CRH3型动车组制动切除处理方法及改进设计.doc

精选优质文档-倾情为你奉上摘要 中国高速铁路近年来发展迅速，按照铁路中长期发展规划，到2020年，全国铁路运营里程将由目前的9.1万km增加到12万km，其中时速200350km的客运专线和域际铁路将达到1.8万km，投人运营的高速动车组将达到1000组。 高速铁路涉及诸多高新技术领域，其中作为铁路运输主要装备的高速动车组是这些高新技术应用的综合体现，它涉及系统集成技术、新型车体技术、高速转向架技术、快速制动技术、牵引传动技术、自动控制技术、网络与信息技术等。大量新技术装备的创新和应用，极大地提高了铁路客货运输的能力和快速讯捷的出行，但在实际使用中对于现有参与运营、维修、管理等各类人员提出了更高、更新的要求，以确保高速铁路运营过程的安全与可靠性。其中动车组检修是最为关键的一环，然而制动又最为重要。 动车组制动系统是几大核心系统之一，是与安全密切相关的核心系统。供风系统则是通过压缩空气给制动系统的制动控制以及基础制动装置实现制动所需的制动力提供“源动力”。制动供风系统的性能直接影响动车组的运行性能。因此本文对制动系统中的制动切除处理方法做了阐述，并就现阶段CRH3型动车组制动切除存在的问题进行改进和优化。关键词:CRH3型动车组；制动系统；制动切除；优化方案专心-专注-专业目录 CRH3型动车组制动切除处理方法及改进设计第1章 绪论1.1研究背景 首先2004年以来，按额国务院确定的“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品镜”方针，我国高速动车组接动车组投入运用。制动系统是高谁动车组核心技术之一，是高速动车组运看安全的根本保障，但一些核心技术还由外方掌理，同时我国拥有动车组型号多且各型动车组制动系统差异较大，加大了维修难度，增大了运用成本。因此，引入竟争、降低采购及全寿命周期内的成本，打破外方对我国的技术钳制迫在眉睫。北京纵横机电技术开发公司（中国铁道科学研究院机车车辆研究所）根据中国铁路总公司打破垄断、自主开发和对等替代的工作要求，自主研制了CRH3型高速动车组制动系统，突破了国外公司的技术垄断和限制，掌握了系统集成技术、关键技术与核心技木，完成了正向设计开发、生产制造、部件型式试验、产品出厂检验、系统装车调试、运用考核等各项工作。 然后是2008年4月，我国首列国产时速350公里CRH3“和谐号”动车组在中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司下线，标志着中国铁路技术装备现代化取得又一重大成果。成为我国迈入时速超过300公里高速铁路新时代的里程碑。2008年8月1日，CRH3型动车组在京津城际铁路投入运营，成为2008北京奥运会一道亮丽的风景线。1.2研究思路 了解制动切除的概念和制动系统工作原理；了解目前制动切除有哪些处理方法；找到制动切除目前存在哪些问题和对运行中的列车带来哪些安全隐患；对目前存在的问题进行改进设计和优化建议。在处理过程中需要结合动车组制动系统工作原理和制动装置的功能，在改进设计过程中需要紧密结合制动系统的概念，并在不影响动车组其他系统的功能的前提下，提出更好的优化建议和优化方案。并且能够符合目前CRH3型动车组制动切除的需要。第2章CRH3型动车组制动系统功能介绍2.1制动系统的功能 CRH3“和谐号”动车组制动系统常用制动由微处理器控制，提供全面的制动管理，并根据制动指令信号和电制动特性实现空电复合制动；备用制动是由列车管控制的间接制动，其具有紧急制动功能和备用特点；紧急制动是由电空制动系统和硬线控制的直接作用的制动模式；制动系统还包括控制和实施动车组的停放功能以及防止车轮空转和打滑的防护功能，和备用制动的功能。2.1.1.常用制动功能 常用制动用于动车组的常规制动停车操控，根据线路和行车的实际工况，司机可通过司控器发出一至七级的制动指令，再通过CAN总线以及MVB将指令传递到每个车辆的制动控制单元实施常用制动。常用制动包括电制动和空气制动，电制动为常用制动的主要制动方式，空气制动在常用制动中是作为电制动补充的辅助制动。为最大程度减小机械磨耗，常用制动时优先采用电制动，在电制动力不足或者电制动出现故障时，此时空气制动才投入使用补足所需的总制动力。每辆车的制动控制单元中句含车辆潜行保护功能，在常用制动时，车辆滑行保护处有效状态，确保总制动力不超出车辆粘着力的限制，有效提高了动车组的制动效率。2.1.2紧急制动功能 在紧急制动时，通过列车管的完全排风，使得所有转向架上的制动作用力实现最大化。可由以下情况触发紧急制动：激活司控台上的紧急制动按钮，司控器手柄切换到“紧急制动”位，紧急制动回路，旅客紧急制动。当由以上情况触发紧急制动后，紧急制动将一直保持到列车完全停车。在旅客触发车上的紧急制动拉箱，按可报警信号后，司机可根据列车的运行状态来考虑紧急制动的施加与否，比如在隧道中或桥梁上，就可暂时取消紧急制动，继而选择在更为合适的线路条件停车。2.1.3停放制动功能 在拖车每根轴上，装备有一个带停放制动功能的制动夹钳单元，停放制动通过弹簧施加，缓解通过充风实现。司控台上的控制按钮可以控制停放制动的施加和缓解在列车停车时，总风压力下降到停放制动开始施加的压力后，停放制动能够自动施加，总风压力恢复时停放制动应能自动缓解并恢复停放制动的正常功能。停放制动实施后，可手动缓。2.1.4备用制动功能CRH3型动车组备用制动系统为纯空气制动的间接制动，是由具有制动与缓解功能的备用制动司控器控制列车管的减压量，通过直接缓解功能的分配阀模块输出制动的预控压力，并根据动车组的载重经空重阀调整制动力大小后施加制动。当直通电空制动发生故障时，其备用制动必须依靠列车司机动操作才能激活，因此其备用方式为冷备用方式。备用制动在另一种方式下也可被激活，在制动司控器、紧急按钮或其它紧急及自动停车设备开启紧急制动时，动车组上所有的紧急制动阀都会开启，同时切断充风电磁阀，将列车管中的压力排空，分配阀模块产生紧急制动控制压力。在此情况下，备用制动连同直通电空制动系统一起被激活。因此，即使直通电空制动系统失灵时，列车仍可以施加制动，从而证列车运行的安全性。2.2动车组制动系统的组成制动系统主要设备包括：风源系统、制动控制单元、备用制动系统、撒沙装置、空气防滑装置、空气悬挂装置、基础制动装置等。2.2.1风源系统风源系统为整列车制动系统、空气悬挂装置等使用压缩空气的装置提供干燥、清洁的压缩空气。整列车由两套风源装置组成，每套风源包括螺杆式空气压缩机、双塔式干燥器、安全阀、压力开关、总风缸以及冷凝水收集装置等。列车的两套风源系统通过列车总风管相连，在列车正常运行时，两台空压机可分别控制，一台正常起动，另一台备用。安全阀起到保护风源系统的作用，防止压力过大。另外动车组还配备有辅助空压机组，当总风缸中压力不足导致动车组无法升弓时，起动辅助空压机组为升弓设备供风。2.2.2制动控制装置制动控制装置是整个制动系统中的核心，除了包括制动控制、防滑控制、故障诊断及网络通讯等电子控制单元，还包括压力调节装置、紧急电磁阀、空重阀、中继阀等气动控制单元。制动控制装置主要功能有常用制动、产生基于空重车调整的制动压力以及紧急制动等。电子控制单元用于接收和处理制动指令信号以及其它列车线的信号，以控制直通电空制动系统。气动控制单元中的压力调节装置用于常用制动的制动预控压力控制；紧急电磁阀在紧急制动时被激活，总风压力通过空重阀根据车重进行调整后将紧急制动的预控压力输出到中继阀，中继问具有两级压力切换的功能，分别适用于低减速阶段和高减速阶段的制动力。2.2.3备用制动系统 备用制动系统主要包括充风电磁阀、备用制动截断塞门、备用制动司控器、备用制动中继阀、分配阀模块等。通过充风电磁阀为列车等充风，使得列车管压力稳定在600kPa左右。当直通电空制动故障时，司机打开备用制动截断塞门人工激活备用制动系统。操纵备用制动司控器手柄可以调节列车管中的压力产生各级别的制动工况。但备用制动司控器的通风能力有限，为减小制动压力产生时间，备用制动系统配备了备用制动中继阀进行流量放大。根据列车管中的压力，分配阀模块产生控制压力，该压力通过双向止回阀以及空重阀进入中继阀（位于制动控制装置），中继网继而产生所需要的制动缸压力输出到基础制动装置，使得动车组产生制动作用。2.2.4撒沙装置撒砂装置主要包括撒砂单元和撒砂控制模块，用于增加车轮和轨道之间的粘着力，撒砂单元为撒砂装置提供用于增加轮轨粘着的干燥细砂，安装在所有动车的车体上；撤砂控制模块控制撤砂的速度和方向。2.2.5空气防滑装置 每轴配备1个防滑放风阀、1套速度传感器和附属的测速齿盘。2.2.6空气悬挂装置 每辆车空气悬挂装置主要包括高度阀、平衡阀、安全阀和压力开关等，另外还附带一些实施向空气悬挂装置供风控制所必需的诸如溢流阀、截断塞门和滤清器等气动部件。2.2.7基础制动装置 动车基础制动采用轮装制动盘和制动夹钳单元；而拖车与动车区别在于其采用轴装制动盘，以及每轴装有一个带弹簧式停放制动的制动夹钳单元所有制动夹钳单元都具有间隙自动调整器，也可手动调整，便于更换闸片后的间隙调节。带弹簧式停放制动的制动夹钳单元装有手动缓解机构，在停放施加后总风压力不足以缓解停放时，可适用此机构手动缓解停放制动。2.3动车组制动系统的工作原理2.3.1电制动系统 动车组的制动能量和速度的平方成正比，只使用空气制动已不能满足其制动需要，因空气制动的制动能力受到以下因素的影响：一是制动材料的摩擦性能对黏着利用的局限性，二是制动容量和机械制动部件磨耗寿命的限制。所以，动车组采用电制动与空气制动联合作用的方式，且以电制动为主。应用在国产200kmh动车组上的电制动有电阻制动和再生制动两种，它们都是让列车的动轮带动动力传动装置(牵引电动机)，使其产生逆作用，将列车的动能转变为电能，再变成热能消耗掉或反馈回电网的制动方式。电阻制动和再生制动习惯上也称为动力制动。2.3.2空气制动系统 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违动车组来说仍然不可缺少，这是因为：直流电机的制动力随着列车速度的降低而减少，如不采取其他制动方式，列车就不可能完全停下来。而交流电机虽然可通过改变转差来控制制动力的人小，理论上可使制动力不受列车速度的限制，但从高速到停止均能有效的、可靠的电制动装置尚处于研究阶段。CRH3型动车组的空气制动系统由压缩空气供给系统、空气制动控制部分和基础制动装置三大部分组成。压缩空气供给系统用于产生并贮存各式气装置所需的压缩空气，该系统一般包括空气压缩机、干燥装置、风缸和安全阀等部分；空气制动控制部分是指根据制动电子控制装置的指令，产生空气原动力并对其进行操纵和控制的部分，包括各种阀、塞门和制动缸等部件；而基础制动装置分为传动部分和摩擦部分，包括制动盘和制动闸片等。CRH3型动车组中的空气制动系统是这样工作的：压缩空气由电动空气压缩机产生，经由贯通全列车的总风管送到各车的总风缸，再经两个单向阀分别送到控制风缸和制动风缸。各车制动风缸中的压缩空气供给中继阀、紧急电磁阀和电空转换阀使用。电空转换阀将送来的压缩空气调整到与副动指令相对应的空气压力。并作为指令压力送给中继阀。中继阀将电空转换阀的输出作为控制压力输出与其相应的压缩空气送到增压缸(当车辆设备发生故障时，经由紧急电空阀的压缩空气作为指令压力被送到中继阀，此时中继阀与常用制动一样，将具有相应压力的压缩空气送到增压缸)。在对增压缸空气压力进行控制时，制动控制装置用根据制动指令、速度和载重计算出的制动力减去电制动的反馈量后，得到实际需要的空气制动力，并将此变换为电空转换阀的电流，由电空转换阀产生与电流成比例的空气压力(AC压力)，将此压力作为中继阀的控制压力，通过中继阀产生增压缸空气压力(BC压力)。紧急制动时，从紧急用压力调整阀输出的控制压力经紧急电磁阀通往中继阀，中继阀对电空转换阀和紧急用压力调整阀的空气压力进行比较，将二者中较大的作为输入，产生相应的增压缸空气压力输出。中继阀输出的增压缸空气压力经制动软管，从车体送到转向架上增压缸的输入侧，在增压缸的输出侧产生比空气压力高且与空气压力成比例的液压送给制动夹钳装量，使其产生制动动作。2.3.3防滑装置 对于粘着制动方式，在制动时不可避免的要面对车轮滑的的问题。车轮滑行带来的危害，不只是增加制动距离，更严重的是对车轮踏面的破坏将可能导致行车事故。而且随着列车速度的提高，轮轨间的粘着系数降低，车轮滑行的概率也大大增加，因此要保证列车高速运行安全，必须解决车轮滑行问题。防滑装置的功能就是通过在各车轴或牵引电机中安装速度传感器，对速度进行检测，在滑行即将发生的短暂过波阶段将其检测出，并及时动作，使作用在车轮上的制动力迅速降低至粘着力以下，以防止车轮滑行，恢复论轨的粘着状态。在粘着恢复以后，还要使制动力及时上升，并使其尽可能地大。动车组上的防滑装置一般由速度传感器、运行检测器及防滑电磁阀的构成。 第3章CRH3型动车组制动切除处理方法3.1关门车操作关门车操作处理过程：将车辆控制面板上制动开关置“关”位，切除本车空气制动。如果车辆控制面板供电故障或是BCU供电故障，或是列车蓄电池关闭则需要下车将B15置于“关断”位，带停放制动的拖车，还需要对该车停放制动进行切除操作。制动控制面板上的制动开关如图所示。图1制动面板的制动开关3.2切除空气制动操作切除空气制动操作处理过程：将车辆控制面板上制动开关置“关”位，切除本车空气制动。如果车辆控制面板供电故障或是BCU供电故障，或是列车蓄电池关闭则需要下车将B15置于“关断”位。制动控制面板上的B15阀如图所示。图2制动面板的B15阀3.3切除停放制动操作切除停放制动操作处理过程：将车辆控制面板上制动开关置“关”位。切除本车空气制动。如果车辆控制面板供电故障或是BCU供电故障，或是列车蓄电池关闭则需要下车将B15置于“断”位。打开制动阀板所在的裙板，关闭该车H29塞门。拉该车停放制动紧急缓解手柄，实施停放制动手动缓解，停放制动指示器显示维持原状态，确认停放制动已缓解。制动面板上的H29阀如图所示。图3制动面板的H29阀在站内切除停放制动操作流程：如果列车在站内需要切除停放制动时，H29塞门因靠站台侧无法操作，则先将站台另一侧的缓解手柄拉起，以缓解停放制动，随车机械师确认停放制动暂时处于缓解状态，动车组到达合适位置后再做停放制动切除操作操作完毕，通知司机。在HMI屏停放制动界面上进行“停放制动缓解”确认操作。制动缓解手柄和HMI显示屏如图所示。图4制动缓解手柄图5HMI显示屏 第4章 CRH3型动车组制动切除的应用4.1常见故障及处理方法4.1.1制动力不足 制动力不足时，紧急制动动作，紧急停车并有报警声，在随车机械师室的MON监视屏上会显示有故障发生的提示，按下司机室的紧急复位按钮无反应，这时列车要维持运行需要报告列车调度员。 A.故障现象：自动发生紧急制动停车。MON监视屏主菜单页面出现故障发生提示，并伴有声音报警时，触按左下方故障详细键，MON监视屏显示制动不足故障信息。 B.原因：.UBTRTD继电器故障。.电路故障。.制动管系泄漏。.EP阀故障。.检测传感器故障。.BCU故障。 C.处理过程：.停车后，司机报告列车调度员；停车地点、时间、原因，并通知随车机械师。.司机按压操纵台正面的紧急复位按钮，进行紧急复位操作，紧急复位后，进行制动系统试验。.若恢复正常，继续运行。.若不正常，再次出现制动力不足故障，通知随车机械师。.随车机械师立即到×号车运行配电盘操作紧急制动NFB，制动控制装置NFB断开一再投入后，通知司机。.司机再次进行紧急复位操作，并再次进行制动系统试验。若恢复正常，继续运行。.若不正常，通知随车机械师。.随车机械师到×号车运行配电盘关闭（红色)紧急阀、(白色)供给阀门，闭合紧急短路NFB，断开制动控制装置NFB，切除该故障车制动系统(关门车），处理完毕，通知司机。.司机按压紧急制动复位按钮，紧急制动复位，进行制动系统试验。.若恢复正常，司机开车，维持运行，并报告列车调度员。.随车机械师检查处理后与司机在动车组司机手册一非正常情况处理概况记录表上签字并注明“制动不足(123)故障，无法恢复，切除×号车空气制动系统(关门车）”。 D.注意事项：该故障会引起列车制动力下降，注意操作。4.1.2制动盘抱死 司机操纵台故障显示灯“转向架”灯点亮，这时在随车机械师室的MON监视屏上会显示有故障发生的提示信息，并有报警声，这时需马上停车，检查列车制动各方面状况，这时列车要维持运行需要报告列车调度员。 A.故障现象：当MON监视屏主菜单页面出现故障发生提示，并伴有声音报警时，触按左下方故障详细键，MON监视屏显示抱死故障信息. B.原因：.速度传感器断线.PCIS防滑阀故障.CI与BCU信息传输故障导致再生制动与空气制动同时发生.BCU内部滑行、抱死检测控制错误。 C.处理过程：.司机快速制动停车。.报告列车调度员：停车地点、时间、原因。.通知随车机械师：×号车出现抱死故障。.随车机械师立即到×号车，停车后，随车机械师下车检查抱死车轮踏面状况及测速发电机连接情况。检查处理完毕，通知司机确认。.司机确认司机室故障显示灯“转向架”灯灭，在MON监视屏司机模式页面，触按抱死切除键，进入MON抱死切除页面，查看故障是否恢复，若无异常，司机通知随车机械师上车，并进行制动系统试验，确认制动正常后，继续运行，.确认车轮踏面故障无法正常运行时，应立即报告司机并提出具体的限要求，司机汇报列车调度员，按其指示运行。随车机械师与司机在动车组司机确认车轮踏面故障无法正常运行时，应立即报告司机并提出具体的限速要求，司机汇报列车调度员，按其指示运行。随车机械师与司机在动车组司机手册一非正常情况处理概况记录表上签字并注明“车轮踏面故障无法正常运行，限速XX公里/小时运行”。.如同时有制动不缓解的故障发生，应按制动不缓解的处理方法处理。.若故障无法消除,不能继续运行时，随车机械师与司机在动车组司机手册一非正常情况处理概况记录表上签字并注明“抱死故障，无法恢复”。.司机汇报列车调度员，等待行车指示。注：发生抱死故障的处理办法。4.1.3制动不缓解 缓解列车制动时，制动缸(BC）压力残留40kPa以上，这时在随车机械师室的MON监视屏上会出现制动不缓解的提示信息，这时司机需快速制动停车，检查列车制动各方面的状况，列车要维持运行需要报告列车调度员。 A.故障现象：当MON监视屏主菜单页面出现现故障发生提示，并作有声音报警时，触按左下方故障详细健，MON监视屏显示制动不缓解故障信息。 B.原因：.BCU故障.中继阀、EP阀故障.传感器故障。C.处理过程：.司机快速制动停车。.报告列车调度员：停车地点、时间、原因。.通知随车机械师：×号车出现制动不缓解故障。.司机进行缓解，在MON监视屏司机模式页面，触按制动信息键，进入制动信息页面，确认故障车辆的制动缸（BC)压力值。.当故障车制动缸(BC）有制动压力时，通知随车机械师。.如果故障无法消除，随车机械师应做相应的故障登记，可尝试进行制动切除操作。 D.注意事项：.制动控制装置NFB断开，可能会导致紧急制动！.关门车会引起列车制动能力下降，注意操作。 第5章 现阶段CRH3型动车组制动切除的优化建议5.1存在的问题 在3.3切除停放制动操作中制动缓解手柄模块中有的问题“如果列车在站内需要切除停放制动时，H29塞门因靠站台侧无法操作”。则先将站台另一侧的缓解手柄拉起，以缓解停放制动，随车机械师确认停放制动暂时处于缓解状态，动车组到达合适位置后再做停放制动切除操作操作完毕，通知司机。5.2优化建议 在动车组行驶过程中，为了保证列车行驶安全和高效处理一些常见故障，都对许多重要设备和装置采取了“冗余措施”。因此对动车组在站内需要切除停放制动时，为了高效率处理这种类似的问题，我们可以在车内备份一个制动缓解手柄，由于在车的一位侧和二位侧各设置一个制动缓解手柄是有安全隐患的，因为站台会把一侧裙板挡住打不开，这时我们则需要去另一侧打开制动缓解手柄的裙板，这是非常不安全的行为，因为这一侧有其它列车行驶。因此我们可以再车内备份一个制动缓解手柄，这样既安全又高效率处理切除停放制动不缓解故障。制动缓解手柄图形如图4所示，可以把备份的制动缓解手柄设置在随车机械师室，这样可以保证动车组随车机械师能够不用下车就可及时高效的处理停放制动切除问题，也可以保证安全和列车的正常行驶。因此我认为这种方案建议是可取的。动车组随车机械师室如图所示。图6动车组随车机械师室参考文献1韩建华.电子电路干扰防护M.南昌:江西教育出版社.2002.032张成一.南车四方机车车辆股份有限公司报J.2009.023武青海.李和平.中国铁道科学研究院制动系统概述M.北京:中国铁道出版社.2011.044张维.动车制动系统M.成都:西南交通大学出版社.1998.07 5李益民.电力机车制动机M.北京:中国铁道出版社.2008.01.01 致谢 历经近一个月的时间终于完成了这篇毕业论文，在论文的创作过程中遇到了无数的困难和障碍，但是老师，同学和家人的帮助下克服了，尤其要强烈感谢我的论文指导老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦，的帮助我进行论文的修改与完善。另外，在校图书馆借阅资料的同时，校图书馆的老师们也给我提供了很多方面的支持和帮助。再次向帮助和指导我的各位老师表达衷心的感谢！ 同时还将感谢这篇论文所涉及到的给位学者，本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者研究成果的帮助和启发，我将很难完成这篇论文。感谢同学和朋友在我创写论文的过程中给与我了许多素材，与在论文排版过程中提供的热情帮助。 由于本人学术水平有限，所写论文有不足之处，恳请给各位老师和学友批评指正。