复兴号动车组超员报警功能对制动系统的影响分析

宋国良

(中国国家铁路集团有限公司 机辆部， 北京 100844)

列车的高速化发展，对制动系统提出了更高的要求[1]。复兴号动车组制动系统设置了超员报警功能。自复兴号动车组投入运营以来，发生了多起超员报警问题，对高铁运输秩序带来一定影响。结合中国铁路实际运输需求提出超员报警功能的优化方案，设置超员预警和超员报警两级报警功能，并调整了设计参数。接着从动车组制动力、摩擦副热负荷能力、制动距离等方面开展了影响分析和安全评估。

1 复兴号动车组现有超员报警设计

1.1 超员报警工作原理

复兴号动车组在速度小于5 km/h时通过制动控制装置(BCU)检测空气弹簧压力，根据空气弹簧压力与车质量的对应关系，将压力转换为车质量后传给列车网络控制系统，列车网络控制系统将采集到的数值与超员报警值进行比较，当某个单车采集数值大于或等于单车超员报警值时，报单车超员报警；当所有单车采集数值之和大于或等于列车超员报警值时，报列车超员报警。

动车组发生超员报警时，司机室、乘务员室以及机械师室监控屏将弹屏显示，同时报警车厢广播中有声音提示，当疏散至小于超员报警值时，动车组超员报警自动解除。

1.2 超员报警值设定现状

考虑到车质量检测误差，为避免超员误报警，CR400AF型动车组各车在超员20%的车质量基础上，各车增加1 t质量设定为超员报警设定值，见表1；CR400BF型动车组各车在超员20%的车质量基础上，3、6车增加0.6～0.8 t后达到车辆轴重限值68 t，2、7车增加2.5 t后接近68 t，所以2、3、6、7车报警值按照68 t设置，其余车按超员20%后再增加约2.5 t设定为报警值，见表2。整列车超员报警值均为各单车超员报警值之和。

2 复兴号动车组超员报警优化方案

将超员状态分为超员预警和超员报警两级(速度大于5 km/h不进行超员预警和报警检测)，单车设单车超员预警(单车超员20%)和单车超员报警两级；整列设列车超员预警(整列超员20%)和列车超员报警两级。考虑车质量检测误差，避免超员误报警，复兴号动车组超员预警值设定为在超员20%的车质量基础上，各车增加1.25 t(考虑检测误差0.85 t和积灰0.4 t)，超员报警值设定为车质量允许最大限值66.75 t(最大轴重68 t-检测误差0.85 t-积灰质量0.4 t)，其中CR400BF因3车、6车自重较重，无法再区分预警和报警两级，故只按66.75 t直接设一级报警值。整列车超员预警和超员报警值为各单车超员预警和超员报警值之和。优化后CR400AF型动车组列车超员报警时的整列车质量相对于定员质量增加了52.4 t，见表3。CR400BF型动车组超员报警时的整列车质量相对于定员质量增加了30.19 t，见表4。

表1 CR400AF型动车组车质量及超员报警设置情况

表2 CR400BF型动车组车质量及超员报警设置情况

表3 CR400AF型动车组车质量及超员报警设置情况

表4 CR400BF型动车组车质量及超员报警设置情况

超员达到车质量允许最大限值时，进行超员报警，在司机室、机械师室及乘务员室弹屏显示并声光报警，同时在报警车厢内广播。客运乘务员组织疏散，列车长上报信息，要求后续车站在售票和旅客乘降方面采取相应措施，超员报警解除后方可行车。

3 复兴号动车组超员报警功能对制动系统的影响分析

3.1 列车制动力影响分析

制动系统设置有空重车阀，紧急制动UB时具有空重车调整功能，在不超轴重范围内，制动力能够随着车质量的增加而增大。

动车组常用制动和紧急制动EB的制动力受软件控制，制动力能够随着车质量的增加而增大。

3.2 基础制动装置热负荷能力影响分析

复兴号各车型基础制动配置相同，即：动车每轴配置2套铸钢轮盘；拖车每轴配置3套铸钢轴盘。

基础制动热负荷按照车辆设计的最大轴质量17 t[2]进行校核，连续两次初速度350 km/h紧急制动工况下，各车型轮盘和轴盘最高温度计算结果如表5所示：

表5 热负荷能力计算结果

在1∶1制动动力试验台，进行连续两次大压力制动，轮盘和轴盘最高温度试验结果如表6所示：

表6 热负荷能力试验台试验结果

3.3 制动距离影响分析

复兴号各车型动车组在350 km/h和300 km/h初速度下，制动距离的计算值见表7。

3.4 超员载荷下正线制动距离和制动热负荷试验验证

复兴号动车组技术条件规定，350 km/h初速度紧急制动距离不大于6 500 m，大功率钢质制动盘单次停车制动的制动盘温度限值通常为不超过700 ℃。

表7 制动距离计算结果 m

为了验证复兴号动车组在超员载荷下制动距离及制动热负荷是否满足上述要求，特选取CR400AF-B/CR400BF-B动车组，车质量加载至设计满轴质量(17 t)后在正线进行初速度350 km/h的紧急制动EB(纯空气工况)、紧急制动UB制动试验，这两种工况下制动力全部由空气制动承担，热负荷最严苛。此次试验采用在制动闸片摩擦块上加装热电偶的方式，间接测试制动盘制动温升情况，以降低正线研究性试验对参试车辆制动部件的影响。为确保闸片温升能够有效反映出制动盘面的温度变化情况，复兴号动车组超员载荷正线试验前，利用高速铁路系统试验国家工程实验室的高速1∶1 制动动力试验台，对350 km/h初速度下紧急制动的制动盘、闸片温度对应关系进行了对标试验，对标试验得到如下信息：

(1)随着制动次数的增加以及闸片的磨耗，制动盘和闸片上测得的最高温度均呈上升趋势，闸片最高温度上升速度明显大于制动盘；

(2)制动试验过程中，随着制动初速度的增大，制动盘和闸片上测得的最高温度值持续升高，闸片与制动盘的温度差也越来越大；

(3)随着闸片温度升高，制动盘和闸片的温差百分比趋于稳定，闸片温度超过700 ℃后，两者温差约200 ℃(温差30%)左右。

表8为CR400AF-B/CR400BF-B动车组正线实测制动距离和制动过程中闸片最高温度数据，其中CR400AF-B制动距离为6 085 m，CR400BF-B制动距离为6 229 m，制动距离满足要求。CR400AF-B动车闸片的温度为621 ℃，拖车闸片的温度为710 ℃；CR400BF-B动车闸片的温度为625 ℃，拖车闸片的温度为747℃，折算为制动盘温度后，满足不高于700 ℃

表8 满轴重制动距离及闸片温度试验结果

的要求。

4 结 论

针对复兴号动车组运营中出现的超员报警问题，对列车超员报警功能进行了优化，优化后CR400AF型动车组列车超员报警时的整列车质量相对于定员质量增加了52.4 t。CR400BF型动车组超员报警时的整列车质量相对于定员质量增加了30.19 t，经理论分析和试验验证，优化后列车制动距离及热负荷均满足要求。