动车组车体轻量化研究论文

CRH380A动车组制动系统分析与改进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，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。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 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.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.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.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：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。.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)。.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.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。.常用制动常用制动级位设1~7级（标记为lN~7N)，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61~67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。.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）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。.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（160~200km/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。.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。.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.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