时速160 km动力集中电动车组拖车停放制动设计

庞 魏 孙 建 岳文志 王乐雨

(中车南京浦镇车辆有限公司 江苏 南京 210031)

原时速160 km动力集中电动车组需要停放时，拖车采用手制动机进行制动，从而需要乘务员操作各个车的手制动机，工作量大且需要的人员较多。为了减少列车停放时操作带来的工作量，并对标其他动车组均采用停放制动，在对时速160 km动力集中电动车组进行拖车优化时，取消了手制动机，采用停放制动[1]。

停放制动是列车静止停放时，防止列车发生溜逸的一种制动方式，采用排气时弹簧自动施加、充气缓解的方式。

1 停放制动气路原理设计

进行了适用于时速160 km动力集中电动车组设计，具体气路原理如图1所示。

图1 气路原理图

(1)停放供风塞门(件号.01)。停放供风塞门的设置主要考虑停放模块检修时下游各个阀的维护及检修。

(2)过滤器(件号.02)。过滤器的设置是为了保证空气质量。

(3)减压阀(件号.03)。减压阀的设置主要是由停放制动缸的特性决定的，设为600 kPa。

(4)缩堵(件号.04)。缩堵选择缩孔直径大小2.5 mm，避免停放制动充气时气流量过大对停放制动缸造成影响。

(5)停放制动电磁阀(件号.05)。停放制动电磁阀采用双脉冲电磁阀且带柱塞式，相对于其他电磁阀更加稳定可靠；它采用一个大于300 ms的脉冲信号，更能保证电磁阀的过程转换，另一方面采用柱塞式，是在电磁阀出现位置转换故障或无电时，可以手动操作停放制动施加与缓解。

(6)双向止回阀(件号.06)。双向止回阀可以避免空气制动与停放制动的叠加所造成的车轮制动力过大现象。

(7)停放隔离塞门(件号.07)。停放隔离塞门采用带触点排风塞门。在气路方面，可以操作截断塞门阻止上游气路进入，且排空下游停放制动管路及停放制动缸空气，保证下一步操作停放缓解拉绳是有效的；在电路方面，停放隔离塞门的操作将给相关监控一个电信号，并作为停放隔离状态判断依据。

(8)测试接口(件号.08)。测试接口的设置，主要是用于对停放制动气路的测试及停放功能试验。

(9)压力开关(件号.09)。压力开关压力的设定值主要取决于停放制动缸的特性，此项目压力开关的动作值分别为480 kPa、420 kPa；压力开关的动作将接入停放安全环路，以保证车辆的安全行驶。

(10)传感器(件号.10)。传感器主要是将气路压力转换成相应的电信号，由安全主机采集后传输给网络，并显示停放制动的施加、缓解。

(11)停放制动指示器。停放制动指示器的设置主要为了直观地显示停放的施加、缓解，相关人员更容易判断。

上述气路设计完成后，实现了以下停放制动的功能：

(1)停放制动缓解(见图2)。压缩空气通过接口1 进入停放供风塞门，通过过滤器、减压阀、缩孔)到达停放制动电磁阀，当接收缓解指令时，压缩空气经双向止回阀、停放隔离塞门从3 口到达停放缸，实现停放制动的缓解。

(2)停放制动施加(见图3)。当接收施加指令时，停放缸压力气体从3 口流入停放隔离塞门、双向止回阀经停放制动电磁阀排入大气，实现停放制动施加。在此状态下，如果进行空气制动，来自2 口的制动缸压力气体经双向止回阀、停放隔离塞门从3 口到达停放缸，防止空气制动力和停放制动力叠加。

图2 停放缓解 图3 停放施加

2 停放制动计算

停放制动计算的目的是确认停放制动力是否满足坡道停车时的防溜逸要求，及停放制动的意外施加不会造成轮对抱死从而避免轮对擦伤。

2.1 停放制动力

停放制动力的计算公式如下

F=F1·N1·μ1·η·2r/D

(1)

式中：F1为每个制动夹钳单元输出力；N1为夹钳数量；μ1为静态摩擦因数；η为传动效率；r为制动夹钳的平均制动半径；D为轮径，按新轮计算。

斜坡产生的下滑力如下：

FH=M·g·α

(2)

式中：M为拖车的质量之和；g为重力加速度；α为最大的停放坡度。

根据停放安全系数

б=F/FH

则可以计算出制动夹钳单元输出力

2.2 停放制动的意外施加不会造成轮对抱死从而避免轮对擦伤

车辆产生的正压力：FZ=M·g·cosα

静止时所需的黏着系数：τ1=FH/FZ

车辆意外施加制动力时所需的黏着系数：τ2=F2/(g·M1·cosα)

其中：M1为轴重，M1=M/4；F2为轴停放制动力，F2=F1·μ1·η·2r/D。

铁路客车设计时的黏着系数公式如下：

式中：v为运行速度。

综上所述，最后选取每个夹钳单元的力应在上述计算区间之内，从而选取停放制动缸型号。

3 停放制动逻辑设计

司机通过停放制动按钮(施加/缓解)控制停放列车线(施加/缓解)动作，进而控制停放制动电磁阀(脉冲控制，切换后状态会自动保持)动作，实现停放制动缸的排风(施加)或充风(缓解)，相关停放控制逻辑如下：

(1)停放指令来源

停放制动施加/缓解通过列车线实现同步控制，主从控端均可触发。停放制动施加/缓解指令为脉冲信号，停放制动施加/缓解源分别见表1所示。

(2)停放施加后控制逻辑

停放制动施加后，通过停放制动压力开关断开停放制动环路，CCU监测停放制动环路状态，在停放制动施加后将封锁牵引， 若动车组在移动中施加将触发惩罚制动。

表1 停放施加源

(3)停放制动显示

停放制动按钮带指示灯，状态受停放制动环路和动力车停放压力开关的控制。行车安全主机通过压力传感器监测停放制动缸压力，并分析出停放制动状态后 (暂定：压力上升到480 kPa以上显示“缓解”，压力下降到420 kPa以下显示“施加”，压力下降到100 kPa以下显示“完全施加”)， 将信号反馈给CCU，并显示在司机显示屏上，相关逻辑如图4所示。

(4)停放制动隔离

停放制动的隔离操作步骤如下：

①缓解本车空气制动；

②关闭车上停放制动模块内带电触点，截断塞门将停放制动缸压力排空；

③下车操作停放制动缸手动拉缓解拉绳，拉开后保持3 s，并确认制动夹钳离开制动盘；

图4 停放制动显示相关逻辑

④操作车上安全环路旁路开关，司机显示屏显示“XX车停放被隔离”。

该方案通过手动方式机械隔离停放制动，是最安全可靠的方式，适用于全列与单车停放制动隔离。

4 结束语

停放制动是列车静止停放时防止列车发生溜逸的一种制动方式，对于列车运营安全至关重要。以上主要介绍了停放制动气路原理设计思路，并给出了相关的计算方法，可以为同类设计提供一定参考。目前时速160 km动力集中电动车组拖车停放制动已在相关第三方国家铁路认证机构进行型式试验,并在相关路局进行试运行，其停放制动功能良好,目前未发现问题。