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圖書分類

Book classification
  1. 本書比較系統地介紹了高速列車制動系統的關鍵技術、設計技術、試驗技術以及國內外高速列車制動系統。首次系統地介紹了我國自主研制的速度350km/h中國標準動車組(復興號)制動系統及其控制系統、防滑系統、故障診斷技術、基礎制動裝置等關鍵核心技術。書中通過大量的試驗數據證明我國自主研制的高速列車制動系統已經處于國際先進水平。本書還首次系統地總結分析了我國高速列車運用中制動系統出現的典型故障及其原因。本書的很多內容是作者從事高速列車制動系統技術研究二十幾年的工作總結和經驗積累,既有理論分析,又有運用實踐,相關的成果已經在我國高速列車制動系統(如復興號動車組)得到推廣應用,并獲得行業內的一致認可。因此,本書所述內容具有較高的學術價值,代表中國高速鐵路的有關核心關鍵技術水平,為從事軌道交通裝備行業的科研設計人員和運用維護檢修人員提供了全面而先進的技術內容,對于進一步研發相關高新技術有重要的指導和參考作用。...查看更多
  2. 前言



    制動系統是列車中最重要的組成部分之一。其主要作用是控制機車、車輛及列車的運行速度,使其減速、停止或以限定速度運行;當機車、車輛及列車在平道或坡道上停止時,能保持其處于靜止狀態;當列車在運行中遇到突發情況時,能使列車快速停車。在同一線路上運行的列車與列車之間必須保持一定的安全距離,因此速度控制就成為保證鐵路運輸及安全的基本條件,此原則從1825年第一條現代鐵路開始運營至今仍然適用。由此可見,列車制動裝置的研究與設計是非常重要的。列車之所以能夠運行,既需要合適的牽引系統,也必須有合適的制動系統。早期的蒸汽機車沒有制動裝置,列車的制動系統是從使用手制動機、真空制動機、直通式空氣制動機、自動式空氣制動機和電空制動機一步步發展起來的。時至今日,隨著電子技術尤其是微機控制技術的不斷發展,軌道交通電空制動技術日趨成熟,采用微機控制的電空制動機不僅能夠實現制動功能,還能實現對列車制動系統的監控及故障檢測、診斷、顯示、報警、記錄和測試等功能,故微機控制的電空制動機在城市軌道交通車輛、機車、客車、市域列車、城際動車組和高速列車等方面得到廣泛應用。
    2004年以來,按照國務院確定的“引進先進技術、聯合設計生產、打造中國品牌”的總體思路,我國鐵路以市場換技術,整合國內各方資源,集中國內優勢力量,通過引進、消化、吸收、再創新的途徑,中國鐵路高速動車組研發設計、制造工藝、調試試驗等技術獲得了迅速提升,在較短的時間內成功地實現了動車組批量制造,CRH系列的250 km/h速度級動車組于2006年開始陸續投入使用。在此基礎上,國內企業開始研制CRH380系列的350 km/h速度級新一代動車組,于2010年下線,并逐步上線投入運用。兩大系列高速動車組的成功研發及制造,為我國高速鐵路發展提供了充足的裝備保證。中國高鐵及動車組已經成為廣大人民喜愛的交通運輸工具,成為世界高速鐵路發展史上的成功典范。
    截至2018年,中國鐵路的總里程已達13.1萬千米,其中高速鐵路的里程為2.9萬千米,高速動車組的保有量為3?200余列(標準列)。我國高速鐵路運營里程、動車組保有量均居世界首位,已成為世界上名副其實的高鐵大國。動車組在我國特有的大運量、長交路、持續高速、環境條件差異大、多橋梁隧道等極其復雜的運用環境下,實現了總體運行安全、平穩、有序。此外,大規模的高速鐵路運用實踐及對檢修修程的修制不斷完善,使我國在動車組檢修維護方面積累了獨到的經驗??茖W合理的維修體制,進一步促進了高速動車組的技術進步,標志著我國已經基本掌握了動車組設計制造及檢修維護的關鍵技術。
    為了實現中國強國夢,堅持自主創新,以安全性、可靠性、經濟性為前提,以市場為導向,全面提高自主化水平,構建和完善中國動車組技術標準體系,研制具有完全自主知識產權的標準化、系列化、簡統化動車組產品,力求達到國際領先水平,滿足未來發展需求,中國開始了標準動車組的研制目標。一是建立完全自主的技術平臺;二是統一技術規范,實現互聯互通和統型需求;三是提高機車車輛裝備制造業研發軟實力。
    中國鐵路總公司對中國標準動車組研制工作進行了總體部署和安排,由中國鐵道科學研究院(簡稱“鐵科院”)技術牽頭,中車集團及其相關企業設計制造,相關研究所等高??蒲袉挝患夹g支持,集合各個企業、體系的優勢力量,產學研用緊密結合,協同創新機制。中車青島四方機車車輛股份有限公司(簡稱“四方股份”)和中車長客軌道客車股份有限公司(簡稱“長客股份”)分別成立總體技術設計組;中國鐵道科學研究院技術牽頭組成總體技術研究組及8個子系統(牽引、網絡、制動、轉向架、車體、高壓、輔助供電、運用維護),研究組負責人均由鐵科院技術專家出任。
    按照中國鐵路總公司的規劃,首先進行350?km/h中國標準動車組研制。350?km/h中國標準動車組研制分三個階段:第一階段完成中國標準動車組的頂層技術指標和技術條件的編制;第二階段依照中國標準動車組的頂層技術指標和技術條件,組織國內企業完成中國標準動車組樣車研制,并在2015年完成兩列350?km/h中國標準動車組樣車生產;第三階段對中國標準動車組樣車進行試驗驗證、優化完善和試運考核等。
    經過數年的努力,2015年6月30日,350?km/h中國標準動車組落成下線,開始一系列試驗檢測和運用考核。2016年7月15日,兩列350?km/h中國標準動車組在鄭徐客運專線上以超過420?km/h的速度進行交會試驗,相對速度超過840?km/h,創下了新的世界紀錄。2016年10月完成了型式試驗、60萬千米的運用考核以及解體檢查。2017年1月,中國標準動車組取得了國家鐵路監管局頒布的型號許可證和制造許可證(其中,四方股份生產中國標準動車組型號為CR400AF;長客股份生產中國標準動車組型號為CR400BF)。2017年2月,中國標準動車組樣車開始在京廣高速鐵路上線運營。2017年6月25日,中國鐵路總公司將已批量生產的中國標準動車組命名為“復興號”。次日,“復興號”在京滬高速鐵路正式投入運營,標志著我國鐵路成套技術裝備,特別是高速動車組已經走在世界先進行列。目前,更高速度和智能化的高速動車組正在研發中,相信不久的將來將投入運用,中國的高鐵將步入智能化的新時代。
    本書第一作者中國鐵道科學研究院李和平研究員,在鐵路機車車輛及軌道交通行業從事研發設計工作30余年,多數時間從事城市軌道交通列車及高速列車制動技術研發設計,參與了城市軌道交通列車制動系統自主設計及產品推廣應用,國產“先鋒號”和“中華之星”等動車組制動系統研制,“和諧號”動車組制動技術的引進、消化及自主研制工作,同時主持參與了中國標準動車組“復興號”制動系統的自主研制工作,對軌道交通列車制動系統,尤其是高速列車制動系統的研制過程有深刻的研究。為了反映我國高速列車制動技術的發展和前景,作者多年來的寫作愿望在我國高速鐵路進入自主知識產權深入研究、實施的現階段,終于完稿交付出版社,本書也是作者多年來相關工作的一個總結。本書第二作者西南交通大學李芾教授,從事機車車輛設計制造、教學科研工作近40年,具有豐富的實踐經驗,對本書進行了詳細的審閱和修改,并提出了許多寶貴意見。
    本書較為系統地闡述了列車制動技術的原理、應用和試驗。全書分為8章,重點介紹了高速列車制動系統的關鍵技術、設計技術和試驗技術,尤其對CR400系列350?km/h中國標準動車組(“復興號”)制動系統、CRH380A(AL)動車組制動系統、CRH380B(BL)動車組制動系統、國外動車組制動系統進行了詳細介紹,并對動車組制動系統典型故障進行了分析。本書體現了我國在高速列車制動系統領域的最新先進技術水平,對從事軌道交通裝備行業的相關研究、設計、維修技術人員具有實用性,也對即將從事該行業的學習者具有指導性。
    本書在編寫過程中得到了作者所在團隊多位科研人員的大力幫助,也得到同行業相關人員的支持,在此表示衷心感謝。
    由于作者水平有限,本書難免存在不足之處,敬請讀者不吝賜教,以資校正。



    作 者
    2019年2月18日
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  1. 目錄



    1  高速列車制動系統關鍵技術 1
    1.1  列車制動系統技術的發展歷程 1
    1.2  高速列車制動系統控制技術 3
    1.2.1  制動系統的管理與控制 3
    1.2.2  常用制動控制 5
    1.2.3  緊急制動控制 12
    1.2.4  停放制動控制 16
    1.3  制動系統的故障診斷技術 18
    1.3.1  制動系統的故障診斷體系 18
    1.3.2  制動系統的故障診斷功能 19
    1.3.3  制動系統的故障診斷模式 19
    1.3.4  故障診斷系統性能指標 20
    1.3.5  制動系統的故障代碼 20
    1.3.6  制動系統的故障分級管理 22
    1.3.7  制動有效性 22
    1.3.8  故障情況下列車限速運行 23
    1.3.9  制動系統故障導向安全控制原則 24
    1.3.10  CRH3動車組制動系統的故障診斷和故障導向安全控制 24
    1.3.11  CRH2動車組制動系統的故障診斷和故障導向安全控制 37
    1.3.12  CRH2和CRH3動車組制動系統故障導向安全控制策略對比 42
    1.4  防滑技術 45
    1.4.1  黏著理論與黏著控制 45
    1.4.2  防滑控制系統原理 47
    1.4.3  防滑控制策略 48
    1.4.4  空電混合防滑控制 50
    1.4.5  防滑效率 51
    1.5  摩擦副技術 52
    1.5.1  高速列車制動摩擦副的基本要求 52
    1.5.2  高速列車制動盤 52
    1.5.3  閘  片 65
    2  高速列車制動系統設計技術 75
    2.1  氣動仿真分析設計平臺 76
    2.1.1  氣動仿真平臺構成 76
    2.1.2  氣動仿真分析設計平臺的功能 77
    2.1.3  氣動部件仿真 77
    2.2  電氣及軟件仿真設計 85
    2.2.1  電氣及軟件仿真設計平臺的構成 85
    2.2.2  電氣及軟件仿真設計平臺的主要功能和性能 89
    2.2.3  電氣及軟件仿真設計平臺的應用 94
    2.3  摩擦副仿真分析設計平臺 95
    2.3.1  摩擦副仿真分析平臺的基本要求 95
    2.3.2  高速動車組制動盤有限元仿真計算 97
    3  高速列車制動系統試驗技術 104
    3.1  制動系統試驗臺 104
    3.1.1  試驗臺的基本功能 104
    3.1.2  試驗臺的主要結構 107
    3.1.3  測試及控制系統 111
    3.2  高速1∶1制動動力試驗臺 122
    3.2.1  試驗臺原理 123
    3.2.2  試驗臺技術方案 124
    3.2.3  試驗臺關鍵技術 126
    3.2.4  主要技術參數 138
    3.2.5  試驗方法與應用研究 139
    3.3  高速渦流及磁軌制動試驗臺 151
    3.3.1  主要技術參數 152
    3.3.2  試驗臺主要構造 153
    3.3.3  線性渦流制動試驗 160
    4  350 km/h中國標準動車組制動系統 167
    4.1  中國標準動車組概述 167
    4.2  制動系統技術要求 170
    4.2.1  運用條件 170
    4.2.2  技術要求 171
    4.2.3  功能要求 180
    4.2.4  系統構成 186
    4.3  制動系統組成 189
    4.3.1  司機制動指令設備 189
    4.3.2  制動控制設備 189
    4.3.3  基礎制動裝置 195
    4.3.4  供風設備 198
    4.3.5  防滑設備 205
    4.3.6  救援回送設備 205
    4.3.7  升弓控制設備 207
    4.3.8  緊急制動設備 208
    4.3.9  輔助設備 208
    4.4  標準動車組制動系統設計及驗證 209
    4.4.1  供風系統供風能力計算 209
    4.4.2  制動能力計算 226
    4.4.3  制動熱負荷計算 251
    4.4.4  制動電子系統(ESBA) 261
    4.4.5  350?km/h標準動車組制動控制系統設計需求分析 268
    4.4.6  制動控制系統設計 291
    4.4.7  動車組互聯互通功能 316
    4.4.8  地震預警控車裝置 350
    4.4.9  制動系統型式試驗 372
    5  CRH380AL動車組制動系統 421
    5.1  制動系統構成及技術參數 422
    5.1.1  司機制動控制器 423
    5.1.2  制動控制裝置 424
    5.1.3  供風單元 426
    5.1.4  基礎制動裝置 428
    5.1.5  輔助制動裝置 430
    5.2  CRH380A動車組制動系統的功能 431
    5.2.1  一般要求 431
    5.2.2  常用制動 432
    5.2.3  快速制動(緊急制動EB) 432
    5.2.4  緊急制動UB 433
    5.2.5  防滑控制 433
    5.2.6  耐雪制動 434
    5.2.7  輔助制動 434
    5.2.8  救援或回送功能 434
    5.2.9  旅客緊急制動 435
    5.2.10  制動試驗 436
    6  CRH380BL動車組制動系統 437
    6.1  制動系統的構成及原理 438
    6.1.1  制動控制裝置 438
    6.1.2  供風系統 456
    6.1.3  基礎制動裝置 459
    6.2  制動系統主要功能 462
    6.2.1  緊急制動 462
    6.2.2  常用制動 466
    6.2.3  復合制動 468
    6.2.4  停放制動 468
    6.2.5  安全制動 469
    6.2.6  防滑系統 470
    6.2.7  撒砂控制 471
    6.2.8  備用制動 472
    6.2.9  制動試驗 473
    6.2.10  故障診斷及信息 480
    6.3  連掛、回送 480
    6.3.1  同種類型動車組間連掛/回送 480
    6.3.2  使用機車連掛/回送 481
    6.4  CRH380BL動車組制動試驗 482
    6.4.1  直通式緊急制動試驗 482
    6.4.2  復合常用制動試驗 484
    6.4.3  關門車試驗 486
    6.4.4  備用制動試驗 490
    6.4.5  安全保護措施試驗 490
    6.4.6  制動熱負荷 492
    6.4.7  防滑保護功能試驗 493
    7  國外高速列車制動技術 496
    7.1  日本新干線動車組制動系統 496
    7.1.1  制動系統的主要功能 499
    7.1.2  制動控制 500
    7.1.3  防滑技術 506
    7.1.4  基礎制動裝置 514
    7.2  德國高速列車制動系統 520
    7.3  法國高速列車制動系統 525
    8  高速列車制動系統典型故障分析 529
    8.1  常用制動失效及緊急制動不緩解故障 529
    8.1.1  故障現象 529
    8.1.2  故障原因分析 529
    8.1.3  故障原因 551
    8.1.4  解決方案 551
    8.1.5  整改后的試驗驗證 553
    8.1.6  結  論 557
    8.2  動車組軸抱死故障 557
    8.2.1  故障現象 557
    8.2.2  故障發生過程相關記錄 558
    8.2.3  故障結論及應對措施 566
    8.3  列車管貫通性故障 566
    8.3.1  故障現象 566
    8.3.2  故障原因分析 566
    8.3.3  故障原因 569
    8.3.4  故障處理措施及驗證 570
    8.4  高寒冰雪環境下制動摩擦副異常磨耗 571
    8.4.1  故障現象 571
    8.4.2  故障原因分析 572
    8.4.3  改進措施 578
    8.4.4  采取的措施 583
    8.5  車輪擦傷事故分析 583
    8.5.1  故障現象 583
    8.5.2  故障原因分析 583
    8.5.3  應對措施 588
    8.6  制動有效率丟失故障 589
    8.6.1  故障現象描述 589
    8.6.2  故障原因分析 589
    8.6.3  故障處理措施 592
    8.7  制動控制裝置電源板故障 593
    8.7.1  故障描述 593
    8.7.2  故障原因分析 593
    8.7.3  應對措施 597
    8.8  動車組異常停車故障 597
    8.8.1  故障現象描述 597
    8.8.2  故障原因分析 597
    8.8.3  故障原因及應對措施 603
    8.9  進站超標事故 603
    8.9.1  故障描述 603
    8.9.2  事故原因分析 603
    8.9.3  應對措施 621
    參考文獻 622
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  2. 李和平,中國鐵道科學研究院研究員,享受國務院特殊津貼專家。長期從事鐵路機車車輛制動技術研究,主持研制的城市軌道交通制動系統已經在國內大批量推廣應用。

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