展，货运市场对运输能力、运输速度和运输条件提出了更高的要求。而铁路运输以其全天候、大运量、准时、安全、绿色节能的运营优势，成为货运运输方式的发展方向，同时，我国现有的高速动车组技术也为高速货运动车组研究提供了技术平台。

众所周知，制动系统作为保证车辆安全的重要组成部分，其性能和功能的完整性是车辆评价指标。高速货运动车组制动系统是基于我国现有高速动车组技术平台，结合货运动车组总体方案以及货运特点，对该高速动车组制动系统从功能、配置展开了设计。

1总体介绍

动车组共八辆编组，分为两个牵引单元，每个牵引单元又包括两个动力单元。电制动和摩擦制动的作用由制动控制单元(BCU)、牵引控制单元(TCU)和列车中央控制系统(CCU)调节。在一个牵引单元（4辆车）内的数据交换由多功能车辆数据总线MVB来完成，牵引单元间的通讯由列车总线WTB完成。动车组数据传输如图1所示。

2制动管理

微机控制的直通电空制动是车辆的主要制动模式。制动系统的直通电空制动通过列车网络实现制动信号的传递，由制动控制单元BCU实现制动力的管理。在利用机车进行救援或回送时，动车组使用备用的自动式空气制动，此种制动模式不依赖于车辆的网络及电气控制，而是通过列车管的压力变化控制车辆制动力的施加和缓解。

制动控制采用三层结构实现制动管理，具体为制动控制部件，分段制动管理器(SBM)，列车制动管理（TBM）。如图1所示。

图1制动管理层级结构

制动控制部件监控本车相关设备及其子系统并报告故障诊断信息。

分段制动管理器(SBM)的功能集成在头车的两个BCU内，作为冗余，两个头车的BCU中只有一个执行SBM的功能。如果SBM故障，另一BCU将自动执行SBM功能。SBM向单个制动控制部件发送TBM的设定值。此外，SBM将其牵引单元可利用的实际最大电制动数据传送至TBM，SBM监控牵引单元的BCU并向牵引单元的诊断系统报告故障。

列车制动管理（TBM）的功能集成到头车的两个冗余的BCU内。在本务车头车内两个BCU中仅有一个执行TBM的功能。如果TBM故障，在本务车中的另一BCU将自动执行TBM的功能。TBM位于与“列车主CCU”相同的牵引单元内。TBM控制并协调列车的所有常用制动系统。TBM考虑要求的列车制动力和实际制动模式并从可用的制动力计算单个制动系统的制动设定值并将它们传送至SBM。

每个电制动ED和微机控制直通空气制动EP制动系统接收一个设定值，两个制动系统将实际的制动力报告给制动管理。制动管理将制动要求设定值与报告的实际制动力相比较。如果在要求的和获得的最大ED制动力之间有差别，那么将由EP制动系统补偿。

3制动系统优化

结合总体技术方案及货运车辆特点，在传统的高速动车组基础上，对制动系统进行了如下优化。

3.1远程单车制动隔离

为适应动车组采用大货箱，不设中间过道的总体技术方案，保证在头车能够隔离制动故障车辆，在两端头车设置远程单车制动隔离功能。

采用HMI软件对单车制动进行隔离，CCU接收到切除单车制动指令后，通过klip站激活相应车辆制动切除继电器，HMI显示制动切除状态。当网络故障，为防止制动切除继电器误动作，通过单车制动切除网络旁路开关将切除线路断开，保证空气制动可用。

3.2超载、偏载监控

因货运动车组运货种类及货物密度随机，货运列车较客运列车更易发生车辆超载和偏载情况，此种情况易造成牵引重加大，在牵引功率不变的情况下，会造成列车走行速度减慢，干扰正常的运营秩序，另外，也会导致车辆设备寿命降低，从而增加维修与维护费用，加大运输成本。因此货运列车设置车辆超载、偏载监控非常必要。

超载监控：

采用空簧压力转换的车重信号，CCU直接读取来自BCU的MVB信号“F_BSG_Wagengewicht”进行控车。如图2所示。

图2超载监控

偏载监控：

为防止车辆纵向偏重太大，分别在一、二位转向架空气弹簧加装压力监测装置，对一位、二位空气弹簧压力差值与设定参数进行对比，若差值超限，BCU反馈MVB单车纵向偏重超差信号。如图3所示。

图3偏载监控

3.3乘客紧急手柄配置

考虑到货运动车组随车人员配置减少，为保证车辆发生意外情况及时报告给司机，并符合UIC541制动系统部件设计规则，保留并调整乘客紧急手柄配置数量及位置。整车乘客紧急手柄配置如下表1所示。

车辆主风源配置为03车和06车，调整后的结构空气压缩机占空比41.2-66.8%，满足最低占空比要求。

3.5基础制动-夹钳单元

夹钳单元采用模块化结构，夹钳单元通过关节轴承与构架相连。所有制动夹钳单元都有内置的自动闸片间隙调整器。考虑在本项目中，车重较以往项目有所增加，在设有停放制动功能车辆，停放制动缸压力选用23.5KN，经校核满足20‰的坡度上安全停放，并具有不小于1.2倍的冗余。

4结语

高速货运动车组是充分借鉴成熟的我国高速动车组技术平台及国外货运动车组经验，自主集成的制动系统。该系统在研发过程中，结合高速货运动车组总体技术方案及货运动车组特点，对制动系统配置及功能进行了优化，考虑货运车辆货物种类随机，不易控制，较客运车辆易发生的超偏载，提出了动车组超偏载监测方案。因高速货运动车组在中国尚属首次研制，对其功能及应用还需要不断探索，试验验证，并不断完善。

参考文献：

[1]孙剑方，李和平，曹宏发，章阳．动车组制动安全性研究[J]．铁道机车车辆，2011.10

[2]林结良，潘树平.快运货车的研制及展望[J].铁道车辆，2002（2）

[3]胡准庆.动车组制动系统[M].北京交通大学出版社，2012.6