城轨车辆制动力分配方案研究

技术研发　ＴＥＣＩｔＮ０ＬｏＧＹ　ＡＮＤ　ＭＡＲＫＥＴ　城轨车辆制动力分配方案研究　高小渡　（南车株洲电力机车有限公司，湖南株洲４１２００１）　摘　要：介绍了城轨车辆典型的制动力组成；阐述了影响制动力分配方案削定的各种因素；提出了列车不同工况下制动　力的分配方案，并比较分析了不同分配方案的优点；举例说明了典型制动力分配方案在实际项目中的应用。　关键词：城轨车辆；制动力分配；方案　ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１　１．０７．００６　城轨车辆的制动能力直接影响到列车的行驶安全和运输　能力。研究车辆制动时制动力的分配方案，对提高制动效率、确　保运行安全具有重大意义。在实际应用中，城轨车辆制动力分　配方案的制定需要综合考虑运营要求、粘着系数、系统制动容　量等因素的影响。　１正常情况下。制动力的分配方案　目前，大多数城轨车辆的制动方式由电制动和空气制动组　成。城轨车辆中，提供动力的动车拥有电制动和空气制动两种　能力，而无动力的拖车仅具有空气制动能力。因此，车辆一次制　动过程中制动系统提供的总制动力Ｆ满足如下关系：　Ｆ－Ｆ　Ｆ　Ｆｗ＋Ｆｍ－￣－Ｆｗ－Ｍ　式中：　ｌ为所有动车提供的电制动力，　为编组车辆提供　的空气制动力，　所有拖车提供的空气制动力，　为所有　动车提供的空气制动力。　根据列车的运营要求，车辆所需总制动力　与列车的垂直　静载荷　和目标加速度　有如下关系：　Ｆ　《Ｍ＋Ｍ０。ａｔ　式中，尬为列车的旋转质量，其大小按Ａ　∞载荷下列车重　量的一定比列计算获得。　制动过程中，为防止滑行，充分利用列车的电制动能力，需　要考虑铁轨与车轮间的粘着限制。因此，拖车提供的空气制动　力　ｒ及动车提供的电制动力　和空气制动力屁　满足如下　关系：　＝　一，≤　一　后一　＝　（　，＋　）・ｇ・　＝Ｌ　ｉ＝ｌ　≤　＝∑％＝∑（Ｊ：ｌ　＝１　　＋　）・ｇ・　＿『　ＦＥＰ—Ｍ＝　｝｛Ｐ—Ｍ≤Ｆ　Ｂ—ＦＥＤ　Ｊ　ｌ　式中：ｎ为车辆编组中动车的数量，Ⅳ为车辆编组中拖车的　数量，Ｆ　一　为仅考虑粘着限制时拖车可提供的空气制动力，　厂　沩仅考虑粘着限制时第ｉ节拖车可提供的空气制动力，ｍｉ为　．第ｉ节拖车的垂直静载荷，　为旋转质量分配到第ｉ节拖车上的　比例，Ｆ　为仅考虑粘着限制时动车可提供的电制动力＇，　船为　仅考虑粘着限制时靳节动车可提供的电制动力√　为仅考　虑粘着限制时第ｆ节动车可提供的空气制动力，，　为第ｊ节动车　的垂直静载荷，　为旋转质量分配到箭节动车上的比例，／．ｔ为制　动计算用最大粘着系数。　１２　此外，制动过程中，列车提供的电制动力和空气制动力还　与牵引系统的电制动容量　和空气制动系统的制动容量‰　有关。　在实际运营中，列车制动力施加采用电制动优先的原则。　这样不仅可以实现能源的再利用、节约能耗，还可以减少因空　气制动引起地制动部件的机械磨损，延长其使用寿命。　因此，列车制动过程中，首先在动车上施加电制动力。电制　动力的分配可采用平均分配的方式，也可采用按载荷分配的方　式。前者是将牵引系统提供的电制动力平均地分配到车辆的所　有动车上，其优点是内部计算程序简单，制动响应时间快。后者　是将电制动力按动车载荷成比例地分配到各动车上，其优点是　保证动车制动力分配均衡，防止由于滑行造成电制动效率的降　低。　、　如果动车上提供的总电制动力，ｌ肋无法满足总的制动力　的要求，则需要补充空气制动力。由于拖车和动车均可提供空　气制动力，因此所需补充的空气制动力：　；　为　了使各车制动力分配均衡，防止动车车轮滑行，首先在拖车上　施加空气制动力，则拖车所需提供的空气制动力为：　Ｆ　＝ｍｉｎ（Ｆ￣，ｐ　，Ｆ口　如果拖车所提供的空气制动力达到拖车空气制动系统制　动容量ＦⅡ恤Ｔ或粘着系数的限制后，仍不能满足列车制动力的　需求，则最终需要由动车的空气制动力来补充不足的制动力，　则动车所需补充的空气制动力为：　Ｆｔｒ￣＝Ｆ－Ｆ旷ＦＢ时　当电制动和空气制动采用平均分配方式时，制动力的分配　方案可归纳为如图１所示的计算流程。　图１　正常情况下。制动力分配方案计算流程　技术与市场　第１８３／￣７期２０１１年　２故障时，制动力的分配方案　按来研发　果如图２所示。　故障时，制动力的分配策略主要考虑动车电制动失效情况　下，车辆的电制动力和空气制动力分配方式。而空气制动失效　时，列车控制系统将按预设的安全措施降级运营，以保证余下　制动力能使列车安全停车。　当车辆制动过程中，某节动车的电制动力失效时，遵循电　制动优先的原则，缺失的制动力首先根据其余电制动力正常的　动车的制动容量及粘着限制由其共同分担。然后，不足部分由　失效动车的空气制动和拖车的空气制动进行补充。　３某项目车辆制动力分配方案　圈２　ＡＷ３负载时的制动力分配　当牵引系统出现故障时，故障的牵引系统丢失的制动力根　据其它可用的制动容量分配给其它牵引系统。可用的制动容　量取决于牵引系统和实际粘着系数可能的最大制动力。　一该项目车辆的制动系统由电制动及空气制动系统组成，电　制动包括再生制动和电阻制动，两者能连续交替使用。列车由　两个单元共６辆车组成，每个单元由一节带司机室的拖车（Ｔｃ　车）、一节带受电弓的动车（Ｍｐ车）和一节动车（Ｍ车）组成。各　车不同载荷状况下的重量如表１所示。　表１　各车不同负载时的重量　旦达到其它牵引系统的容量或实际粘着系数限制，列车　所需的总制动力和电制动力之间的差距平均分配给拖车和牵　引系统故障的动车转向架的空气制动。图３表示一套牵引系　统故障时的制动力分配情况。　栽荷状况　ＡＷ０　Ａ　ｒ２　ＡＷ３　Ｔｏ（ｋｓ）　３４　４９０　５３　）ｏ　５８　３７０　Ｍｐ（ｋｇ）　３７　２６０　５５　８６０　６１　１４０　Ｍ（ｋｇ）　３７　１９０　５５　７９０　６１　０７０　根据列车的运营要求，列车从最大时速８０　ｋｍ／ｈ到０的平均　加速度：　一１．１　ｒｉｄｓ２，制动计算用粘着系数：ｐ－－０．１７。因此，各负　载状态下，所需的制动力及仅考虑粘着限制时动车所能提供的　电制动力和拖车所能提供的空气制动力如表２和表３所示。旋转　质量　为３０　５０３　ｋｇ。　表２各负载下所需的总制动力　栽荷状况　ＡＷ０　ＡＷ２　ＡＷ３　图３　ＡＷ０负载。一套电制动故障时的制动力分配　４总结　所需制动力（ＫＮ）　２７３．２２　３９５．９８　４３Ｏ．８３　列车制动力的分配策略遵循电制动优先的原则，首先在动　车上按载荷比例或平均分配电制动力，如果所需总制动力超出　动车电制动力容量或粘着系数的限制，则两者的差值先由拖车　的空气制动力补足，直至达到最大容量，如果仍未满足总制动　表３各负载下可提供的电制动力和空气制动力　力要求，再由动车的空气制动力补足。所需空气制动力在拖车　或动车上平均分配。当牵引系统故障时，故障的动车将视为拖　栽荷状况　动车电刺动力（ｋＮ）　拖车空气制动力（１【Ｎ）　＾　ＡＷ２　ＡＷ３　２８８．７２　４１２．６７　４４７．８６　１２５．Ｏ８　１８７．ｏ６　２０４．６５　车。首先丢失的制动力将根据其它可用的制动容量分配给其它　牵引系统，不足部分将平均分配给拖车和故障动车的空气制　动。　参考文献：　由于牵引系统的电制动容量为４ＯＯ　ＫＮ，因此，根据上述两　表，ＡＷ０和ＡＷ２载荷下，电制动力可以完全满足列车总制动力　需求，但ＡＷ３负载时，需要拖车的空气制动系统补充空气制动　【１】　张昱，刘钊．列车制动力分配决策及其在不完整信息条件　下的协调［Ｊ】．城市轨道交通研究，２００７，（１１）．　［２］殳企平．城轨轨道交通车辆制动技术【Ｍ】．北京：中国水利水　电出版社，知识产权出版社．２００９．　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，１９９５，（９）：１　１５－１２６．　力。该项目中电制动力依据动车负载按比例分配，空气制动力　平均分配的分配方案。因此，ＡＷ３载荷下各车的制动力分配结　（上接第１１页）　【５】　高惠璇等编译．ＳＡＳ系统ＳＡＳ，ＥｒＩＳ软件使用手册【Ｍ】．北京：　中国统计出版社。１９９８．　【８］李勇．基于乘积ＡＲＩＭＡ模型的产品不确定性需求预测【Ｊ］　．系统工程与电子技术，２００５，ｆ１）：６０～６２．　［６】　Ｍｅｈｄｉ　Ｋｈａｓｈｅｉ．Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ　ｎｅｕｒｌａ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ａｎｄ　ＡＲＩＭＡ　ｍｏｄｅｌｓ　ｆｏｒ　ｔｉｍｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ叨．　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｏｆｔ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２０１　１，（１１）：２６６４—２６７５．　［９】粱鑫．乘积季节模型在商品房市场中的应用研究【Ｊ】．广西师　范学院学报，２００６，２３ｆ２）：８一Ｉ２．　作者简介：　［７】Ｓ．Ｍｏｈａｎ，Ｓ．Ｖｅｄｕｌａ．Ｍｕｈｉｐｌｉｃａｔｉｖｅ　Ｓｅａｓｏｎａｌ　Ａｆｉｍａ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｌｏｎｇｔｅｒｍ　Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｉｎｆｌｏｗｓ　［Ｊ１．Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　敬久１￣（１９７４一），男，西藏林芝人，大学学历，中级职称。研　究方向为应用数学，西藏农牧学院公共教学部。　１３