高速列車制動(dòng)及控制技術(shù)探究綜述

1、高速列車制動(dòng)及控制技術(shù)探究綜述摘要：闡述了列車制動(dòng)的基本方式，對(duì)當(dāng)前高速列車復(fù) 合制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了綜述；分別介紹了基于軌道電路和無線通 信的列車控制系統(tǒng)，論述了列車控制技術(shù)的智能化發(fā)展趨 勢(shì)。關(guān)鍵詞：復(fù)合制動(dòng)軌道電路無線通信列控系統(tǒng) 智能化中圖分類號(hào)：u266文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ax章編號(hào):1007-3973 (2012) 007-074-021引言隨著我國(guó)高速列車技術(shù)的快速發(fā)展，列車的安全問題成 為速度繼續(xù)提升的一大瓶頸。在確保旅客乘坐舒適的情況下 縮短制動(dòng)距離，控制列車的運(yùn)行速度是髙速列車技術(shù)需要突 破的難點(diǎn)。本文將對(duì)高速列車制動(dòng)技術(shù)和列車控制技術(shù)進(jìn)行 研究綜述。2咼速列車制動(dòng)分類高速列車制動(dòng)按制動(dòng)

2、力的來源可分為摩擦制動(dòng)和非摩 擦制動(dòng)兩類。摩擦制動(dòng)通過摩擦力消耗列車動(dòng)能，非摩擦制動(dòng)與之相反。2. 1摩擦制動(dòng)摩擦制動(dòng)包括空氣制動(dòng)、輪盤制動(dòng)、磁軌制動(dòng)等?？諝庵苿?dòng)和輪盤制動(dòng)是將力作用在閘瓦上使其壓緊車輪上或車 軸上的制動(dòng)盤；磁軌制動(dòng)是將電磁鐵接通激磁電流吸附在鋼 軌上，由磨耗板與鋼軌軌面進(jìn)行摩擦。這類制動(dòng)的特點(diǎn)是把 列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能散放與大氣。2.2非摩擦制動(dòng)非摩擦制動(dòng)的包括動(dòng)力制動(dòng)，再生制動(dòng)，電阻制動(dòng)，渦 流制動(dòng)等。再生制動(dòng)將牽引電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，使列車動(dòng)能轉(zhuǎn) 化為電能反饋給電網(wǎng)，電阻制動(dòng)與之類似，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電 能后消耗在電阻上轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。由于再生制動(dòng)節(jié)能環(huán)保等優(yōu) 勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用

3、，如德國(guó)ice350.日本新干線700 系、我國(guó)crh系列等高速列車。目前高速列車的制動(dòng)控制模式正朝復(fù)合化的方向發(fā)展， 日本e1-e4系到動(dòng)車組采用再生制動(dòng)和空氣制動(dòng)結(jié)合的復(fù)合 制動(dòng)模式，優(yōu)先采用再生制動(dòng)，不足部分由空氣制動(dòng)補(bǔ)充， 并盡可能最大發(fā)揮電制動(dòng)的作用。3高速列車空氣制動(dòng)控制技術(shù)在列車空氣制動(dòng)控制技術(shù)上，僅采用空氣制動(dòng)機(jī)以及電空制動(dòng)機(jī)已不能滿足要求，目前各國(guó)髙速鐵路主要空氣制動(dòng) 控制技術(shù)為微機(jī)控制自動(dòng)電空制動(dòng)和微機(jī)控制直通電空制 動(dòng)。3. 1微機(jī)控制自動(dòng)電空制動(dòng)微機(jī)控制自動(dòng)式電空制動(dòng)系統(tǒng)保留列車管，制動(dòng)時(shí)制動(dòng) 控制器向計(jì)算機(jī)發(fā)出制動(dòng)指令，由計(jì)算機(jī)控制列車管壓力裝 置來調(diào)整列車管壓力，依

4、靠列車管壓力變化傳遞制動(dòng)指令， 通過自動(dòng)電空制動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。歐洲早期高速動(dòng)車組tgv和 ice系列基本采用此類制動(dòng)方式。3.2微機(jī)控制直通電空制動(dòng)微機(jī)控制的直通電空制動(dòng)系統(tǒng)取消了列車管，用總風(fēng)管 代替列車管，用電指令代替空氣壓力信號(hào)作為制動(dòng)控制信 號(hào)，用制動(dòng)風(fēng)缸代替了副風(fēng)缸，它可以根據(jù)不同的制動(dòng)指令 和要求，使每輛車達(dá)到所需要的制動(dòng)力。目前我國(guó)的crh系列動(dòng)車組就采取微機(jī)控制直通電空制 動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)充空氣制動(dòng)。事實(shí)證明該系統(tǒng)既具有直通空氣制動(dòng) 響應(yīng)迅速、控制靈活的特點(diǎn)，又包含電空制動(dòng)列車前后制動(dòng) 作用一致的良好性能，并能使動(dòng)力制動(dòng)力和空氣制動(dòng)力得到 有機(jī)的協(xié)調(diào)控制。4列車控制系統(tǒng)高速行駛中列車的制

5、動(dòng)距離較長(zhǎng)，和諧號(hào)動(dòng)車組制動(dòng)初 速度為300km/h時(shí)，緊急制動(dòng)距離在4200m左右。一旦發(fā)生 緊急情況，再先進(jìn)的制動(dòng)系統(tǒng)也難以完全保證列車運(yùn)行的安 全。只有將制動(dòng)系統(tǒng)與列車控制系統(tǒng)相結(jié)合才能保證列車安 全高效地運(yùn)行。列車控制系統(tǒng)是高速鐵路核心技術(shù)之一，它以技術(shù)手段 對(duì)列車運(yùn)行的方向、運(yùn)行時(shí)間間隔和運(yùn)行速度進(jìn)行控制，簡(jiǎn) 稱列控系統(tǒng)。從國(guó)內(nèi)外高速列車應(yīng)用的列控系統(tǒng)來看，主要 有軌道電路控制和基于無線通信的控制方式。4. 1軌道電路控制方式軌道電路控制方式是我國(guó)鐵路當(dāng)前采用最為廣泛的列 車控制方式，從普通鐵路到城市軌道交通，甚至在高速鐵路 上也占據(jù)主流。軌道電路按分割方式分為有絕緣軌道電路和 無絕

6、緣軌道電路。(1) 機(jī)械有絕緣軌道電路機(jī)械有絕緣軌道電路以鐵路兩根鋼軌作為導(dǎo)體、兩端加 以機(jī)械絕緣節(jié)隔離、分別接上發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備而構(gòu)成的 電路。當(dāng)軌道電路控制區(qū)段內(nèi)鋼軌完整且無列車占用時(shí)，繼 電器前接點(diǎn)閉合接通信號(hào)機(jī)綠燈電路。當(dāng)軌道電路控制區(qū)段 內(nèi)鋼軌斷軌或有列車占用時(shí)，繼電器后接點(diǎn)閉合接通信號(hào)機(jī) 紅燈電路，信號(hào)關(guān)閉。在鐵路發(fā)展的初期，這種信號(hào)傳遞方 式大大提高了鐵路的運(yùn)行安全。(2) 無絕緣軌道電路利用軌道電路的阻抗和道床漏泄電阻的自然衰耗，以不 同的頻率對(duì)相鄰軌道電路進(jìn)行隔離，稱為自然衰耗隔離式無 絕緣軌道電路；利用相鄰軌道電路之間采用電容和一部分鋼 軌的電感構(gòu)成諧振回路和采用不同頻率

7、對(duì)相鄰軌道電路進(jìn) 行電氣隔離，稱為電氣隔離式無絕緣軌道電路。上海軌道交 通2號(hào)線atp子系統(tǒng)采用了數(shù)字編碼制式的音頻無絕緣軌道 電路，軌旁設(shè)備、列車傳送的信息中包括目標(biāo)速度，軌道區(qū) 段的載頻，以及到達(dá)目標(biāo)速度的距離。4.2基于無線通信控制方式傳統(tǒng)的軌道電路無法承載大量的信息且實(shí)時(shí)性不夠，車 地之間不能實(shí)行雙向通信，地面設(shè)備工作穩(wěn)定性易受環(huán)境影 響。而當(dāng)前鐵路運(yùn)輸正向高速化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā) 展，因此基于無線通信方式的列控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。gsm-r是專為 鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字式無線通信系統(tǒng)，它已成為世界上最 通用的鐵路通信系統(tǒng)，在歐洲鐵路以及各國(guó)鐵路得到廣泛應(yīng) 用。無線通信方式可以容納車地之間的雙向、大容量、實(shí)時(shí) 的信息傳遞。我國(guó)未來ctcs-4級(jí)列控方式采取目標(biāo)距離控 制模式，列車按照移動(dòng)閉塞或虛擬閉塞方式運(yùn)行，其追蹤的 目標(biāo)點(diǎn)是前列車的尾部，列車制動(dòng)僅僅根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo) 速度以及列車的性能決定，是完全基于無線傳輸信息的列車 運(yùn)行控制系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)列車速度進(jìn)行連續(xù)式監(jiān)控，采取無線 通信，地面不設(shè)區(qū)間傳統(tǒng)信號(hào)設(shè)備和檢查軌道狀況的設(shè)備， 列車運(yùn)行控制功能集中與車上，列車具有自行定位功能，只 設(shè)立地面應(yīng)答器用于列車定位校準(zhǔn)。這和日