列车制动系统数字化气密性试验研究

苏健 付阳阳

摘 要 “复兴号”标准动车组制动系统是高速动车组九大关键技术之一，制动系统的好坏直接关系到列车的安全运行，而制动系统的组成通常包括空气压缩机、风缸、制动管路及各种阀件，所以列车制动系统组装就是将这些单一部件组装在一起，使其成为一个有机整体，然后通过制动原理的控制，实现列车的制动及缓解功能，目前动车组采用的制动方式多为电空制动，也就是俗称的电制动和空气制动集成，这就不难看出在制动系统中要有对高压空气的控制，而涉及高压空气在整个制动系统中流动就不允许整个系统存在泄漏，这也是本课题研究的对象，怎样利用数字化控制解决制动系统气密性试验的泄漏问题，我们通过研究一种供风试验装置，通过该装置实现对制动系统气密性试验的精准控制。

关键词 制动;气密性;泄漏量;数字化

“复兴号”标准动车组是我国自主研发的高速列车，而高速动车组制动系统是直接关系列车能不能停下来的关键，因为列车动不了没什么，但要是停不下来就可能造成车毁人亡的重大事故发生，所以我国在列车生产过程中为了安全起见，采用了冲风缓解，排风制动的原理，因此我们在进行动车组组装过程中要保证各制动系统部件在组装过程中不能出现泄漏[1]。

高速动车组的制动能量和速度的平方成正比，传统的纯空气制动已不能满足需要，因此必须采用能提供强大制动力并能更好利用黏着的复合制动系统，制动时电制动与空气制动联合作用，且以电制動为主。虽然电制动可以提供强大的制动力，但目前空气制动对于高速动车组来说仍然不可或缺，这是因为：直流电机的制动力随着列车速度的降低而减小，如不采取其他制动方式，列车就不能完全的停下来，所以如果能够实现精准的列车制动就需要复合制动方式。复合制动系统通常由电制动系统、空气制动系统、防滑装置、制动控制系统等组成。

我国铁路上习惯于把压力空气简称为 “风”，把空气制动机简称为“风闸”。依此类推风缸、风泵、风管、风压、风表等名称均由此而来。制动系统组装主要就是将风泵、风缸、风表及用风设备通过风管连接起来，形成一个密封的整体，而高速动车组对车辆制动系统的气密性要求更加严格，通常作用风压0.5Kpa，保压5min内泄漏量不得超过0.01Kpa，但是一系列新的问题产生了：怎样精准控制供风压力？怎样精准判断制动系统的管路泄漏量？当出现泄漏后，怎样更加高效的查找出泄漏点？为此，我们研究了一套数字化控制气密性试验的装置[2]。

该装置主要由软件控制部分、气动控制部分和机械连接部分三部分组成，实现了从数字化控制到气动系统作用再到与高速动车组作用三个阶段的整体作用。对于软件控制部分，装置采用了PLC控制，利用PLC程序的顺序控制原理，依次实现气密性试验整个过程的动作实现，同时配上压力变送器，可以将密封空间内部的压力变化输入到PLC，然后通过PLC判断后再实现必要的功能控制，同时软件部分还配备了HMI（人工界面）系统，并将HMI和PLC实现实时交互，通过PLC设置的信号，能够从HMI系统中实时反馈出来，同时还能够在HMI系统工业触摸屏中设定相应的参数要求，将这些参数反馈到PLC系统中，当达到参数值后才能进行PLC的顺序运行，另外，在软件部分的设计过程中还可以根据车型变化设定不同的供风压力，当连接系统达到此种压力后能够自动切断供风风源，进入压力保持阶段，然后根据工艺要求的泄漏量，在软件部分中设定泄露值，当达到此泄漏值时会触发声光报警器，给试验人员提示;对于气动控制部分，我们综合考虑制动系统复杂性，然后根据管路的性质分为总风管路、列车管路、废排供风管路、撒沙管路和空簧管路几部分，这样就能够通过制动系统内部的截断阀使整个制动系统分为上述的几部分，将整体分割成局部，在气动部分的设计阶段，我们从气源分配阀开始将风源分配成几个独立的供风管系，然后每条管系上配备风源通断电磁阀、压力变送器、压力表、快插接头和连接管路，然后外部配备机械式截断塞门和连接接头，这样就能够实现装置从外部风源引进到给列车供风的管路连接，同时如果需要限制风压还可以在单独管系上配备减压阀，如果需要增加系统的供风压力，可以在单独管系上配备增压泵，这样就能实现装置无论是高压还是低压都能使用，增强了装置的通用性，对于不同车型都有通用性;对于机械连接部分，主要起支撑装置部件的安装，用于使各气动元件和电气元件固定连接，保证装置的连接可靠，同时我们为了便于装置的移动，还设计成一种移动车型结构，能够便于操作员工方便的移动工装，实现装置的简单可靠[3]。

综上所述，我们研究的此项装置可以实现风源不同供风压力的控制，可以实现通过数值输入，参数变化完成系统的运行，可以实现对泄漏点精准的数值控制，兼具有声光报警功能，同时此种装置还使得整个系统分成若干部分，当某部分出现泄漏后只需要对此部位进行泄漏点查找，减小了检查面积，提高了作业效率。

参考文献

[1] 程迪.列车制动系统[M].郑州：郑州大学出版社，2006：75.

[2] 岂兴明.PLC与触摸屏从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社， 2019：104.

[3] 应云飞.城市轨道交通车辆制动系统[M].成都：西南交通大学出版社，2016：50.

作者简介

苏健（1969-），男，河北唐山人;学历：本科，高级技师，现就职单位：中车唐山机车车辆有限公司，研究方向：高速动车组制动系统。