劉德強(qiáng)

摘 要：電動車組的最高運(yùn)行速度與其牽引功率有關(guān)，但也受其制動能力的限制。電動車組制動能力是指制動系統(tǒng)使動車組在規(guī)定的制動距離內(nèi)安全停車的能力。為保證行車安全，動車組的制動方式的選擇和復(fù)合顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：計(jì)

1 制動減速度、制動功率、制動距離

高速動車組運(yùn)行在鐵路快速客運(yùn)專線或高速鐵路上，速度高，固定編掛，一般分為動力集中型與動力分散型兩類。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)理論，得出了比照300km/h動車組以各種不同勻減速停車時(shí)的理論制動時(shí)間、停車距離和每噸質(zhì)量所需的平均制動功率（圖1）。

以300km/h動車組為例，經(jīng)計(jì)算，其每噸質(zhì)量的動能 E為3472kJ，每噸質(zhì)量在各種不同勻減速度下停車時(shí)的最大瞬時(shí)制動功率是平均制動功率的2倍。也就是說，如果該動車組每軸14t，那么以1m/s2 的勻減速度停車時(shí)所需的平均軸制動功率為583.4kW/軸，最大瞬時(shí)制動功率為1166.8kW/軸，純制動距離為3472m。這些數(shù)值提供了一個(gè)高速動車組量化的各制動減速度下制動距離和制動功率的概念。當(dāng)然，實(shí)際的制動過程不是一個(gè)勻減速運(yùn)動，而是一個(gè)變速運(yùn)動。

2 輪軌制動粘著利用

作為輪軌關(guān)系的高速動車組，在其制動減速過程中，除空氣阻力外，首先需要利用的仍是輪軌間的制動粘著力，但軌道車輛鋼輪與鋼軌之間的粘著系數(shù)有限。

從圖2、圖3可以看出，輪軌間粘著系數(shù)隨著速度的提高而明顯下降，即在高速區(qū)段依靠輪軌是不可能得到高的減速度的。因此，在高速動車組粘著利用方面可以達(dá)成以下2條共識：⑴高速區(qū)段，粘著系數(shù)低，減速度只能就低設(shè)計(jì)，制動距離長；低速區(qū)段，粘著系數(shù)高些，減速度可以設(shè)計(jì)得高些，但制動距離差異不大。⑵粘著系數(shù)的離散性很大。由于制動防滑器都是被動式校正型的防滑系統(tǒng)，所以制動設(shè)計(jì)時(shí)在粘著利用上只能從最壞的方面考慮，不可期望太高。

3 從“中華之星”動車組的基礎(chǔ)制動系統(tǒng)看高速動車組制動能力配置

由于“中華之星”動車組為動力集中型，設(shè)計(jì)最高速度為270km/h，常用制動主要依靠拖車的制動力。由于拖車只有空氣制動，因此主要依靠空氣制動，緊急制動的設(shè)計(jì)不考慮動力制動，全靠空氣制動。

根據(jù)“中華之星”動車組電機(jī)制動功率、傳動比、傳動效率和輪徑可計(jì)算出1根動軸的電制動力（表1），據(jù)此可得到1輛動車的電制動力曲線（圖5）。圖5同時(shí)給出了該動車按制動缸壓力300kPa計(jì)算出的空氣制動力。

運(yùn)行試驗(yàn)后，對“中華之星”動車電制動力過大采取了以下措施：電制動力只發(fā)揮其定值的40%左右，修改電制動力特性曲線，當(dāng)速度降到45km/h～35km/h時(shí)，電制動力由最大值降到零，即提前取消。

在動力分散型動車組如以2動2拖為2個(gè)單元?jiǎng)榆嚱M的電制動力設(shè)計(jì)中，可以充分發(fā)揮電制動力的作用，因此希望電機(jī)制動特性曲線的恒制動力區(qū)段寬一些。然而，對動力集中型的動車組而言，電制動力就顯得過大，恒制動力在低速區(qū)段發(fā)揮不了作用，這就是動力集中型與動力分散型對電制動能力使用的差別。對于高速動車組，要提高速度，節(jié)省能耗，希望軸重輕，牽引功率大，這樣動力制動的電制動功率也隨之加大，所以動力集中型動車組的電制動力必然發(fā)揮不了作用。

4 高速動車組制動方式的選擇與復(fù)合

對傳統(tǒng)旅客列車而言，有常用制動工況和緊急制動工況，這是常規(guī)的和必須的，高速動車組也是如此。高速動車組在300km/h時(shí)以1.0m/s2平均減速度制動，其制動距離要達(dá)到4000m左右。所以，對于速度達(dá)到某個(gè)級別的高速動車組是否要再設(shè)立一個(gè)“非常緊急”制動工況，使其平均減速度達(dá)到更高，這將決定制動方式的選擇。

目前國內(nèi)的高速動車組均動力分散式。它的動力制動在全列占有很大的比例，其他拖車選用空氣制動方式。對于依靠輪軌粘著的制動而言，現(xiàn)代技術(shù)已使動車車軸的電制動力和拖車車軸的空氣盤形制動都可發(fā)揮到用盡輪軌粘著力的程度，但空氣制動要消耗壓縮空氣，磨耗閘瓦閘片，即使用盡粘著，制動距離還是太長，為此需要考慮采用非輪軌粘著制動方式，如電磁軌道、電磁渦流軌道、空氣阻力等。為利用再生電流、降低閘瓦閘片磨耗或減少更換閘瓦閘片的工作量，還可以采用電磁渦流盤形制動。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王月明.動車組制動技術(shù).中國鐵道出版社.2010.

[2]彭俊彬.動車組牽引與制動.中國鐵道出版社.2009.