和谐号动车组基础制动装置

韩晓辉，李继山，李业明，赵春光

（中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

1 高速动车组基础制动装置基本要求

高速动车组由于速度高、制动热负荷大，对基础制动装置提出了更高的要求。对于高速动车组基础制动装置必须具备如下条件［1］：

（1）必须能够承受紧急制动时产生巨大制动负荷。在其他制动型式失效情况下，基础制动系统作为主要的甚至唯一的安全保障，必须能够承担高速动车组巨大的制动负荷，并将巨大的动能转变为热能消散在大气中。

（2）基础制动装置动作必须灵活可靠。

高速动车组基础制动装置动作灵活及高的可靠性直接关系到列车的运行安全，当动力制动失效时，盘形制动必须保证高速动车组能在规定的制动距离内停车，以确保行车安全。因此盘形制动作为基础制动装置的重要组成部分，是高速动车组的基本制动方式。

（3）基础制动装置结构必须紧凑、制动效率高。结构紧凑以满足高速动车组每轴配置多套基础制动单元的需要；盘形制动的制动效率一般要大于90%，以保证有足够的制动力输出。

（4）基础制动的制动摩擦副在各种速度下都必须有良好的摩擦磨损性能及耐磨性，摩擦系数稳定。制动盘和闸片有足够长的使用寿命。

（5）基础制动要保证列车在规定的坡道上安全停放。

《罪与罚》涉及到的人物形象很多，尤其是女性形象特别多。有他的妹妹杜妮亚、继女索菲亚、放贷者阿谬娜……这些人物形象或多或少都可以在《圣经》以及古希腊神话中找到相应的原型。这里以索菲亚和阿谬娜为例进行原型阐释。

（6）基础制动要有良好的环境适应性，在低温、雨雪、风沙、潮湿等环境下能够长期正常工作。

2 基础制动装置组成及配置情况

2.1 基础制动装置组成介绍

2.1.1 基础制动单元组成

高速动车组基础制动装置一般主要由制动夹钳单元、制动盘及闸片等3部分组成。基础制动装置单元在车轴上的配置数量依赖于列车速度等级及消耗轴功率的大小。以和谐号动车组CRH3为例，每根非动力轴上安装3个基础制动单元，见图1。而在动力轴上，因受到转向架设备如电机等空间限制需配置2个轮盘式基础制动单元，见图2。CRH2与CRH3有所区别，其动力轴配置2个轮盘式基础制动单元，而非动力轴则配置2个轮盘式及2个轴盘式共4个基础制动单元；而对于CRH5，配置的全部是轴装制动盘，其动力轴配置2个轴盘式基础制动单元，而非动力轴则配置3个轴盘式基础制动单元；CRH1配置方式与CRH3类似。

图1 CRH3拖轴基础制动装置

图2 CRH3动轴基础 制动装置

2.1.2 制动夹钳单元组成

制动夹钳单元是制动指令的最终执行部分，主要由制动缸和夹钳两部分组成，是盘形制动的3大部件之一，其作用主要是利用杠杆原理将制动力放大和传递，使空气压力转化为闸片与制动盘之间的正压力，通过制动盘和闸片的摩擦形成制动力。

和谐号动车组制动夹钳单元从结构上一般分为3种型式：

（1）三点吊挂式。CRH3、CRH5以及 CRH380BL等动车组上采用该型式的制动夹钳单元，如图3所示。这种制动夹钳单元通过中间吊架及前端的两个闸片托共3个悬挂点实现与转向架的连接。

（2）紧凑式制动夹钳单元。CRH1和CRH380AL动车组上采用该型式的制动夹钳单元。这种制动夹钳单元只通过中间的一个悬挂点实现了与转向架的连接。这种制动夹钳单元结构紧凑，体积小，安装更加灵活，如图4所示。

（3）气－液转换式制动夹钳单元。CRH2动车组上采用了该型式的制动夹钳单元，见图5。这种夹钳单元最大的优点是结构紧凑且杠杆倍率较大。

为了实现制动功能，无论何种制动夹钳单元，从结构上主要都包含制动缸、自动间隙调整器及手动复位机构、力放大机构及闸片托，另外3点吊挂式和紧凑式夹钳单元还包含有弹簧停放制动器及手动缓解装置。

图3 3点吊挂式制动夹钳单元

图4 紧凑式制动 夹钳单元

图5 气－液变换制动夹钳单元

2.1.3 制动摩擦副组成

按照安装型式，制动盘分为轮装式制动盘（简称轮盘）和轴装式制动盘（简称轴盘）两种。轮盘一般由两盘摩擦盘环通过一套紧固件固定在车轮轮辐两侧，见图6所示；轴盘一般由盘环、盘毂、压环、防扭块及紧固件组成，见图7所示。闸片一般由摩擦块和钢背通过销钉铆接而成，CRH3闸片主要采用ISOBAR粉末冶金闸片，该闸片为浮动式结构，能够提高盘片接触均匀性，使制动盘各部分热负荷更加均匀，外形见图8所示。

图6 CRH3轮盘组成

图7 CRH3轴盘组成

图8 ISOBAR闸片组成

2.2 配置情况

我国和谐高速动车组基础制动装置主要配置情况见表1。

表1 我国动车组车型基础制动装置主要配置情况

3 工作原理

用压缩空气为传递力介质的基础制动装置作用原理见图9，其主要是利用内部机构活塞缸及杠杆机构将作用在气缸内的压缩空气压力转化为盘形制动制动力。常用的结构一般是通过压缩空气推动制动缸中的活塞运动，进而通过连接销传递至制动杠杆及闸片托，使闸片托上的闸片与旋转的制动盘组成制动摩擦副实施摩擦制动。夹钳内设置了间隙调整装置，能够自动调整闸片和制动盘的间隙。对于CRH2所采用的气－液夹钳单元，其传递力的介质为压缩空气和液压油，通过气液转换缸使制动缸压力增大。另外，CRH2还设置了踏面清扫装置，清扫踏面异物及修正踏面外形，以提高黏着利用率。

图9 基础制动装置工作原理

4 选型原则

如果列车紧急制动能量超过了制动盘所承受的最大瞬时制动功率及热容量的限制，高速动车组运行将会发生安全事故。为此高速动车组在进行基础制动装置选型时，不但要考虑纯空气紧急制动距离及黏着限制的需要，同时也需要合理匹配基础制动轴功率及盘载荷能力，以保证基础制动最大轴功率及盘载荷在允许使用范围内［2］。制动盘载荷使用范围见图10。

因此要根据制动功率计算结果，结合动车转向架和拖车转向架制动盘安装空间进行选型。比如，CRH3动力转向架的每个轴安装两套轮装铸钢制动盘，拖车转向架的每轴安装3套轴装铸钢制动盘，闸片采用ISOBAR结构的粉末冶金材料；而CRH380AL动力转向架的每个轴安装2套轮装铸钢制动盘，拖车转向架的每轴安装2套轮装铸钢制动盘和2套轴装铸钢制动盘，闸片同样采用ISOBAR结构的粉末冶金材料。在夹钳单元方面，CRH3采用的是3点吊挂式夹钳单元，而CRH380AL由于非动力轴安装了4套基础制动单元而使安装空间受到限制而选择紧凑式夹钳单元。

图10 制动盘热－机盘载荷使用范围

5 基础制动的试验验证

为了检验高速动车组基础制动装置可靠性及摩擦磨损性能，确定其能否满足高速动车组制动系统制动性能要求，需要对其进行低温试验、振动冲击试验、功能试验、摩擦磨损试验及可靠性试验。

5.1 制动夹钳单元试验

制动缸性能试验在制动夹钳试验台（图11）上进行，主要测试气密性、机械强度、间隙调整器作用行程和最大调整能力等。对于带停放制动功能的制动夹钳单元，还要测试停放制动缸气密性、停放制动力、停放制动器行程、最小缓解压力以及手动缓解机构功能。

图11 制动夹钳试验台

5.2 制动摩擦副试验

制动盘和闸片性能需要在1：1制动动力台架试验台（图12）进行。

1：1制动动力台架试验的试验内容包括磨合制动、模拟紧急制动、模拟常用制动、坡道制动、停放制动、干燥和潮湿工况下停车制动，以及可靠性及疲劳试验等。具体程序按照动车组制动系统基本技术条件，并参考UIC 541－3等标准制定［4］。

图12 1：1制动动力试验台结构示意图

图13 制动盘正在进行试验

6 结束语

在分析高速动车组基础制动装置基本要求的基础上，介绍了和谐号动车组基础制动装置的配置、组成、选型原则及试验方法，运用实践表明，我国和谐号高速动车组基础制动装置设计合理、安全可靠，可以保证我国高速列车安全可靠运行。

［1］李和平，林祜亭.高速列车基础制动系统的设计研究［J］，中国铁道科学，2003，24（2）：8－13.

［2］李继山.高速列车合金锻钢制动盘寿命评估研究［D］.北京：铁道科学研究院，2006.

［3］丁福焰，李和平，李继山.机车车辆和高速动车组基础制动台架试验技术发展［C］.中国铁道科学研究院60周年学术论文集，2010.03.

［4］国际铁路联盟（UIC），UIC 541－3制动－盘形制动及其应用－闸片批准使用的一般规定［S］.