编辑：绍兴矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：433
高速绍兴矿用变压器组制动系统分析 核心提示： 验数据的分析，对微机控制的直通式电空制动方式的空电联合制动和高速绍兴矿用变压器组盘型制动装置进行了分析。 候笑冰（1957―）男，北京人，工程师（：2003 1前言目前我国研制的高速绍兴矿用变压器组，在编组型式验数据的分析，对微机控制的直通式电空制动方式的空电联合制动和高速绍兴矿用变压器组盘型制动装置进行了分析。
候笑冰（1957―）男，北京人，工程师（：2003 1前言目前我国研制的高速绍兴矿用变压器组，在编组型式上无系统方面，均采用了微机控制的直通式电空制动方式，按再生制动优先的原则，实施列车空电联合制动的协调配合，即制动控制单元根据制动指令的级别（直通电空常用制动或紧急制动）、车辆的载重（空气弹簧荷重压力信号）、运行速度以及再生制动力的大小，按动力制动优先并充分利用的原则，计算出电空制动的目标制动缸压力，并通过EP控制单元的闭环控制，产生再生制动与电空制动复合的空电联合制动，自动调整摩擦制动力，可基本实现恒减速度的制动控制。
制动微机控制系统与列车网络系统的配合，实现制动系统各项信息与列车网络系统信息的互联，实现列车运行的监控和关键制动信息和故障的显示，以及ATP列车自动防护系统和多种故障导向安全的防护措施。
列车备用制动则采用自动式空气制动机。
在基础制动方面，采用合金锻钢制动盘、粉末冶金闸片、复式单元制动缸和高灵敏度电子防滑器。
目前我国研制的高速绍兴矿用变压器组中，先锋号为动力分散型，中华之星为动力集中型。通过上述两列高速绍兴矿用变压器组的制动性能试验，对微机控制的直通式电空制动方式的空电联合制动系统和高速绍兴矿用变压器组基础制动装置的结构、原理和性能进行分析。
2微机控制的直通式电空制动系统及工作原理高速绍兴矿用变压器组制动系统一般可分为制动控制系统和基础制动两大部分。270km/h列车直通电空制动系统原理图见。
21制动控制系统该系统主要有制动信号发生与传输部分；微机制270km/h列车直通电空制动系统原理一制动控制器；2―操作台控制开关组；3―ATP；4―制动逻辑控制单元；5―牵引控制器；6―制动控制线；7―制动控制单元；8―电子防滑器；9-备用制动F8空气分配阀；10一气动制动控制单元；11一转向架基础制动装置。
动控制单元；气动制动控制单元；备用制动控制系统等部分组成。
2.1.1制动指令发生与传输部分制动指令发生与传输部分主要用来产生制动指令，并将制动指令传递至各车辆的BCU、气动控制单元和车载微机。它主要由制动控制器、逻辑控制单元和制动指令线等组成。
它分电空制动绍兴矿用变压器指令和空气制动气路指令两部分，由凸轮轴，供、排气阀，管座，控制手柄，组合微动开关等组成，设置运转位、常用制动区、手柄取出位、紧急制动位等作用位置。可同步实施绍兴矿用变压器及空气指令的操纵。
操纵台控制开关组：司机室设置与制动相关的开关，用于产生非常制动信号、列车强迫缓解联锁控制信号、空/电转换信号、停放制动信号等。
并行接受来自制动控制器中绍兴矿用变压器制动指令或者ATP来的绍兴矿用变压器制动指令，经逻辑判别及量值比较后，根据约定选择其中一路指令作为当前有效绍兴矿用变压器制动指令信号，将此制动指令的信号变换成相应的PWM信号，送至输出级进行再次变换，以产生适合于在强干扰环境下进行贯穿全列车传递的制动指令。
逻辑联锁功能的控制：主要有操纵端/非操纵端的联锁控制；安全检查回路的联锁控制；动力制动启动的联锁控制；非常制动或空气紧急制动的自保持及强迫缓解的延时控制；停放制动及列车管紧急排风的控制；车辆电源向BCU供电的联锁控制等。
贯穿全列车的制动指令线，通过它传输制动作用的PWM制动指令；运行/制动状态指令；非常制动指令；直通/自动制动转换指令；强迫缓解指令；停放制动指令；制动缸压力反馈信号；DC110V电源等。
2微机制动控制单元（MBCU）微机制动控制单元是各车辆制动控制系统的关键部件。
接收制动控制器的制动指令，转换成指令线所传输的常用制动和紧急制动指令信息。其功能是进行与制动作用相关的所有的信息和指令按列车运行性能要求进行综合运算得出最后的有效指令。具体是根据列车运行速度，计算出相对于运行速度应施加的制动力，进行速度一粘着控制；根据制动指令级别和车辆载重调制制动指令；按再生制动优先的原则，进行空气制动的协调配合；即实际摩擦制动力值=列车所需的制动力值一再生制动力值。常用制动时，利用动车再生制动力控制拖车空气压力，尽量减少摩擦制动时摩擦副的磨耗。
自动检测车辆制动系统状态，并将诸如防滑控制等有关信息向列车计算机网络反馈，自动检测、记录和显示故障信息，以提供故障应急处理的信息。
3气动制动控制单元（PBCU）气动制动控制单元是绍兴矿用变压器组制动系统中依照制动指令，控制制动缸压力产生制动和缓解作用。该单元由电磁阀、EP单元、非常制动单元和切换单元等组成。
EP单元：由制动电磁阀、缓解电磁阀、容积风缸及压力传感器组成。MBCU发出指令控制制动和缓解电磁阀，使容积风缸充、排气。容积风缸的压力通过传感器反馈给MBCU形成电空闭环控制。容积风缸压力指令通过中继阀，完成制动缸充、排气。
非常制动单元：由强迫缓解、非常制动和速度切换电磁阀、调压阀和非常制动压力开关组成。绍兴矿用变压器组正常运行期间非常制动电磁阀为常时带电，一旦失电立即将速度切换电磁阀送来的压力空气经强迫缓解用。非常制动压力开关用来检测是否产生非常作用。
切换单元：双向阀用于EP单元和非常制动单元输出压力间的自动切换，直通/自动切换电磁阀用于直通电空制动系统与自动空气制动系统的切换。
2.1.4备用制动控制系统备用制动控制系统为一完整的旅客列车自动空气制动系统。该系统在动车组正常运营中处于备用状态，当直通式电空制动系统发生故障以至失灵时，系统会自动切换成备用制动，以保证列车运行的安全。此时通过司机控制器控制均衡风缸压力，经备用制动系统中的中继阀使列车管压力发生变化，操纵F8型自动空气制动机，保证列车必需的制动能力。
22基础制动装置动车组基础制动装置动力车分别采用轮装或轴装盘型制动装置，拖车基础制动装置均采用轴装式盘型制动装置。由合金锻钢制动盘、粉末冶金闸片（先锋号早期采用半金属合成闸片）、单元制动器（动车每轴装有一个弹簧储能停放制动器）组成车别试验内容制动等级紧急7级6级5级4级3级2级1级最大电制标准150150150150130905010动力/kN实测值137110-111122864224动力车制动缸压力时间/s18时间/s电空复合常用7级制动工况试验曲线在电制动力启动没有有效响应前（电制动力有效响应定为15kN），动车组各车仍然按正常的电空制动模式响应，现在的问题是若电制动力的有效响应时间偏长，特别是在高速区段，电制动力不能使动力车的电空制动力降至零，拖车的电空制动力无法低偿，势必将会造成绍兴矿用变压器组摩擦制动力作用时间偏长，从而使车轮踏面和制动盘造成大量磨耗和热损伤，达不到在列车和常用制动停车时动力车的摩擦制动基本不参予，拖车电空制动力抵偿的目的。
从拖车的电空制动力的变化来分析，应在电制动力有效作用后，在优先以电制动力抵偿动力车的电空制动力的同时，再以富裕的电制动力来抵偿拖车的电空制动力，拖车在不同载重工况下的电空制动缸验结果来看，在电制动力有效作用后，拖车的电空制动缸压力仍偏高。甚至个别车辆电空制动缸压力没有得到抵偿。
3.2制动盘和闸片3.2.1合金锻钢制动盘用盘型制动代替了闸瓦对车轮踏面的摩擦制动，减少了对车轮的磨耗和热损伤，从而延长了车轮的使用寿命，改善了运行品质。盘型制动的散热性能比较好，它的热容量允许它采用较高的制动功率，可以在更高的速度下制动，获得较高的减速度，更适应于高速列车；通过合理地选择制动盘和闸片的结构和材质，使这一对摩擦副具有最佳地制动参数，得到较高而稳定的摩擦系数。以获得适应于高速运行所需要的强大制动功率，同时又能根据动力车和拖车的车轴不同布局获得结构紧凑质量较轻的制动装置。可以根据需要，在拖车的车轴上安装两个、3个甚至4个制动盘，使制动功率达到粘着条件所允许的最大值；盘型制动运用经济，一般来说，盘型制动的闸片面积比踏面制动的闸瓦面积大，承受的单位面积力小，磨耗率也小。
盘型制动是用制动夹钳压紧固装在车轴或车轮辐板上的制动盘，使闸片与制动盘间产生摩擦，将动能转变为热能，再由制动盘和闸片将热量逸散到大气中。
制动盘是承受热负荷的主要部件，在高速和高温条件下必须能可靠地工作。制动盘材质是盘型制动中最关键的技术高速制动时，巨大的制动热负荷和热冲击将引起很高的温度梯度和热应力。耐热裂性能比耐磨性能更为重要。与铸铁盘和合金闸片相比，合金锻钢制动盘结构简单，配以粉末冶金闸片，具有较高的热稳定性，微小的湿敏感性；在高速区段内摩擦系数稳定；在高制动功率下有较小的闸片磨耗和较小的热裂倾向等优点。另外，在结构的设计上制动盘由整体式锻钢制动盘和盘毂组成，制动盘和盘毂通过垫块、弹性套和螺栓联结，这种联结使各联结部分受力均匀，而且还可以保证制动盘受热膨胀时，能沿径向自由地膨胀伸缩很小的位移，从而消除了制动盘的热应力问题，提高制动盘的疲劳强度和工作可靠性。
3.2.2粉末冶金闸片粉末冶金闸片以铁粉或铜粉为金属基体，在基体中加入起固体润滑作用的物质如石墨、金属硫化物、氮化硼、易熔金属铅、锡等；提高摩擦系数的物质如碳化硅、二氧化硅、三氧化二铝、碳化硼、莫来石等多项组元组成。
粉末冶金摩擦材料有足够的摩擦系数和必要的热稳定性，摩擦系数随速度变化的关系较小。以中华之星为例，在1：1制动动力试验台上，以制动初速度270km/h的紧急制动工况下，动力车平均摩擦系数为0.295，拖车平均摩擦系数为0.221.另外其摩擦系数可以用配方调节，这样可以使摩擦系数更好地与粘着系数特性相接近。
导热性能好，对摩擦副（车轮和制动盘）产生的不良影响，相对于老式盘型制动要小。以先锋号为例，半金属合成闸片由于热传导率偏低，在制动过程中摩擦产生的热量大部分由制动盘来传导。并且由于摩擦材料的线膨胀系数较大，造成制动盘表面局部过热，因此容易发生各种热影响区，例如在局部受热的地方，有时产生圆形的热斑点（变色）。制动盘的温升主要与摩擦材料单位面积的热传导率有关，因为它控制着摩擦热的分配。另外由于温度的上升带来了破坏性的磨耗，随着闸片温度的上升和闸片压力的增加，闸片的磨耗量便显著增加。基础制动装置制动闸片材质由半金属改为粉末冶金后，试验过程中制动盘面未见明显热斑以及车轮擦伤和抱死相象。因此国外曾有粉末冶金闸片具有能承受比合金闸片高得多的速度，同时可提高制动功率约40%的说法。
摩擦系数不受气候条件地影响，无论下雪或下雨都能保持性能不变。而一般半金属合成闸片由于摩擦面光滑，当有水介入之后容易形成水膜这样可能使摩擦系数大幅度地降低，水膜越厚，摩擦系数越低。
3.2.3关于闸片均匀磨耗问题以及强化基体的耐磨元素钼、铬、镍、锰、钒、Pihg有关。但是通过试验表明，磨耗与压力及速度并不呈在基础制动装置静态传动效率的试验中经常发现，无论高速动车组还是准高速车辆，凡是采用盘型制动装置的，部分单元制动器的夹钳杠杆和闸片托的安装，或多或少会发生一些夹钳杠杆与制动盘的横向偏差和闸片托的轴向偏差，造成制动夹钳压在闸片托上的力，不能垂直的作用在制动盘上。其主要表现是单元制动器在室内试验时，闸片压力值均能达到设计值，而一旦装车试验，其闸片压力值却不能达到设计值，并且制动盘两侧的夹钳杠杆以及闸片托压在制动盘上的力存在明显差异，这样势必造成在制动时闸片的偏磨。
这种在静态时由于夹钳杠杆和闸片托的工装问题而造成的在制动时闸片的偏磨，只要认真检查和实施检验是可以解决的。而实际上在动态的条件下，盘型制动装置的闸片能否保证均匀磨耗则是一个复杂的问题。
理论上，当摩擦系数9为常数时，闸片均匀磨耗的条件和闸片单位面积的作用力以及此单位面积的线速度线性关系，而呈指数关系。由于闸片与制动盘相摩擦的各点的线速度是不同的，因此闸片各点力的分布比较复杂。盘型制动装置制动夹钳压在闸片托上力的作用线是在盘面的某一切线上，而且闸片上的压力分布沿此作用线上下方向是变化的，根据简单的理论计算此力的作用线并不通过闸片的重心，而应在距闸片重心向中心位置有个位移量，并且由于运行速度、闸片的温度、杠杆和闸片托的间隙大小和它们的刚度，以及在运行中部件的游动等都会使磨耗状态发生变化，因此在设计时不仅需要认真计算，而且还要在结构上采取一些相应的措施。
3.2.4改善轮轨间的粘着、提高粘着力车轮采用盘型制动代替踏面闸瓦制动后，由于车轮踏面没有闸瓦经常摩擦，使车轮和钢轨间的粘着状态恶化以至于有效粘着系数会降低。车轮和钢轨间的粘着系数，一直到现在也未完全研究清楚它的复杂性，粘着系数涉及的范围很广，它不但与速度、载重、线路状态和车轮结构有关，而且也与闸瓦材质等有关。
为了改善轮轨间的粘着状态，建议在高速动车组的踏面上安装清扫闸瓦或者增粘研摩块，以除去轮轨接触面由水、油等物质形成的污膜，确保车轮踏面具有适当的粗糖度，提高粘着力；研制适于高速动车用的高性能防滑器，目前现有的防滑器主要在防止滑行上下功夫，而高速防滑器则要求在有良好防滑作用的同时，还应具有改善和提高粘着的性能；或者采用向轨面喷洒增粘材料的方法。
3.2.5中华之星绍兴矿用变压器组紧急制动距离分析题组提供的备用空气制动紧急制动距离计算值为3514. 7m两者相差近700m，造成紧急制动距离计算矿用变压器值偏大的主要原因是因为粉末冶金闸片实际紧急制动平均摩擦系数比给定值0.295大造成的。另外从试验时的基础制动摩擦副的温度来看，动力车在停车瞬间测量已经在400C以上，平均减速度大约为1.01m/s2以上，为此我们认为在目前高速动车组运行速度大于250km/h强大的制动功率若单靠目前的动力制动和盘型制动装置，势必导致制动盘的磨耗和热损伤急剧增加，并且由于这种制动方式所产生的制动力的增长又受到轮轨间粘着的限制。在目前没有使用电磁轨道制动或电磁涡流制动的非粘着制动方式之前，我们建议在保证粉末冶金闸片平均摩擦系数不要大于0.3的前提下，适当降低动车组紧急制动时的制动缸压力，由480kPa降为420kPa其制动计算如下（4d2P-FXn1Xn=91.998kN动力车每轴换算闸片力2辆动力车制动力B1=！SK1X91 9辆拖车制动力B2=EK2X化=458. 0~270km/h时，车辆平均当量阻力w=4.764空走距离：SK=根据以上计算可以看出，若紧急制动时制动缸压力最高维持在420kPa仍能够满足高速动车组在制动初速度为270km/h时紧急制动距离小于3700m的要求。
4建议41再生制动的稳定性探讨通过对中华之星再生制动与电空制动复合的空电联合制动的试验发现，从牵引工况到再生制动工况的转换过程缓慢，持续达10~20s难以满足复合制动工况再生制动优先的设计要求。从试验数据分析可看出，牵引变流器控制系统的动态特性较差，调节迟缓，响应速度低，控制性能未达到绍兴矿用变压器组牵引及再生制动要求。另外，在试验过程中发现，再生制动发挥不稳定，时常发生丧失再生制动力的情况，因此在运营当中，应始终保持电空制动系统和备用制动系统的绝对可靠才能保障安全。
42基础制动装置的制动热负荷由于高速绍兴矿用变压器组复合制动系统的特点，在充分利用制动粘着系数和动力制动的前提下，为了减轻盘型制动的机械热负荷，建议在高速绍兴矿用变压器组上采用非MY279型窄、准轨通用内燃机车的研制宋绪松（济南钢铁集团总公司运输部，山东济南250101）了该机车的主要结构特点。内燃机车，窄。准轨，总体布置，技术参数，1前言地方冶金企业的窄轨（762mm）铁道线路数量越来越少，拥有窄轨机车的单位只是维持其运用，一般不再增加机车数量。济钢总公司仍运用着数台窄轨小机车为了维持生产必须增加一台窄轨机车。但再过几年随着生产的调整，窄轨线路将被淘汰，如果购进新的窄轨内燃机车，届时将失去使用价值，造成设备的巨大浪费。于是我们提出研制一种窄、准轨均能使用的内燃机车当没有窄轨线路时，调换为准轨，继续在生产中使用。并与石家庄动力机械厂合作开发研制了MY279型窄、准轨通用内燃机车。
2总体布置MY279型机车是一种小型调车内燃机车机上安装一台12V135Z型柴油机，装车功率279kW，―组SD204型液力传动箱，外走台板式主车架车体安装在宋绪松（1969-）男，山东莱阳人，高级工程师（：结构特点两台二轴转向架上，由后机室、司机室、前机室组成。
前机室空间较小，安装控制风缸和分配阀、制动阀、中继阀等阀类。司机室位于中部偏前，司机室内面向I位端的左方设有一个操纵台，操纵台上布置控制手柄、自动制动阀、单独制动阀、各种仪表、按扭和开关，操纵台内还有供暖用的暖风机和生活用的电炉。正司机后方和副司机前后方各设一扇门与机车前后走台板相通，以方便巡视检查。此外，还设有控制柜、工具箱、灭火器、风扇、手制动等设备。
后机室包括机器间和冷却间，机器间内安装着柴油机和柴油机辅助装置、预热锅炉；冷却间内安装着液力传动箱、冷却及预热水泵系统中的冷却装置、工作油热交换器；空压机及部分阀类安装在柴油机前端，空压机上部吊装着膨胀水箱；机车最后端是燃油箱。
12V135Z柴油机通过弹性支承安装在主车架上，盘型制动同时使用的方式，踏面制动主要起清扫和增粘作用。适当降低绍兴矿用变压器组各级制动工况的制动缸压力，特别应限制紧急制动工况下动力车和拖车的制动缸压力不应超过420kPa 43高强度合金锻钢制动盘和粉末冶金闹片的材质制动盘和闸片的材质是盘型制动中最关键的技术，高速制动时，巨大的制动热负荷和热冲击将引起很高的温度梯度以及极高的热应力。因此要求制动盘体的材质必须具有好的抗热裂性、耐磨性、导热性和摩擦制动性能。闸片应具有足够高而且稳定的摩擦系数，较好的高温性能和抗热衰退性，好的耐磨性并且对制动盘面无任何异常磨损。为此，应严格控制制动盘和闸片产品质量，定期进行产品质量检验。
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