HD100型动车组空气制动系统设计及制动性能计算

姜 葛，张 斌，黄学梅

（南车资阳机车有限公司 研发部，四川资阳641301）

HD100型动车组空气制动系统设计及制动性能计算

姜 葛，张 斌，黄学梅

（南车资阳机车有限公司 研发部，四川资阳641301）

介绍了出口苏丹HD100型内燃动车组符合AAR标准的空气制动系统的原理、结构等，并对动车组紧急制动性能进行了计算。

HD100型动车组；风源系统；AAR制动系统；性能计算

HD100型动车组是南车资阳机车有限公司出口苏丹国家铁路公司2动4拖动力集中式内燃动车组。动车组由资阳公司集成并负责动车的设计制造，拖车委托南车南京浦镇车辆有限公司负责设计生产。动车组轨距1067 mm，最大运营速度100 km/h，采用推挽式牵引，总载客人数304人。根据合同要求，制动系统采用AAR标准的美国Wabtec公司产品，其中动车为26-L型制动机，拖车为26-CV8型制动机。下面主要介绍动车的空气制动系统设计及动车组的制动性能计算。

1　动车空气制动系统设计

空气制动系统包括风源系统、制动系统、辅助系统等。

1.1风源系统

风源系统为动车及拖车制动系统和辅助生活用风系统提供干燥洁净的压缩空气，主要包括：空压机、干燥器、总风缸、高压保安阀、总风压力开关等。其部件组成见图1所示。

图1　风源系统原理图

（1）空压机

空压机采用一台L2.4/10（s1）型螺杆式压缩机，具有超压安全、滑油温度高及低压启动保护，能够连续工作。主要技术参数如下：

根据出口苏丹机车的经验，为能够满足当地0～50℃环境温度，空压机温度开关由110℃设定为130℃，联轴节处弹性体选择耐高温橡胶，弹性体耐温温度≥120℃。

（2）干燥器

采用JK G2.A型空气干燥器，该干燥器为双塔结构，两个塔按照90 s的转换周期进行干燥和再生。主要技术参数如下：

（3）总风缸

采用2个容积为250 dm3的总风缸，总容积为500 dm3，分别位于油箱两侧。

（4）总风压力控制器

为协调2台动车空压机合理运行，每节动车设置有2个总风压力开关，分别为压力开关1（750～900 kPa），压力开关2（700～900 kPa）。当总风压力低于700 kPa，压力开关2动作，控制2台动车空压机同时工作。总风压力低于750 kPa而高于700 kPa时，压力开关1动作，控制本务动车一台空压机工作。该种控制方式能够将空压机的工作效率提高一倍，满足螺杆式空压机≥30%的工作率要求。

1.2制动系统

动车采用Wabtec公司生产的26-L型制动机，该制动机成熟可靠，在苏丹铁路广泛使用，较好适应当地高温沙漠环境。该制动机主要由26C-S A26制动阀、A-l撒沙及切断先导阀、26-F控制阀、J1.4-14作用阀、8#放风阀等组成。其部件组成见图2所示。

图2　制动系统原理图

动车26-L型制动机具有如下主要功能：

（1）动车组自动制动。通过操纵自动制动阀，可以实现动车组的制动、缓解、保压等功能。列车管压力设计为500 kPa，全制动时，动车与拖车制动缸压力均为350 kPa。

（2）动车单独制动。根据用户要求，保留了动车的单独制动功能，能够实现动车的单独制动与单缓。

（3）紧急制动。通过操纵自动制动阀、紧急制动阀或者断钩时，均可使动车组产生紧急制动，并自动切断动车动力。紧急制动时，动车与拖车制动缸压力均为380 kPa。

（4）自动保压功能。可以自动补偿动车制动缸压力的泄漏。

（5）具有阶段缓解和直接缓解功能，动车组设置为阶段缓解。

（6）断钩保护功能。断钩时自动遮断动车总风管对列车管的补风。

（7）惩罚制动。在动车组超速、警惕时执行惩罚制动。制动模式设置为常用制动。

（8）电空联锁功能。具有电阻制动撤销后，制动缸压力能自动追加与不能追加两种。动车设置为不能追加。

（9）单独制动保护功能。动车单独制动时，动车组不能实施电阻制动；非操作端动车单独制动时，动车组牵引封锁。

（10）停放制动保护功能。拖车设置有停放制动，动车端能够对拖车停放制动进行控制，当拖车实施停放制动时，动车组牵引封锁。

2　动车组织冻醒能计算

2.1技术要求

整列动车组在满员、速度100 km/h、平直道、清洁轨面运行状态下，紧急制动距离≤800 m。

2.2动车组基本参数

动车采用单元制动器，低摩粉末冶金闸瓦；拖车采用轮盘制动，采用高摩冶金闸片，闸片摩擦系数由南车南京浦镇车辆有限公司提供；动车组编组为2动4拖。

紧急制动时，动车闸瓦压力k1计算：

制动缸直径d=0.1775 m

制动倍率γ=4

机械效率η=0.85

闸缸压力p=380 kPa

动车闸瓦压力

2.3紧急制动时间及距离计算

根据T B/T 1407《列车牵引计算规程》标准，动车单位基本阻力公式参照DF11G机车：

拖车单位基本阻力公式参照准高速单层客车：

动车组单位基本阻力ω0的计算：其中每节动车质量P1=80 t，每节拖车满员下质量P2=43 t：

每节动车制动力b1计算：其中每节动车制动器数n1=12，闸瓦压力k1=31.95 kN，

闸瓦动摩擦系数：每节拖车制动力b2计算：其中每节拖车闸片n2=4，闸瓦压力k2=51.2 kN，拖车闸片动摩擦系数μ2（由南车南京浦镇车辆有限公司提供相关数据）

动车组制动力

动车组单位制动力：

动车组有效走行时间：

其中v1，v2为速度分段。

动车组紧急制动时间：tz=te+tk，其中tk为空走时间，取3.5 s。

动车组有效走行距离：

动车组空走距离：sk=tk×v0/3.6，其中v0为制动初速度，取100 km/h

动车组紧急制动距离：

根据动车组的初速度100 km/h，按每下降5 km/h进行分段，计算速度取分段中间值：

v1取值100，97.5，95，……，7.5，5，2.5

v2取值97.5，95，92.5，……，5，2.5，0

动车组紧急制动时间：

动车组紧急制动距离：

动车组在速度100 km/h、平直道、清洁轨面运行状态下：紧急制动距离为562.4 m，制动时间为34.6 s。

2.4动车组紧急制动力与黏着力校核

干燥轨面黏着系数：

动车组黏着力：

动车组制动力：

速度v同样按初速度100 km/h，每下降5 km/h进行分段，取分段中间值。分别计算动车组黏着力F、制动力B，计算结果见图3。

图3　动车组制动力与黏着力曲线

从计算结果可以看出在动车组紧急制动时，在任何速度下，动车组黏着力F均大于制动力B，能够保证动车组轮对不会出现抱死滑行状态。

2.5动车组制动一致性计算

动车组在紧急制动时，动车与拖车的瞬时减速度应尽量保持一致，以降低制动冲击，为提高乘客舒适度。

首先假设动车与拖车分离，分别计算动车与拖车的有效制动距离，不考虑空走距离。动车有效制动距离：

拖车有效制动距离：

动车组有效制动距离：

动车瞬时减速度：

拖车瞬时减速度：

动车组瞬时减速度：

计算速度v1、v2取值同紧急制动距离计算保持一致。计算结果见表2，曲线图见图4。

表2　动车组紧急制动参数计算结果

图4　动车组减速度曲线

从图4中可以看出，在动车组速度从100 km/h降至32.5 km/h的过程中，动车与拖车的减速度基本保持了一致，制动平稳性良好，在速度低于32.5 km/h后，减速度差异开始扩大。速度低于5 km/h到停车的过程中，制动冲击最大。

3　结 论

（1）动车组风源系统与制动系统参考出口苏丹的SD D1型机车进行设计，满足用户当地0～50℃高温、多风沙的气候环境。

（2）动车组紧急制动距离，在满员、平直、洁净的轨道上计算结果是562.4 m，最终在苏丹用户处的试验结果为600 m左右，满足合同小于800 m的技术要求。但参照以前机车的设计经验，大部分机车紧急制动距离实测值都比计算值比偏低，苏丹动车组的实测值比计算值高出约40 m还是出乎了意料。

分析原因，在动车单机紧急制动时，制动缸压力从0 kPa上升至（380±10）kPa在8～10 s，而国内的JZ-7型制动机制动缸压力从0 kPa上升至（420～450）kPa时间在4～6 s，26-L型制动机上闸时间要慢2～4 s，标准TB/T1407里的空走时间tk取3.5 s就有点偏短。

当取值tk=5.5 s时，紧急制动距离：

参照实测结果600 m，动车组空走时间tk取值5.5 s较为合适。

（3）动车组制动黏着力校核。理论计算值，在任何速度下动车组黏着力均大于制动力，线路测试结果，动车组紧急制动时自动撒沙，动车组并未出现抱死滑行的情况，与计算相符。

（4）动车组制动一致性校核。用户对该项没有明确的考核指标，测试结果表明动车组紧急制动平稳性较好，未感觉到明显的制动冲击，在速度降至25 km/h时冲击开始显著，停车前5 s内比较明显，测试结果与计算基本相符。良好的制动平稳性得到了用户的认可。HD100型苏丹动车组于2013年底顺利通过苏丹国铁线路试验，投入了正式运用中。该动车组成功的将满足AAR标准的制动系统集成运用并装车，为今后小编组、动力集中式动车组的制动系统设计与集成提供了宝贵的经验。

［1］ 夏寅荪.ND5型内燃机车［M］.北京：中国铁道出版社，1988.

［2］ TB/T 1407-1998.列车牵引计算规程［S］.

Design of the Air Brake System of HD100 DMU and Analysis of the Braking Capacity

JIANG Ge，ZHANG Bin，HUANG Xuemen
（Research and Development Department，CSR Ziyang Loco motive Co.，Ltd.，Ziyang 641301 Sichuan，China）

The paper introduces the structure and principle of HD100 DMU＇s air brake system which export to Sudan and analyses the emergency braking capacity.

HD100 DMU；air system；AAR braking system；capacity analyzing

U266.35

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.08

1008-7842（2015）04-0035-05

�）男，工程师（

2015-01-21）