动车组制动系统CRH380BL.docx

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动车组制动系统CRH380BL

CRH380B（L）动车组制动系统

制动的性能保障着列车的运行安全。

目前，列车运行速度不断提高，对制动性能提出了更高要求，否则制动距离不能保证，会严重影响运行安全。

本章主要论述了制动系统的组成、结构、设备组成、功用、控制、作用原理等知识,对司机合理操纵动车组提高技能起到理论基础保障。

第一节制动系统组成

CRH380B（L）采用微机控制的直通电空制动系统，备用制动装置采用间接作用的空气分配阀。

制动包括以下几部分：

控制元件和产生制动力的部件组成，制动力由摩擦制动和电制动产生。

电制动和摩擦制动的作用由制动控制单元（BCU）、牵引控制单元（TCU）和列车中央控制系统（CCU）调节。

供风系统包括两套主风源和两套辐助风源。

一、制动系统包括：

（一）压缩空气系统（图5-1）

1.主供风装置

CRH380B动车组安装有2个供风装置，分别位于03、06车的地板下方；CRH380BL列车安装有4个供风装置，分别位于03、06、11、14车的地板下方。

每个供风装置包括一个SL22型的螺旋式主空压机。

空压机电机由车载电源的440V60Hz3AC母线供电。

该空压机与一个双塔型空气干燥器和一个带防冻设备的冷凝物收集器相连。

供风装置的空气送至总风（MRP）管，该管通过软管与临车相连。

总风管为各车提供压缩空气，还给每个容量125升的总风缸充风。

03、06、11（CRH380BL）、14（CRH380BL）车每车装有两个总风缸。

总风管提供的压缩空气最高压力为1000kPa（工作压力范围850kPa–1000kPa）。

主空压机的电源由电网通过车载变流器提供。

图5-1压缩空气系统

空压机管理03、06、11（CRH380BL）、14（CRH380BL）车中4个主空压机中的2个（CRH380B为2个主空压机中的1个）作为首选主空压机。

如果首选的2个空压机不能使用，就由另2个可用空压机代替首选空压机。

如果2个首选空压机的运行时间在一小时内超过50%，还可用另两个可用空压机代替。

如果总风管压力平均值低于850kPa时，激活空压机，如果总风管压力平均值低于830kPa时，则启动全部空压机。

以CRH380BL动车组为例，在16辆编组的动车组内，为避免电源供电中断，4台空压机要依次接通电源。

如果16辆编组动车组电源的可用性在最高时下降，则激活受影响的16辆动车组中的2台空压机。

当列车实施制动且总风管压力低于700kPa，那么列车中的可用空压机全部运转，缩短总风管增加到1000kPa所需的时间。

在司机的HMI显示器上，可显示头车01、08、16（CRH380BL）车的列车管压力以及01、08、16（CRH380BL）车的总风管压力。

列车管实际压力显示范围为高于388kPa至700kPa的压力范围。

为了有更好的可读性，列车管压力刻度分成上下两部分。

当列车管压力大于50kPa时，压力显示为下部分，在较低压力时显示为空。

位于辅助操作台的“列车管和总风管”双针压力表，也可监控列车管和总风管压力。

主空压机可通过在司机HMI上的“制动关闭状态”显示页面（图5-2）进行控制。

操作软键“空压机切断”，切除动车组内的全部主空压机；操作软键“空压机接通”，释放动车组内的全部主空压机。

图5-2HMI上的“制动关闭状态”显示页面

2.辅助供风装置（图5-3）

在受电弓附近02、07、10（CRH380BL）、15（CRH380BL）车地板下方安装有LP115型辅助空压机。

辅助空气压缩机为一缸活塞式压缩机，主要由压缩机、直流电机、干式空气滤清器组成，压缩机由直流110V电机驱动。

图5-3辅助空压机结构示意图

在总风缸欠压或无风时，受电弓、主断路器和车顶隔离开关所需压缩空气将由辅助空气压缩机提供，辅助空压机通过CCU激活，由02、07、10（CRH380BL）、15（CRH380BL）车中的制动控制模块进行控制。

辅助空气压缩机供风系统示意图如图5-4所示。

图5-4辅助空压机供风示意图

（二）空气制动系统

直通空气制动由电子制动控制系统控制。

间接空气制动是由列车管（BP）控制，它能在整车范围内传送空气制动信号。

空气制动面板和制动控制单元组合成单一制动控制模块并形成制动控制单元。

一车只有一个制动控制模块。

在拖车轮对上，每个轴安装有三个轴装制动盘；在驱动轮上，每个轴安装有两个轮装制动盘。

空气制动装置执行以下功能：

1.常用制动

2.紧急制动

3.旅客紧急制动

4.停放制动。

该弹簧负荷制动由司机或列车控制系统通过独立的列车管进行激活和控制，使用各拖车轴上的弹簧负荷制动。

备用制动，通过辅助制动手柄（C02）来实现列车的制动和缓解。

（三）制动控制装置（BCU）（图5-5）

每辆头车各设有两个相互冗余的制动控制单元（BCU）,其它车各设有一个制动控制单元（BCU）。

制动控制单元用于实现制动装置的控制和诊断，包括防滑控制功能。

图5-5制动控制装置（BCU）

（三）空气干燥装置

为满足动车组制动系统压缩空气湿度要求，CRH380B（L）动车组供风系统安装了双罐式空气干燥器，该空气干燥器主要有以下几部分组成：

两台带有整体式分离器的干燥塔；一个支架带有再生空气节流器；用于干燥塔的单向阀；用来控制空气的预控阀；带消音器的双活塞阀；控制循环的阀门磁铁等。

双罐式空气干燥器组成及工作制式如图5-6所示。

双罐式空气干燥器同时运行两个工序，即干燥工序和再生工序。

当一个风缸中主气流被干燥时，另一风缸中的干燥剂则再生。

图5-6双罐式空气干燥器组成及工作制式

（四）基础制动装置

动车组基础制动装置都是利用杠杆原理，把空气制动部分的制动缸鞲鞴推力,经过夹钳单元杠杆的作用扩大适当倍数后较为一致地传到各制动闸片上,使闸片压紧制动盘，从而达到制动的目的。

CRH380B（L）动车组基础制动装置包括制动盘、夹钳单元及制动闸片。

1.制动盘

CRH380B（L）动车组均采用盘形制动装置，动车每个轮对安装两个轮盘，拖车每个轮对安装三个轴盘。

动车组轮装制动盘和轴装制动盘均为铸刚制造，轮装制动盘直径为750mm，每副轮盘（两片）用12根螺栓分别联接在车轮辐板的两侧。

轮装制动盘采用模块化设计，重量轻，易于拆装。

轴装制动盘的直径为640mm，制动盘由摩擦环、盘毂和联接装置组成，摩擦环与盘毂之间也是通过12条螺栓连接；轴盘上具有用于通风的散热筋结构，不仅可在非制动状态节省60%的能量，还使制动盘上存在的过热点更少。

轮装制动盘和轴装制动盘安装如图5-7所示。

图5-7轮装制动盘和轴装制动盘安装图

2.夹钳单元

CRH380B（L）动车组的制动夹钳单元采用模块化结构，通过关节轴承与构架相连，装制动盘和轴装制动盘夹钳单元如图5-7所示。

所有制动夹钳单元都有内置的自动闸调器。

停放制动车辆的夹钳单元带有弹簧驱动的停放制动装置，如图5-8所示。

图5-7装制动盘和轴装制动盘夹钳单元

图5-8带有停放制动装置的轴装制动盘夹钳单元

CRH380B（L）动车组ISOBAR型闸片，结构如图5-9所示，采用烧结粉末冶金材料制成，其组成结构为闸片钢背（弧形导轨）、三角支架、摩擦块和卡簧。

闸片元件通过静态力的平均分配使每个摩擦块粒子和制动盘之间达到一个平衡的表面压力，从而保证每个摩擦块粒子有均匀的摩擦痕迹，制动盘表面也有均匀的磨耗。

图5-9ISOBAR型闸片结构示意图

（五）车轮防滑控制功能

CRH380B（L）动车组车轮防滑控制装置包含在制动控制单元内，制动控制单元监测每个车轴的速度，可根据轮轨之间的粘着情况激活防滑阀来减小制动缸的压力。

微软处理器控制包括故障诊断和故障指示，以便维护和操作。

在紧急制动期间，车轮防滑设备正常运行。

（六）运行稳定性监测

CRH380B（L）动车组每个转向架安有横向加速传感器，该传感器探测横向加速度，并转化为电子信号反馈至BCU，该信号反应车辆运行的稳定性，及转向架的振动幅度。

（七）撒砂功能

制动控制单元（BCU）除执行防滑、轴不旋转和运行稳定性监测外，还执行撒砂等辅助功能。

来自主风缸管路的压缩空气通过截断球阀送至撒砂模块，经过两个减压阀后，通过速度控制电磁阀流入砂箱底部的撒砂装置。

执行撒砂操作时，砂粒由空气流带动，经撒砂管进入撒砂喷嘴，进而完成撒砂动作。

为了使砂粒保持干燥，另一个电磁阀负责控制用于干燥砂粒的空气流。

为了优化砂的配量，动车组高速运行时撒砂装置的空气压力要比低速时的大。

这由BCU根据动车组运行速度激活对应的电磁阀来控制。

第二节电气制动控制系统

CRH380B（L）动车组装配有一个电制动系统（ED制动）。

该制动系统用于常用和紧急制动。

制动系统（ED制动）由01、03、06、08、09（CRH380BL）、11（CRH380BL）、14（CRH380BL）、16（CRH380BL）车的牵引系统提供，并由BCU进行连续控制，制动能量将返回至接触网上。

在分相区内，接触网无电，车辆的主断路器断开，因此，在分相区内牵引和车载电源不能从接触线供电。

在分相区内不能对列车进行再生制动，所以在这种情况下，只能使用空气制动。

若电制动受限或不足，将利用辅助电空制动（EP制动），以便达到所需的制动效果。

常用制动时，优先使用电制动系统（接近无磨损）。

因此，在正常常用制动条件下，优先采用动车中的电制动（ED制动）。

当ED制动系统故障或ED制动达到极限时，EP制动将提供援助，以执行停车制动。

低速时，该混合模式可使空气停车制动平稳取代电制动。

在右侧司机的MMI的“E”行的显示页面“制动状态”上显示电制动机的状态。

第三节空气制动控制系统

一、间接和直接空气制动

（一）间接空气制动

间接空气制动由列车管控制，并在直接制动机发生故障时提供间接制动和备用方式功能，用于拖拽目的。

根据负载的信号从空气悬挂系统送至制动控制模块。

在列车分离时，施加紧急制动，如图5-10所示

图5-10间接空气制动

通过“制动手柄”在正常运行时实现列车的制动操作。

经由CAN-总线系统传输的电气信号提供给01、08、16（CRH380BL）车内的BCU。

制动指令信号经由MVB传输到每辆车，用于操作直通电空制动。

列车管中的压力保持在常用制动的正常缓解压力之上，并仅在紧急制动时才下降。

通过“制动手柄”（位置“EB”）或其它紧急停车设备施加紧急制动时，列车内的全部紧急制动阀通电，列车管排风。

间接制动机与直通制动机系统一起通过BCU激活，列车在直通制动系统故障时仍可停车。

间接制动设计为一次缓解制动，列车管中增加很小的压力就可缓解。

（二）直接空气制动

负载相关的直通空气制动机用于常用和紧急制动。

根据从空气悬挂系统的负载信号输送到制动控制模块。

以微机为基础的制动控制单元（BCU）执行局部制动控制功能。

它用于接收和解释制动指令信号，以及其它列车网络信号，以控制电空直通制动系统。

如图5-11所示。

图5-11直接空气制动

微机控制逻辑包括故障分析和故障显示，以帮助维修和操作。

在紧急制动实施时，电气紧急制动回路将打开。

在紧急制动期间，需要最大制动力，因而没有制动缸压力的连续调整。

在速度高于200km/h时施加低减速度压力，在速度低于200km/h时施加高减速度压力。

（三）旅客紧急制动

操作紧急制动拉盒打开旅客紧急制动回路。

这时在司机室产生一个声光报警并且BCU实施一次紧急制动，但是如有需要给司机忽略实施制动的机会（如选择停车的更加合适的位置）。

只要紧急制动拉盒手柄保持在旅客紧急制动激活位置，光信号就保持激活。

用方钥匙顺时针旋转紧急制动拉盒的控制轴可以使紧急制动拉盒手柄推回到其开始位置。

（四）停放制动

CRH380B（L）动车组受电弓车每个拖轴都装有停放制动缸，停放制动的弹簧承载机构可以保证动车组列车安全的停放在坡道上。

在弹簧承载制动缸里，停放制动通过弹簧力实施无需任何空气压力。

缓解停放制动，需压缩空气供给来抵消机械弹簧力。

为了确保停放制动能够紧急缓解，在设有停放制动的转向架两侧了装有手动缓解拉绳。

当空气制动和弹簧承载的停放制动同时作用时，空气制动产生的制动缸压力通过双向止回阀向弹簧承载机构加压，这就使得弹簧承载制动缓解到与空气制动实施的同等程度，可以防止夹钳单元过载造成机械结构损坏。

每辆车停放制动状态可以通过压力传感器检测并显示在司机室HMI屏上。

另外，在列车运行期间，如果停放制动施加，BCU会断开“停放制动监视环路”实施紧急制动，以防止受影响的制动盘受到损坏。

（五）备用制动

CRH380B（L）动车组的备用制动系统为自动式空气制动系统，在电空控制的直通式制动无法使用时启用。

备用制动启用后，可通过控制制动管的空气压力，来实现列车的制动和缓解；制动管的空气压力变化，可由动车组自身的备用制动控制阀或救援/回送机车控制。

备用制动系统启用后，司机制动控制手柄的制动控制被切断，电制动也无法使用。

备用制动系统的分配阀为直接缓解型。

因此，必须保证制动机完全缓解，即列车管在实施制动后再次实施制动前保持正常缓解压力（600kPa），不能逐渐缓解制动和然后再次实施制动。

辅助制动手柄具有下列档位：

1.完全缓解

2.缓解

3.空挡

4.制动

5.全制动。

空挡、全缓解和全制动档位设计有凹口。

缓解和制动档位没有凹口，这就是说操纵杆从这些档位缓解后，操纵杆返回到空挡。

在辅助制动手柄的全缓解档位，列车管中的压力保持在600kPa的调整常用制动压力。

在辅助制动手柄的制动设定中，列车管中的压力根据工作的时间长度下降。

在操纵杆的缓解档位中，列车管中的压力增加。

在全制动档位中，制动管中的压力用尽。

在辅助制动手柄的空挡中，列车管中的压力没有影响，制动阀泄露引起的除外。

辅助制动手柄具有非常有限的排风容量。

为了减少增加制动压力的时间，间接制动系统装有一个中继阀。

当司机使用辅助制动手柄实施制动时，控制管通过辅助制动手柄中的排气口排风。

压力表显示指示压力，并指示司机要实施制动的确切的列车管压力。

根据工作的持续时间，控制管中的指示压力下降。

中继阀按照指示压力降低列车管中的压力。

第四节制动方式分类

一、通过制动手柄的常用制动

（一）原理

通过“制动手柄”的常用制动用于无速度自动控制（ASC）的列车运行期间的列车制动。

对于常用制动，制动力的设定值与“制动手柄”的偏移成比例，但是设定值也可由ASC规定。

制动操作主要通过“制动手柄”执行。

制动档取决于手柄的位置（位置决定控制模式）。

制动手柄电子检测位置。

用于紧急制动的位置EB直接开通列车管，并执行电紧急制动控制。

制动手柄的制动力设定值和ASC规定的设定值通过列车控制系统读入，并在制动管理范围内分给可获取的ED制动和EP制动。

制动管理系统确保在制动过程中不会因过高的制动力而超出摩擦系数，确保列车摩擦制动器的载荷均匀（最优化磨损，防止空气制动出现热过载情况）。

（二）操作

使用“制动手柄”控制所有常用制动档和紧急制动：

1.“OC”：

忽略旅客激活紧急制动及其它紧急制动

2.“REL”：

缓解挡

3.“1A,1B,2,3,4,5,6,7,8”：

常用制动（CRH380BL）；“1A,1B,2,3,4,5,6,7”：

常用制动（CRH380B）

4.“8”档：

最大的常用制动档（CRH380BL）；“7”档：

最大的常用制动档（CRH380B）

5.“EB”：

紧急制动（CRH380BL）；“EB、UB”紧急制动（CRH380B）

“OC”位置未被闭锁，当制动手柄释放时，将恢复至“REL”位置。

“1A”和“1B”位置未被闭锁，从而可连续微调常用制动设置点。

二、常用制动的子模式

（一）在手动制动时，根据操作“制动手柄”可选择下列三种常用制动的子模式：

1.正常制动

列车制动管理通电后自动激活正常制动。

如果“制动手柄”没在常用制动档，速度>25km/h时，自动激活正常制动。

2.比例制动

比例制动用来达到全部车轴上相同的粘着系数。

同时并按与请求的制动指令相同比例请求电制动和电空制动。

每辆车几乎同时制动。

这种方法在不良的粘着条件下改善了制动性能。

速度低于25km/h时，正常方式自动变成比例方式。

速度高于25km/h时，通过简单地按压“制动手柄”就可激活比例方式。

3.雪天制动

使用雪天制动可以改进由于雪和冰引起的不良粘着系数。

雪天制动力通过产生的小摩擦制动力雪天制动盘上的冰。

在速度低于40km/h时，只要长按“制动手柄”上的按钮，就可激活雪天制动。

（二）在制动子模式中，按下列顺序使用不同的制动：

1.使用动轴的电制动机，直至其全部能力。

2.拖车轴采用电空制动。

3.当制动指令设定值进一步升高时，将在动轴施加额外的电空制动力。

三、紧急制动

（一）紧急制动特性

1.通过动车组制动管（BP）完全排风，在所有转向架上施加最大的制动力。

2.空气制动和电制动同时作用于紧急制动。

3.如果触发了紧急制动，牵引力将被封锁。

同时车轮防滑保护系统激活。

（二）紧急制动触发方式

1.CRH380BL动车组紧急制动（EB）触发方式：

（1）在司机室启动紧急制动蘑菇头；

（2）在司机室将制动手柄置于紧急制动“EB”位；

（3）列车自动保护系统（ATP）或自动安全装置ASD触发紧急制动；

（4）列车运行时，停放制动施加，停放制动监控环路断开触发紧急制动；

（5）转向架运行稳定性监控或轴端轴承温度监控触发最大常用制动无效时，断开转向架监控环路触发紧急制动。

2.CRH380B动车组紧急制动触发方式

CRH380BL动车组与CRH380B动车组制动系统有所区别，CRH380B动车组增加了紧急制动EB和紧急制动UB功能，并能够根据实际运行情况实现紧急制动EB和紧急制动UB的转换。

（1）急制动EB

CRH380B动车组紧急制动EB环路的结构与CRH380BL动车组紧急制动环路相同，但其触发方式仅三种，分别为制动手柄EB位、自动安全装置ASD及列车运行时，停放制动施加，停放制动监控环路断开触发紧急制动。

CRH380B动车组紧急制动EB环路如图5-12所示。

图5-12CRH380B动车组紧急制动EB环路示意图

（2）紧急制动UB

CRH380B动车组紧急制动UB环路触发方式为紧急制动蘑菇头、制动手柄置于紧急制动“UB”位、列车自动保护系统（ATP）及转向架监控环路。

（3）紧急制动EB和紧急制动UB的转换

当动车组制动控制单元（BCU）检测到紧急制动EB减速度低于目标值时，将自动触发紧急制动UB并生成故障信息。

当备用制动、紧急驱动模式激活时，紧急制动EB将自动转为紧急制动UB。

通过CRH380B动车组司机室故障面板上的EB/UB转换开关实现紧急制动EB向紧急制动UB的转换。

CRH380B动车组与其他动车组紧急制动差别如图5-13所示。

图5-13CRH380B动车组紧急制动差别示意图

四、速度自动控制（ASC）制动

ASC为牵引和制动装置生成设定值，从而使动车组能够达到规定的设定速度并保持在该速度。

使用ASC来执行制动操作可通过0.5m/s2的平均减速度实现。

标准减速度在两种情况下会改变：

在达到设定速度之前ASC持续减少制动力。

这意味着以平缓的方式达到设定速度。

使用制动调节会加强或减弱制动带来的显著的速度改变。

为了达到制动效应，标准制动管理控制电制动和空气制动系统。

标准制动管理将所需的执行力分配给不同的系统，电制动具有优先权。

列车司机可以通过操作“制动手柄”在任何时间进行制动操作。

如果列车司机用这种方法进行制动，制动控制系统就会按照制动手柄的指令进行制动而忽略ASC的制动指令，此时列车会自动退出ASC的控制。

五、自动安全装置的强制制动

为了保证司机可进行运营，在行驶期间，必须在30s的时间间隔内或最迟在发出声音警告后,起动ASD其中一个控制元件。

若未正确操作，ASD将以紧急制动的方式实施强制制动。

自动安全装置由每个牵引单元实现，因此，每个司机室分配有一个自动安全装置。

ASD由以下元件组成：

1.ASD控制元件

2.集成在“牵引手柄”的手控按钮

3.位于司机台下方脚踏处的脚控“ASD踏板”

4.HMI上的状态标记

5.声音信号装置

6.二级操作区下司机室右侧挡板后，故障开关操纵台上的ASD故障开关“自动安全装置”

7.每个CCU上的双通道ASD控制器，包括ASD回路中断。

每个CCU都具有双通道ASD功能。

如果一个CCU出现故障，将自动切换至另一个工作CCU，车辆仍具有完善的ASD功能，由ASD功能控制的两个控制装置的输出并行存在于ASD回路上。

思考题：

1、CRH380B（L）动车组空气制动的功能有哪些？

2、CRH380B（L）动车组主空气压缩机如何切断及恢复？

2、CRH380B（L）动车组常用制动的模式有哪些？