毕业设计（论文）-CRH380A动车组制动系统分析与改进.docx

摘要铁路是个远程重轨运输工具，随着城市建设和经济的繁荣，城市轨道交通正处于高速发展时期。在我国，随着铁路客运的改革和提速战略的实施，已经逐步采用动车组模式。动车组机动灵活、周转快、运行方便，取得了不错的经济效益和社会效益。随着高速动车组的快速发展，动车组的制动显得尤为重要。高速铁路则是当今时代的主题，动车组制动系统更是重中之重。CRH380A型电力动车组，是我国为运营新建的高速城际铁路及客运专线在CRH2C（CRH2-300）型电力动车组基础上自主研发的CRH系列高速电力动车组，是世界上商业运营速度最快，科技含量最高，系统匹配最优的动车组，最高时速380公里，采用6M2T编制方式。关键词：CRH380A动车组；制动系统；制动方式；分析优化目 录第1章 国内高速动车组发展现状1第2章 CRH380A动车组制动系统介绍22.1.CRH380A动车组制动系统组成22.2.CRH380A型动车组制动指令22.3.CRH380A型动车组供风系统32.3.1.主空气压缩机42.3.2.辅助空气压缩机42.4.基础制动装置52.5.制动控制装置62.6.辅助制动装置7第3章 CRH380A型动车组制动方式83.1.制动功能83.2.常用制动83.3.快速制动83.4.紧急制动功能83.5.辅助制动93.6.耐雪制动9第4章 CRH380A 统型动车组空气制动切除逻辑的改进104.1.概述104.2.存在问题104.3.原理分析104.3.1.动车组制动与牵引关联逻辑104.3.2.空气制动切除后动车组制动与牵引关联逻辑114.4.动车组空气制动切除逻辑的优化方案11第5章CRH380A型动车组制动指令试验方法改进135.1.概述135.2.存在问题及分析135.2.1.试验软件不匹配135.2.2.试验方法自动化率低135.2.3.试验流程不完善135.3.改进措施145.3.1.增加车型变换选项145.3.2.试验数据自动录入及比对145.3.3.实现试验数据打印145.3.4.完善试验流程15参考文献16致谢17第1章 国内高速动车组发展现状自2004年以来，我国通过引进、消化、吸收和再创新战略已完全掌握了动车组列车的总成、车体、转向架、牵引电机、牵引变压器、牵引变流器、牵引控制、列车网络控制和制动系统等9大关键技术及10项主要配套技术，实现了跨越式发展，年均增长率为72.3%，动车组的国产化程度已达到75%以上。唐车、长客、青岛四方等承担着我国CH2、CH3、CH5动车组的主要生产任务，已经成为高速动车组制造的龙头企业。同时各项新技术也被使用，唐车轨道客车制造厂建立了300km/h高速动车组建模与仿真系统，通过基于Pro-Intralink与PLM的三维设计平台、基AutoCAD-Mechinica的二维设计平台等，对产品的相关性能进行在设计过程中分析与计算，使其投产的产品自设计之初就不断调整，从而使投产产品无设计缺陷，提高了企业产品的可靠性，极大的提高了设计效率，提高了企业设计制造的创新能力我国在引进并消化吸收了时速200-300km动车组的技术之后，进一步解决了阻碍速度提高的问题，对高速动车组在基础理论和生产技术等方面进行创新，成功生产出了时速380km的高速动车组，具有速度高、运量大、节能环保、乘坐感舒适等诸多优势，其综合性能在全球居于领先地位。 2007年12月22日，由南车集团青岛四方机车车辆股份有限公司制造的首列时速300公里具有自主知识产权的国产高速动车组CRH2-300于青岛下线。标志着我国成为世界上第五个能设计并制造出运营速度300km/h动车组的国家5。CRH2-300高速动车组是对国外200km/h动车组技术平台整合吸收的基础上再创新，根据我国铁路运输的具体情况和市场的需求自主研发制造的，整体的国产化超过70%。列车采用铝合金车体，每车的重量7千千克，在轻量化方面走在世界前列。同时在高速转向架、受电弓、传动、制动、网络控制等技术方面取得突破性进展，体现我国机车车辆行业技术人员的创新能力。 2010年5月28日在中国北车长春轨道客车股份有限公司，具有自主知识产权、时速380km的高速动车组“和谐号”380A在长春下线。2010年9月28日11时37分，中国国产“和谐号”CRH380A高速动车组，在沪杭高铁杭州至上海试运行途中，最高时速达到416.6公里，刷新了世界高速铁路运营的试验速度。第2章 CRH380A动车组制动系统介绍2.1.CRH380A动车组制动系统组成CRH380A新一代高速列车制动系统由制动控制系统、供风系统、基础制动装置三大部分组成。制动系统采用复合制动方式，单元内优先利用再生制动，再生制动不足时由空气制动进行补充。降低制动盘和闸片的磨耗。初速度380km/h 紧急制动距离小于8500m；初速度350km/h 紧急制动距离小于6500m基础制动装置气动卡钳主风源装置制动控制装置辅助风源装置司机制动控制器图1 制动系统分布图 CRH380A型动车组的制动控制装置是采用再生制动的电气指令式空气制动装置。6M2T的编组构成对T车使用全机械制动方式。M车、T车基础制动均采用气动卡钳盘式制动装置。另外，从降低闸瓦磨损的观点上进行延迟控制。延迟控制为制动力优先让M车(再生制动）负担、降低T车制动力的方式。动车组将2M1T或单独M车（4或5号车）作为控制单位进行延迟控制。再生制动和空气制动的切换根据电空协调控制，由制动控制器判断所需要的制动力，当再生制动力不足时，用空气制动来进行补足。另外，为了使被机车救援成为可能，T1、T2车上装载了能把救援机车BP管的BP压力指令转换成电气指令的救援转换装置。2.2.CRH380A型动车组制动指令 制动指令经列车信息监控系统传送到每辆车的制动控制装置,由制动控制装置内BCU结合速度、车重和制动级别等信息进行运算,按制动控制规律（减速度随速度的变化）控制 EP 阀(电空转换)，并经中继阀送出压缩空气到基础制动装置.紧急电磁阀失电时,压缩空气直接到达中继阀，产生制动压力。图2 制动指令工作图图3 制动指令原理图2.3.CRH380A型动车组供风系统供风系统主要由螺杆式空气压缩机组、膜式干燥器、以及贯穿全列的总风管等组成。在有受电弓的车辆设置辅助空气压缩机组，在动车组主空气压缩机组不能供风且总风压力不足时，可利用动车组蓄电池启动辅助空气压缩机组为受电弓升降弓装置、真空断路器（VCB）等提供风源。图4 空气压缩机组、膜式干燥器图2.3.1.主空气压缩机CRH380A型动车组采用GAR14BD型空气压缩机。GAR14BD型空气压缩机是固定式、风冷、喷油螺杆压缩机,用于为车载制动系统和其他气动部件的正常工作提供压缩空气。GAR14BD型压缩空气机组安装在3、7车车底中部位置。工作压力范围780kPa-880kPa。主空气压缩机由空气压缩机、三相交流电动机、联轴节、安全阀以及干燥器等构成。图5 主空气压缩机外形见图2.3.2.辅助空气压缩机CRH380A型动车组辅助空气压缩机采用ACMF2型。辅助空气压缩机装置在车辆运行准备时，总风缸的压力下降、受电弓上升以及对投入真空短路器的压力空气进行供给的空气源用辅助空气压缩机，及和这些关联机器等形成单元化。工作压力范围640kPa-780kPa。表1 ACMF2主要零部件编组装置型号项目ACMF24、6号车ACMF2VM31A-1电磁问有3/8截断塞门有3/8电磁阀手动试验用三通塞门阀有图6 ACMF2辅助空气压缩机原理图2.4.基础制动装置 图7 轴装；轮装制动盘装置图基础制动装置安装于转向架上，采用空气卡钳盘形制动装置。制动卡钳是基础制动装置的重要组成部件，制动时，用制动夹钳使两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，将列车动能转变成热能，消散于大气。基础制动配置： 1.M车每轴设置2轮盘。 2. T车每轴设置2轮盘和2轴盘。 3. 制动盘采用铸钢制动盘和闸片采用浮动式结构，提高盘片接触均匀性，使制动盘各部分热负荷更加均匀。2.5.制动控制装置制动控制装置对制动控制器（BCU)、空气制动相关阀门及储气缸实现单元化，吊装在地板下侧。设置在制动控制装置内的制动控制单元（BCU)采用微处理器数字运算处理方式，来自司机台的制动指令通过中央装置、传输终端由光缆传输，根据各车厢的负荷信号及速度信息计算出需要的制动力，对电气制动力、空气制动力进行控制。关于与再生制动的协调采用延迟控测，负担一部分的拖车制动力。制动控制装置还具备防滑控制功能。对于空气制动的防滑，通过防滑控制阀对各轴进行控制。对于电气制动的防滑，通过调整电气制动曲线实现打滑轴的再次黏着按频（由于电气制动曲线以各牵引变流器为单位控制，因此无法进行各轴控制）。制动控制装置采用模块化设计，由构架、制动控制器（BCU）、各空气阀类组件、压力开关、电磁阀、安全阀、风缸等设备组成。图8 制动控制装置实物图制动控制装置的功能： （1).电空协调控制功能。 （2).打滑再次黏着功能(空气压力控制式）。 （3).对应负荷功能。 （4).耐雪制动控制功能。 （5).不足/不缓解检测功能。(6).监视系统。 （7).故障信息保存功能。 （8).其他车辆制动输出功能（从动车向拖车的EP阀指令功能)。2.6.辅助制动装置 辅助制动装置是在指令系统机器不能使用或因某种故障引起通常的制动系统不能使用时使用制动指令是电气指令式的，辅助制动也是根据电压的电气指令式。辅助制动装置，投入NFB(SBN1)的同时，由先头车制动指令用辅助制动模式发生器(SBT）传输来的该模式电压，按驾驶台司机制动控制器的等级给引线加压。本装置预先调为使得头车用的辅助制动模式发生器（ASBT)，按照引线所受的电压能得按各车辆形式的制动力，且预先安排能发生相当于所需BC压力的EP阀电流。在辅助制动模式发生器备有先头车指令用（SBT)及头车组件用（ASBT）的两种，只限于先头车才动作辅助制动功能。图9显示了基本构成。图9 辅助制动基本构成图第3章 CRH380A型动车组制动方式3.1.制动功能 CRH380A型动车组制动系统具有常用制动、快速制动、紧急制动、辅助制动及耐雪制动等功能。3.2.常用制动常用制动级位设17级（标记为lN7N)，以1M1T为单元对动车得生制动力和空气制动力(包括动车和拖车的）进行协调控制，拖车空气制动延迟投人。CRH380A型动车组制动系统采用数字指令式，由6167号线共7根制动指令线组成。共可组成7级常用制动。制动系统会自动进行延返充气控制。延这时，将M车上。产生的再生制动力多余的部分转移到T车上去，达到编组列车上所需要的总制动力，常用制动还具有空重车载荷调整功能，按载重来调节制动力，使动车组能够保持一定的减速度。3.3.快速制动 快逃制动采用与常用制动相同的复合制动模式，包具有最大常用制动（7级）1.5倍的制动力，操作司控器的制动手柄，或当未能减速到在闭塞区间设定的速度而使ATP或LKJ2000响应，均可发出快速制动指令。3.4.紧急制动功能 按安全同路失电而启动的制动模式进行设置，下列任何一种情况均可导致全回路失电而引起紧急制动指令的产生： （1）总风压力下降到规定值以下，（2）间车分离，（3）检测到制动力不足，（4）操作紧急制动按钮，使紧急电磁阀到失电，（5）换端操作，手柄置于（钥匙）拔取位，以上的紧急制动使各车被不同速度意围产生纯空气制动作用，在判车速度处于（160200km/h范围内实施相对较低的减速度；在160km/h以下速度范围内实施相对较高的减速度，但紧急制动不具有空重车载仿调整功能。3.5.辅助制动在制动装置异常、制动指今线路断线及传输异常时可启用电气指今式的辅助制动，能产生相当于3级、5级、7级常用制动及快速制动的空气制动。操作司机控制台上的辅助制动模式发生器（SBT)开关和头车配电盘内辅助制动模式发生器（ASBT)开关可以产生辅助制动。但辅助制动与列车速度的快慢无关，即所发出的制动力的大小也不随列车速度和列车质量的改变面改变，只发出预定的制动力。这一点与常用制动，快速制动不同除此以外应注意，制动控制装置还进行主空气压缩机与开闭车门的速度控制，因此，使用辅助制动时不应断开制动控制装置的电源。3.6.耐雪制动设置耐雪制动的目的是防止降雪时雪块进人制动盘和同片之间，耐雪制动动作时，制动油缸会轻轻地推出同片以消除同片和制动盘面之间的空隙，防止雪的进人，耐雪制动于行驶速度110km/h以下，在副雪制动开关置于作用位并且操纵制动手柄时动作。耐雪制动对应的制动缸(BC）压力设定值为（60士20)kPa，这是使制动缸产生有效制动力雪制动对应的制动缸(BC)压力设定值为(60土20)kPa，这是使制动缸产生有效制动力最小的工作压力，在BCU输出实际空气制动控制信号时，制动缸则依然按照所需的空气制动力的大小充气到相应的压力。耐雪制动对应的制动缸（BC）压力设定值可通过调整BCU面板上的开关来改变。第4章 CRH380A 统型动车组空气制动切除逻辑的改进4.1.概述在动车组发生“制动不缓解”“抱死”等制动系统故障后，可通过采取切除动车组空气制动的方式来维持动车组的运行，从而减少对运输秩序的影响。CRH380A统型动车组投入运行以来，因切除空气制动时需断开“制动控制装置”断路器，造成本车的制动控制装置（BCU）失去对车辆运行速度、停放制动状态、空簧压力等信息的有效监控，因此带来了一定的安全隐患。所以优化CRH380A 统型动车组空气制动切除逻辑对动车组运行安全非常重要。4.2.存在问题CRH380A统型动车组运行途中报制动控制装置故障（059）、速度发电机断线（060、061、062、063）、制动力不足（123）、抱死（151、152）、制动不缓解（153）等故障进行空气制动切除时，需断开“制动控制装置”断路器。“制动控制装置”断路器断开后导致本车制动控制装置（BCU）停止工作，带来一系列的安全隐患，其中影响最为严重的是无法判断车轮是否抱死以及停放制动是否缓解。4.3.原理分析与既有CRH380A型动车组相比，CRH380A 统型动车组在制动逻辑控制方面增加了制动检测回路，新增的制动检测回路见图 10。图10 制动检测回路4.3.1.动车组制动与牵引关联逻辑动车组正常运行过程中，每个车辆的制动控制装置（BCU）对本车的制动状态进行实时检测，当检测到当前车辆接受到制动指令或处于制动状态时，制动控制装置（BCU）驱动 BR2 继电器得电，BR2 继电器得电后常闭触电断开，使 从非主控端给主控端加压的 TBR 继电器失电，最终使牵引控制的牵引指令线（9号线）断开，从而切断全列牵引，控制电路图见图 11。图11 牵引连锁控制4.3.2.空气制动切除后动车组制动与牵引关联逻辑动车组某节车厢空气制动切除后，若不断开“制动控制装置”断路器，在动车组正常牵引及低级位制动时，对动车组运行无任何影响。但当动车组速度在 70km/h以下且司机施加B5级以上级位的制动时，动车组将启动制动力不足检测（制动力不足检测回路见图11），此时由于本节车厢空气制动被切除，硬线电路将检测到制动力不足，本车UBTR继电器失电动作，列车报制动力不足，触发本车紧急制动UB，制动控制装置（BCU）判断处于制动状态后，驱动BR2继电器切除全列牵引指令。4.4.动车组空气制动切除逻辑的优化方案通过以上制动检测回路与牵引连锁逻辑的分析可以得出结论，在动车组空气制动切除的情况下，仅需短接本车 BR2 继电器触点，就可以避免在不断开“制动控制装置”断路器的情况下，牵引指令回路因TBR继电器失电而断开。同时因本车空气制动已切除，短接 BR2 继电器触点对本车制动控制回路也无任何影响。考虑到在进行空气制动切除操作时，在关闭“供给”阀后，需操作“紧急短路”开关（其目的是恢复全列 154 制动指令回路），同时“紧功能相关的数据传输相关，而与发射机和 T6C 遥控盒之间的数据传输无关。当 T6TR 的 MARC 口接入数据，另一端为 T6C TX 口时，T6C 遥控盒也是显示一直处于确认连接状态，无法正常工作。只有在 T6TR 的 MARC 口接入数据，另一端街道 T6C RX 口时，T6C 遥控盒进入正常工作状态，T6TR 无告警，且可以通过 T6C 遥控盒对 T6TR 进行远程遥控操作。综上所述，要解决新 PAE T6TR 与 T6C 的连接问题就要将 T6TR 的 MARC9 针公口与 T6C RX9 针母口 1，2，3，6，7，8，9 管脚一一互连，实现地线，收音频信号与数据信号交互。第5章CRH380A型动车组制动指令试验方法改进5.1.概述动车组运行速度高，给列车的制动能力、运行平稳性等方面提出一系列挑战。因此，高速动车组必须装备高效率和高安全性的制动系统，为列车正常运行提供调速和停车制动的手段，并在意外故障或其它必要情况下具有尽可能短的制动距离。此外，高速运行的动车组对制动系统的可靠性和制动时的舒适度也提出了更高的要求。制动指令试验是通过综合制动试验台配合司机室主控控制模拟动车组在空车和定员载荷下测试空气制动状态，通过试验所得的数据对不达标的空气制动力进行调整，确保动车组在各种载荷下能获得足够的制动力。制动指令试验以标准列8编组计算，试验及调整时间约为5 至 6 小时，较长的作业时间与现有的检修进度不匹配，成为了提高检修效率的瓶颈。随着我段高级修检修任务的逐年增加，提高产能势在必行，这就要求各项试验在符合标准的情况下不断优化并趋于合理，而制动试验由于其重要性，也是优化的重点。5.2.存在问题及分析经过现场实际操作发现现行的制动指令试验方法存在以下几个问题：5.2.1.试验软件不匹配由于该试验软件为四级修综合制动试验软件，与现行三级修制动指令试验并不匹配。因动车组设计的原因存在动拖车，而不同的车型动拖车的配置又是有所区别的，原软件在车型方面是无法进行区分，因而为后续的试验增大困难。5.2.2.试验方法自动化率低试验数据记录需要作业人员手工填写大量的数据，以标准列 8 编组为例 1 次需要填写近 300 个数据，并由作业人员参照标准数据进行人工核对，核对后对不合格数据进行调整，调整完毕后在进行二次试验、填写数据、人工核对，如此循环，费时费力且因为人为因素造成错误不可避免，造成了大量的返工作业。5.2.3.试验流程不完善制动指令试验的流程借鉴自主机厂，但因为场地的设置有着较大的差异，因此实际作业时存在矛盾及冲突，例如：试验前由于其他设备舱裙板的恢复情况影响试验的开始；车上的空开、接触网状况与试验所需状况冲突；试验过程与紧急制动试验、牵引指令试验、扩展供电等试验冲突。5.3.改进措施5.3.1.增加车型变换选项为满足不同车型动车拖车的配置，在原软件的基础上增加了动车拖车变换选项，以 2A 车型动车拖车配置为默认设置，在一台制动试验台的 1 至 8 号控制回路中，4 号、5 号、8号对应三处拖车，在操作界面上增加三处拖车转换成动车的复选框，分别命名为“4 号 M 系”、“5 号 M 系”、“8 号 M 系”，并编入相关语句，实现对空气弹簧输出压力的控制。4 号和 5 号变换选项用于 6M2T 的 8 节编组车型，如 2C、380A 车型；8号变换选项用于 16 节编组车型。5.3.2.试验数据自动录入及比对优化前，试验数据记录采用人工记录的方式，花费时间较多且存在抄写错误的可能。试验数据的录入采用操作人员手动点击进行保存，在保存之前需在文本框内输入要保存的制动档位编号。在实际试验中，制动档位操作按照【运行】【快速】【运行】的顺序，共 17 个档位，因此，将每个档位按照 016 的顺序依次编号，记录某一档位的制动压力数据时，只要将相应编号输入文本框中，点击“保存”按钮，即可将该组数据保存至数据库的相应位置。试验过程中，数据均保存在数据库中，各档位间的数据相互独立，故各档位的数据可进行重复保存，但后组数据将把前组数据覆盖。全部试验完成后，点击“预览”按钮，功能是将数据库内的数据导入相应表格内，并生成 excel 表格提供打印。在程序中建立数据库，将每节车厢、每一档位的标准压力值范围写入程序中，并加入相关逻辑判断语言，使改程序具备制动压力值是否超标的判断功能。在对每一档的制动压力进行保存时，程序首先会将该值与标准值进行对比，判定合格数据不进行提示，而判定不合格数据将弹出对话框进行提示，提示内容为该数据在记录表格内所处位置，便于作业人员尽快发现并统计故障。5.3.3.实现试验数据打印优化前，该试验相关采用手写表格。以 380AL 车型为例，共两张试验表格，每张表格需记录 272 个数据，花费了较多时间。为节省作业时间，增加了试验数据打印功能，试验输出表格与原手写表格格式相同，使用 excel 格式。以 380AL 车型为例，由于 16 节编组车辆使用两台制动试验台进行试验，而试验台原始设计无法进行联网操作，故将原表格拆分为两部分，T1 车至 M7 车为一张表格，按照试验内容将表格命名为“380AL 空车前 8 节”或“380AL 定员前 8 节”，M8 车至 T2车为一张表格，按照试验内容将表格命名为“380AL 空车后 8 节”或“380AL 定员后 8 节”。采用直观的命名方法，便于作业人员定位所需表格。为适应实际作业的需要，区分不同车型、不同停放方式、不同试验内容的表格选择，在程序中增加了“车