宋國良

(中國國家鐵路集團有限公司 機輛部， 北京 100844)

列車的高速化發(fā)展，對制動系統(tǒng)提出了更高的要求[1]。復(fù)興號動車組制動系統(tǒng)設(shè)置了超員報警功能。自復(fù)興號動車組投入運營以來，發(fā)生了多起超員報警問題，對高鐵運輸秩序帶來一定影響。結(jié)合中國鐵路實際運輸需求提出超員報警功能的優(yōu)化方案，設(shè)置超員預(yù)警和超員報警兩級報警功能，并調(diào)整了設(shè)計參數(shù)。接著從動車組制動力、摩擦副熱負荷能力、制動距離等方面開展了影響分析和安全評估。

1 復(fù)興號動車組現(xiàn)有超員報警設(shè)計

1.1 超員報警工作原理

復(fù)興號動車組在速度小于5 km/h時通過制動控制裝置(BCU)檢測空氣彈簧壓力，根據(jù)空氣彈簧壓力與車質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系，將壓力轉(zhuǎn)換為車質(zhì)量后傳給列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將采集到的數(shù)值與超員報警值進行比較，當某個單車采集數(shù)值大于或等于單車超員報警值時，報單車超員報警；當所有單車采集數(shù)值之和大于或等于列車超員報警值時，報列車超員報警。

動車組發(fā)生超員報警時，司機室、乘務(wù)員室以及機械師室監(jiān)控屏將彈屏顯示，同時報警車廂廣播中有聲音提示，當疏散至小于超員報警值時，動車組超員報警自動解除。

1.2 超員報警值設(shè)定現(xiàn)狀

考慮到車質(zhì)量檢測誤差，為避免超員誤報警，CR400AF型動車組各車在超員20%的車質(zhì)量基礎(chǔ)上，各車增加1 t質(zhì)量設(shè)定為超員報警設(shè)定值，見表1；CR400BF型動車組各車在超員20%的車質(zhì)量基礎(chǔ)上，3、6車增加0.6～0.8 t后達到車輛軸重限值68 t，2、7車增加2.5 t后接近68 t，所以2、3、6、7車報警值按照68 t設(shè)置，其余車按超員20%后再增加約2.5 t設(shè)定為報警值，見表2。整列車超員報警值均為各單車超員報警值之和。

2 復(fù)興號動車組超員報警優(yōu)化方案

將超員狀態(tài)分為超員預(yù)警和超員報警兩級(速度大于5 km/h不進行超員預(yù)警和報警檢測)，單車設(shè)單車超員預(yù)警(單車超員20%)和單車超員報警兩級；整列設(shè)列車超員預(yù)警(整列超員20%)和列車超員報警兩級?？紤]車質(zhì)量檢測誤差，避免超員誤報警，復(fù)興號動車組超員預(yù)警值設(shè)定為在超員20%的車質(zhì)量基礎(chǔ)上，各車增加1.25 t(考慮檢測誤差0.85 t和積灰0.4 t)，超員報警值設(shè)定為車質(zhì)量允許最大限值66.75 t(最大軸重68 t-檢測誤差0.85 t-積灰質(zhì)量0.4 t)，其中CR400BF因3車、6車自重較重，無法再區(qū)分預(yù)警和報警兩級，故只按66.75 t直接設(shè)一級報警值。整列車超員預(yù)警和超員報警值為各單車超員預(yù)警和超員報警值之和。優(yōu)化后CR400AF型動車組列車超員報警時的整列車質(zhì)量相對于定員質(zhì)量增加了52.4 t，見表3。CR400BF型動車組超員報警時的整列車質(zhì)量相對于定員質(zhì)量增加了30.19 t，見表4。

表1 CR400AF型動車組車質(zhì)量及超員報警設(shè)置情況

表2 CR400BF型動車組車質(zhì)量及超員報警設(shè)置情況

表3 CR400AF型動車組車質(zhì)量及超員報警設(shè)置情況

表4 CR400BF型動車組車質(zhì)量及超員報警設(shè)置情況

超員達到車質(zhì)量允許最大限值時，進行超員報警，在司機室、機械師室及乘務(wù)員室彈屏顯示并聲光報警，同時在報警車廂內(nèi)廣播。客運乘務(wù)員組織疏散，列車長上報信息，要求后續(xù)車站在售票和旅客乘降方面采取相應(yīng)措施，超員報警解除后方可行車。

3 復(fù)興號動車組超員報警功能對制動系統(tǒng)的影響分析

3.1 列車制動力影響分析

制動系統(tǒng)設(shè)置有空重車閥，緊急制動UB時具有空重車調(diào)整功能，在不超軸重范圍內(nèi)，制動力能夠隨著車質(zhì)量的增加而增大。

動車組常用制動和緊急制動EB的制動力受軟件控制，制動力能夠隨著車質(zhì)量的增加而增大。

3.2 基礎(chǔ)制動裝置熱負荷能力影響分析

復(fù)興號各車型基礎(chǔ)制動配置相同，即：動車每軸配置2套鑄鋼輪盤；拖車每軸配置3套鑄鋼軸盤。

基礎(chǔ)制動熱負荷按照車輛設(shè)計的最大軸質(zhì)量17 t[2]進行校核，連續(xù)兩次初速度350 km/h緊急制動工況下，各車型輪盤和軸盤最高溫度計算結(jié)果如表5所示：

表5 熱負荷能力計算結(jié)果

在1∶1制動動力試驗臺，進行連續(xù)兩次大壓力制動，輪盤和軸盤最高溫度試驗結(jié)果如表6所示：

表6 熱負荷能力試驗臺試驗結(jié)果

3.3 制動距離影響分析

復(fù)興號各車型動車組在350 km/h和300 km/h初速度下，制動距離的計算值見表7。

3.4 超員載荷下正線制動距離和制動熱負荷試驗驗證

復(fù)興號動車組技術(shù)條件規(guī)定，350 km/h初速度緊急制動距離不大于6 500 m，大功率鋼質(zhì)制動盤單次停車制動的制動盤溫度限值通常為不超過700 ℃。

表7 制動距離計算結(jié)果 m

為了驗證復(fù)興號動車組在超員載荷下制動距離及制動熱負荷是否滿足上述要求，特選取CR400AF-B/CR400BF-B動車組，車質(zhì)量加載至設(shè)計滿軸質(zhì)量(17 t)后在正線進行初速度350 km/h的緊急制動EB(純空氣工況)、緊急制動UB制動試驗，這兩種工況下制動力全部由空氣制動承擔，熱負荷最嚴苛。此次試驗采用在制動閘片摩擦塊上加裝熱電偶的方式，間接測試制動盤制動溫升情況，以降低正線研究性試驗對參試車輛制動部件的影響。為確保閘片溫升能夠有效反映出制動盤面的溫度變化情況，復(fù)興號動車組超員載荷正線試驗前，利用高速鐵路系統(tǒng)試驗國家工程實驗室的高速1∶1 制動動力試驗臺，對350 km/h初速度下緊急制動的制動盤、閘片溫度對應(yīng)關(guān)系進行了對標試驗，對標試驗得到如下信息：

(1)隨著制動次數(shù)的增加以及閘片的磨耗，制動盤和閘片上測得的最高溫度均呈上升趨勢，閘片最高溫度上升速度明顯大于制動盤；

(2)制動試驗過程中，隨著制動初速度的增大，制動盤和閘片上測得的最高溫度值持續(xù)升高，閘片與制動盤的溫度差也越來越大；

(3)隨著閘片溫度升高，制動盤和閘片的溫差百分比趨于穩(wěn)定，閘片溫度超過700 ℃后，兩者溫差約200 ℃(溫差30%)左右。

表8為CR400AF-B/CR400BF-B動車組正線實測制動距離和制動過程中閘片最高溫度數(shù)據(jù)，其中CR400AF-B制動距離為6 085 m，CR400BF-B制動距離為6 229 m，制動距離滿足要求。CR400AF-B動車閘片的溫度為621 ℃，拖車閘片的溫度為710 ℃；CR400BF-B動車閘片的溫度為625 ℃，拖車閘片的溫度為747℃，折算為制動盤溫度后，滿足不高于700 ℃

表8 滿軸重制動距離及閘片溫度試驗結(jié)果

的要求。

4 結(jié) 論

針對復(fù)興號動車組運營中出現(xiàn)的超員報警問題，對列車超員報警功能進行了優(yōu)化，優(yōu)化后CR400AF型動車組列車超員報警時的整列車質(zhì)量相對于定員質(zhì)量增加了52.4 t。CR400BF型動車組超員報警時的整列車質(zhì)量相對于定員質(zhì)量增加了30.19 t，經(jīng)理論分析和試驗驗證，優(yōu)化后列車制動距離及熱負荷均滿足要求。