浅析制动技术与行车安全

摘要

在我们国家高速铁路的逐渐普及之下，公众对于动车组运行的安全性也愈来愈看重。很多学者都将确保列车运行的安全性和可靠性的有效途径和方法等作为研究的关键方向，而这也是研究的难点所在。对动车组而言，制动是非常关键的，因为运行的动车组速度很快，要想停下来这就对制动系统要求更高了。动车组的制动系统是一种组织机构，用以强制性适中的动车减速或者停车、使下坡形式的动车车速保持稳定、使停驶的动车组驻留不动。作为动车组制动系统的一个重要部分，制动控制系统工作的稳定与否会对动车组运行是否可靠和安全产生直接的影响。故而，必须对其故障处理加强重视。因为它的复杂度较高，加之引入的时间尚短，故障问题时有出现，这对动车组的正常安全运行造成了极大的威胁。所以，本课题就针对动车组制动系统故障及其对行车安全的影响开展深入研究，介绍了其故障的大致调查情况及其原因分析，同时切入主题介绍了制动系统故障对行车安全的影响分析。

关键词：动车组；制动系统；故障；行车安全

第1章绪论

　　1.1研究背景及意义

动车组运行的安全性以及乘客乘车的安全性都与制动系统性能直接相关，而高速动车组制动系统里最为关键的一个就是基础制动装置，同时也是高速动车组在制动系统其它制动策略无法起效的状况下的最后安全防线。只有对它的可靠性和安全性进行确保，才可以使动车组制动距离要求得以较好的达成。为此，必须依据车型的不同来进行对各系列动车组基础制动装置维护和检修。还应该在系统地学习基础制动装置以及CRH2动车组的基础制动装置、检查维护及其制动单车检查等。对于动车组来说，制动的重要性早已不仅仅是安全问题了。诚然，铁路与安全是一体的，若想使行车的安全性得到保障，在对制动系统设备进行选取的时候就必须以强性能、高可靠性和安全性为基准。但是，所有的设备均无法完全避免故障的出现，而列车制动系统出现的故障不一样，其所造成的后果也会具有相异性。此外，列车继续运行的安全保障，其安全和速度间所具有的关联性，这些都是需要深度探究的问题。对我们国家动车组列车制动系统自身的安全保障措施展开全面的分析，同时基于理论计算就该系统故障后对行车安全的影响程度进行探讨。它己成为限制列车速度进一步提高的重要因素；要想做到列车的高速。除了要有大的牵引功率之外，还必须有足够强的制动力能力强大的制动装置，对于保证动车组的高速，安全运行有着至关重要的意义。

　1.2研究现状

CRH（ChinaRailwayHigh.speed，中国铁路高速），现如今已有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5等型号，高新技术是从德、法、日等国家引入的，在消化吸收和国产化之后成为我们国家自主知识产权的动车组产品系列。当前，CRH系列动车组标志了我们国家铁路踏上了高速征程。其中，CRH1、CRH2、CRH5的级别都是200公里，而CRH2则可以提速至300km/h。近几年，随着我们国家高速动车组的快步发展，与其有关的安全性、可靠性问题也成为了研究的关键方向。作为动车组的一项重要技术，制动系统的运行是不是能够保持可靠性与稳定性，这直接关乎动车组能否平稳、安全的运行。同时，作为制动系统的重中之重，制动控制系统要对制动系统的操作以及相应的执行工作进行负责，可见其可靠工作和安全工作是非常关键的。制动控制系统具有较高的复杂度，有很多方面都易于出现问题，譬如其中的制动控制单元通讯故障或许会对内部所有控制板的运行状态造成干扰；传感器故障或许会使得列车制动性能减弱或是出现混乱。因为列车在运行期间，不管是操作状态还是工作环境都不是一直不变的，而是会随时变得不同，这就使得该系统的某故障的出现必须以特定的条件为前提。所以，只有结合具体的车型以及设备类型，才可以将造成故障的根源探寻出来。现如今，大多数的动车组制动系统及其制动控制系统均已装设自诊断功能图，可以对出现的比较多的故障做出无误的判断，然而，因为这些问题的出现是无法预先知晓的，再加上现场环境是持续改变的等，相关工作者难以将全系统或许发生的全部故障都找出来。与此同时，虽然设备有一定的自诊断功能，但是也无法将全部故障找出，同时已无法对其自身内部的故障做出无误的判断，部分故障不但需要很多的特征描述，譬如电压、速度等，而且同时还需要借助多种技术来做科学的分析，譬如信号处理等。而较高的复杂度、先进性以及智能性则是这些技术的突出特点，所以就要有专业的工作者进入现场进行修理，如此一来，就会引发诸多的问题，譬如修理成本高、故障短时间难以得到有效的处理等。

　1.3本文的主要工作

本论文在绪论部分简要说明了动车组制动系统的背景及意义与相关认识和主要工作。接下来在第二章是对动车组制动系统故障调查及其分析，在了解其故障的相关内容后，然后切入主题在第三章对动车组制动系统故障对行车安全的影响分析进行了探讨，最后总结相关经验。

　第2章动车组制动系统故障调查及其分析

　　2.1故障情况调查

制动控制系统具有较高的复杂度，很多方面都极易出现问题，譬如其中的传感器故障或许会使得列车制动性能减弱或是出现混乱。再譬如，其中的制动控制单元通讯故障或许会对内部所有控制板的运行状态造成干扰。因为列车在运行期间，不管是操作状态还是工作环境并不是固定不变的，而是会随时变得有所不同，这就使得该系统的某故障的出现必须以特定的条件为前提。所以，只有结合具体的车型以及设备类型，才可以将造成故障的根源探寻出来。就现如今的现实状况而言，我们国家运输行业当中的动车以CRH系列为主，涵盖了CRH1、CRH2、CHR3、CRH5以及CRH380等，这些动车大多是在有线提速区段与部分新修建成的客运专线中被运用，其时速通常都超过了200km/h。此类列车在现实运行期间通常都运用的是动力制动和空气制动相复合而产生的制动力。动力制动主要是一种电制动，在动车组中的存在形式以再生制动为主。当前的列车运行都选用的是这一方式，它被视为优先选择，只有在其制动力有所欠缺之时才会对空气制动加以运用。在列车减慢到速度极低之时，动力制动力就会变的非常弱，甚至为零。此时，空气制动就会自动进行补充，并逐渐将动力制动系统完全取而代之。可以看出，动车组制动系统结构的自身特点是十分突出的，在动车的现实运行中，若想从根本上对其制动体系的工作效率进行有效的提升，就必须在制动体系的建设方面以及管理方面进行强化。

目前，绝大多数的动车组制动系统及其制动控制系统都可以自行对出现的比较多的系统故障进行判断，但是，因为这些问题的出现是无法预先获悉的，加之现场环境是持续改变的等，相关工作者难以将全系统或许发生的全部故障都找出来。与此同时，虽然设备有一定的自诊断功能，但是也无法将全部故障找出，同时已无法对其自身内部的故障做出无误的判断，部分故障不但需要很多的特征描

述，譬如电压、速度等，而且还需要应用信号处理、数据挖掘和信息融合等多种技术进行分析。由于这些技术的先进性、复杂性和智能化高等特点，往往需要专门的维修人员到现场维修，这就导致故障拖延时间长、故障原因查不清楚和维修费用高等问题。

　2.2制动系统故障类型分析

按照具体的表现以及影响，可将动车组制动系统的故障大致分成3类。第I类故障，在其出现的时候并不会干扰到动车组的制动性能，而且系统还能够将相应的故障监测出来。列车的正常运行不会被此类故障所干扰，其对于相应的安全性的消极影响比较小。它又可以分为以下两种：其一，倘若动车组的制动力并未减弱，那么技术工作者便能够在列车停车之后对故障进行检查和处理，待修复完之后就可以恢复正常行驶；其二，倘若制动系统存在相应的故障冗余设计，那么在冗余设备的助力之下，动车组的运行可以继续进行。第Ⅱ类故障，制动系统无法自行将其监测出来，一旦其出现，那么列车就要进行紧急制动，无法接着运行。在出现此类故障的时候，该系统会自动地对紧急制动进行触发，以列车风管的保压量来防止制动力减弱。所以，此类故障的制动过程安全性亦可被确保。然而，一般的随行机械专业人员难以将其较好地处理掉，只能在列车停车之后静候专家前来救援。整体而言，此类故障也不会造成安全方面的问题。第Ⅲ类故障，制动系统能够自行将其监测出来，对于它的处理，要对“关门车”方式加以运用，动车组驾驶工作者要基于对有关规定的遵从，结合具体的“关门车”数目来限制动车组的速度。管道泄漏故障等属于第Ⅲ类故障。

　2.3列车正线停车分析

倘若动车组在起模点位置发生超速从而触发最大常用制动，而且这个时候恰好制动系统有第Ⅲ类故障出现，那么就要极易动车组在该位置的具体运行速度、各个制动力的切除比例、列车行驶线路的坡度条件等，算出列车停车点冒进信号机的距离。此距离会受到诸多因素的影响，譬如切除后余留的制动力数值、动车组行驶速度等，而这些因素彼此间还有这极其复杂的关联性。动车组冒进信号机与切除的制动力的高低并无太大的关联性。在初始速度比较小的时候，更易于冒进信号机，冒进距离或许比较小，然而依旧为危机动车组的运行安全。一旦制动力切除比例在3/8以上，那么列车冒进信号的距离就会相对较大，在其达到1/2以上的时候，该距离将趋于快速加大。究其根本，主要是由于整个列车的剩余制动力的值都会被动车组各辆车的制动系统运行情况所影响，在其中有车辆的制动力发生问题而造成制动力不复存在或减弱的时候，亦会干扰到整个动车组的制动系统能力。倘若余剩余动力无法使ATP计算用制动力的要求得以满足，那么动车组就会慢慢减速，运行速度比规定的数值要高。通常，剩余制动力愈小、初始速度愈高，那么转换点也就会愈早，列车的常用制动点距离变短，相应的紧急制动段变长。若转换点出现的时间较早，列车剩余紧急制动力比ATP常用制动力取值高，紧急制动的距离就会大幅减短，列车运行的安全性就会比较高；倘若剩余制动力和规定值并无太大的区别，那么动车组就会冒进信号机。反之，若转换点出现的时间较晚，那么常用制动段的距离亦会相对较长，延长效果更加突出，这个时候动车组的实际制动距离和ATP计算值之间就会显现出很大的区别，列车更易于冒进信号机。

　2.4列车侧线进站停车分析

按照故障出现的时间，可以分成两种，即驶入进站信号机之前、越过进展信号机之后的制动系统故障。在出现其中的第一种情况的时候，动车组是不是会出现侧翻主要取决于其进站速度是不是在侧向限速以上。在出现其中的第二种情况的时候，假定动车组在车站里起模点位置超速而且触发了最大常用制动，制动系统出现第Ⅲ类类故障，则可借助坡度条件、初始速度、制动力切除比例等算出动车组停车点冒进出站信号机的距离。动车组制动系统不但具有极其复杂的结构，而且拥有功能强劲的自动控制系统、制动执行设备，其自身的故障监测、报警、导向安全的控制功能都十分完善，一旦系统的某部件有故障出现，则监测装置就会进行提示和报警，同时对相应的处理策略加以执行。并采取相应的故障处理措施。

　第3章制动系统故障对行车安全的影响探究

根据《铁路客运专线技术管理办法（试行）（300~350km/h部分）》1第230条和《铁路客运专线技术管理办法（试行）（200~250km/h部分）》第219条，动车组列车在制动系统出现故障、部分制动力被切除的状况之下仍要接着运行；为了使行车的安全性得到确保，就需要对速度进行限制。按照工作原理，可将动车组制动非为三类：一是电制动，也即是再生制动，通过牵引系统所供；二是空气制动，涵盖了自动式空气制动（受控于分配阀）、直通式空气制动（受控于微机）：三是停放制动，通过储能弹簧给予制动力。因为原理不一样，所以对于这三类故障的处理手段亦不一样。由以上的制动方式能够使紧急、停放、常用、备用等制动得以达成。具体来说，制动系统具有极高的复杂度，有很多部门都会出现问题，而且是由诸多的元素共同导致的。譬如制动系统的制动控制单元若是出现通讯故障的话，那么就会干扰到内部全部控制板的工作状态；若是制动控制系统出现传感器故障，那么列车的制动性能就会失去实效性。因为列车在运行过程中，其工作环境和列车操作状态受多种因素的影响可能会发生一些变化，导致在某些特定的条件下产生不同方面的故障。要判别这些故障的原因并进行根除，出现的故障要根据车型和设备类型，综合考虑多方面因素，从根本上查找故障产生的原因。动车组制动系统具备故障检测、报警的功能，大部分系统故障能够自行检测，一些特殊故障还不能成功检测。列车制动系统的故障大体可以分为四种类型，不同类型的制动系统故障对动车组的行车安全造成的影响也不同。

　3.1I类故障对行车安全的影响

（1）CRH2

制动系统可以自动地将故障监测出来，之后，制动性能不会因为故障的出现而受干扰，列车仍旧能够正常运行。此类故障又可分成两种情况，具体如下：其一，制动系统存在故障冗余设计，可借助对冗余设备的运用来使动车组的运行继续如常；其二，动车组制动力并未减弱，停车之后，随车机械人员对造成故障的原因进行检查并予以处理，在制动系统恢复好之后，列车即可继续如常运行。司机制动控制器无制动指令输出、光纤传输较差、空压机故障等。在出现此类故障的情况之下，列车制动系统性能并不会受到干扰，仍保持原有的安全性。

（2）CRH3

制动命令无输出、发电机断线、信号异常、光纤故障、制动不足、空压机故障等都属于I类故障。该类故障不会对列车的运行造成多大的影响，基本上能使列车能够保持正常的运行状态，通常动车组制动系统能够将这些故障自动检测出来。该类故障解决方法：一是启用备用装置。动车组制动装置采用了冗余设计，一旦设备发生故障可以及时切换到备用设备，使动车组能够正常运行；二是该类故障如果没有造成机组动力下降，可以等到停车后，技术维修人员对故障进行分析和确定，再选择合适的故障排除措施，确保动车能处于一个正常的工作状态。

3.2II类故障对行车安全的影响

（1）CRH2

制动系统可以自动地将故障监测出来，而且在故障出现后会自动地进行紧急制动，停车之后无法接着运行。此类故障有总风压力过小、控制装置电源失电、列车分离等。一旦出现，则制动系统就会自动地对紧急制动进行触发，在紧急制动期间对列车风管的保压量加以运用，其制动力并未减弱。所以，其制动过程是具有安全性的。除此以外，列车停车之后，由于无法修复故障，所以只能静候专家前来救援。此处不对救援之后的行车安全进行探讨。整体而言，此类故障并不会危及动车运行的安全性。

（2）CRH3

总风压力不足、控制装置电源失电、列车分离等故障属于II类故障。出现II类故障很可能影响到动车的正常行驶，导致动车组停运。一旦发生此类故障，动车组会自动启动紧急制动，利用保压量保持足够的制动动力，制动过程较为安全和可靠。需要说明的是，如果采取紧急制动措施停车，列车就不会继续运行，需要进行技术分析和综合判断，经过故障处理后，才能恢复正常行驶。因为这类故障能被动车组制动系统的检测系统检测到，能够提前做出一些防范措施，尽管有可能造成列车停运，但不会有安全方面的问题出现。

　3.3III类故障对行车安全的影响

（1）CRH2

制动系统可以自动地将故障监测出来，故障出现之后应做“关门车”处理，驾驶员按照“关门车”的数量依有关要求对速度进行限制之后，列车能够接着运行。此类故障有制动控制装置速度发电机断线、制动不改善、抱死等。此类故障列控系统车载设备（后文中简单叫做ATP）对此并不知晓，或许会干扰到行车的安全性。究其根本，主要是由于一些车辆“关车门”之后就不再拥有制动力，从而使得整列车的制动性减弱，而ATP对列车的超速防护是根据列车制动系统运行正常和制动力为规定值以及余量的适度留出来实现的。倘若“关车门”数太多，那么在整列车的现实制动力比ATP的计算值还要小的时候，ATP就无法对列车在接下来的运行中的不冒进与不超速进行确保。

（2）CRH3

部分制动控制系统失效、抱死、制动不缓解，光纤传输不良等都属于III类故障，该类故障会对行车的安全产生一定影响。动车组自带的检测系统可将此类故障检测出来，在处理的时候通常对“关车门”方式进行运用，同时结合“关车门”的具体数目来对列车的速度加以明确。一些车辆在通过此项处理之后，会一定程度上降低列车的制动系统的制动能力。ATP无法将此类检测出来，会认为各系统均处于无异常运行的状态之中，从而对车速防护措施加以执行。倘若“关车门”数目太大，那么动力系统的制动力必然会有所减弱，实际制动力小于ATP的计算值，ATP无法对列车速度达成有效的控制，从而引发安全方面的风险。

　3.4IV类故障对行车安全的影响

（1）CRH2

动车组制动力减弱，而且无法监测出故障。难以完全地监测出动车组制动夹钳的工作状态，在其出现故障之后，动车组的制动力就会有所减弱，驾驶员与控制系统都无法将信息马上加以获取。此类故障在达到一定的程度之后，整个列车的实际制动力会比ATP的计算值还要小，或许就会干扰到行车的安全性。在发现此类故障后，可对“关车门”方式进行运用，也就是将其转变为第III类故障。

（2）CRH3

此类故障有难以实现空气制动等，动车组制动系统的故障检测设备无法将其测出，同时还会对动车组的制动力造成干扰，使其减弱，而这些信息无法被列车驾驶员以及控制系统提早获悉，所以列车在故障状态下继续运行所引发的安全风险非常高。若时发现此类故障，则可借助“关车门”来将其转变为II类故障，把行车风险降至最小。

结束语

现如今，我们国家运营的CRH系列动车组的制动都对电气指令微机控制的电空复合制动进行了运用，基于动力制动与空气制动的复合而产生列车制动力。此系列动车组对（制）动力分散与电空复合制动进行了运用并以电制动为第一选择，同时还对冗余型空气供给系统等进行了能够，使得列车制动系统冗余度以及安全性都大幅提高。动车组制动系统本身的故障监测、报警、导向安全的控制功能都已经非常完善，在制动系统的某部件有故障出现的时候，监测装置就会进行提示和报警，同时对相应的处理策略加以执行，这对动车组的安全性的确保十分有益。虽然动车组制动系统的安全保障策略比较全面，然而在现实运行期间依旧要对其故障之后的安全性进行思考。由定量分析可以得知，动车组制动系统一旦有故障出现，那么就算列控系统在完全监控模式之下无异常运行，仅凭人工限速方式是无法对行车的安全性进行确保的，超速、冒进都有可能出现，这就需要其他的防护策略来予以支持。与此同时，在相关的研究方面还要加大力度并加快速度，及早将更高效的安全防护策略探寻出来，以使动车组运行的稳定性和安全性得到更好的保障。

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