高速条件下动车组电制动防滑装置存在的问题及解决方案

<正>动车组的制动力主要包括电制动和空气制动,二者均为黏着制动。而对于黏着制动来说,在制动力的施加过程中由于轮轨间黏着条件的改变不可避免地存在车轮滑行的问题。随着车辆速度的提高,轮轨间的黏着系数在不断降低,车轮滑行的概率增加。车轮滑行带来的不利影响主要有制动距离延长、轮对擦伤等。为了尽可能减少车轮滑行,动车组上装设了电制动防滑装置和空气制动防滑装置。1故障情况及原因分析2013—2014年,我国高铁线路上发生了多起动车     

轮轨油污染黏着特性的三维数值分析

在油污染工况下,建立一个考虑轮轨表面粗糙度的三维轮轨黏着特性数值分析模型.应用Patir和Cheng提出的平均流量模型,以多重网格法和多重网格积分法作为数值计算的工具,得到轮轨间存在油介质时的液体、固体粗糙峰接触压力以及膜厚的分布规律,并研究列车速度以及轮轨表面粗糙度对轮轨间黏着特性的影响.研究结果表明:随着列车速度增加,轮轨间的黏着系数逐渐下降;随着轮轨表面粗糙度的增大,轮轨间的黏着系数逐渐增大.此外,从数值角度分析速度增大引起黏着系数下降和粗糙度增大所引起黏着系数上升的机理.     

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究（一）——水介质条件下黏着特性

300～400 km·h^-1速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100～400 km·h^-1速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4～0.6μm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0～30%时的制动黏着特性。结果表明：在纵向蠕滑率从0.5%增至5%～8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%～8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^-1时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300～400 km·h-1范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加...     

列车传动最优黏着控制策略研究

在列车的行驶过程中,轮轨间的黏着控制尤其重要,最大化利用黏着力可提高列车的牵引/制动性能。文中提出的列车传动最优黏着控制策略通过全维状态观测器准确地估计出当前利用的黏着系数;利用可变遗忘因子的递归最小二乘法有效地计算出黏着-蠕滑特性曲线斜率;采用最速梯度法迅速搜索最佳蠕滑速度给定值。同时为了实现最优黏着控制,设计了蠕滑速度控制环来获得牵引电机转矩指令补偿量。最后通过仿真,证明了该控制策略的正确性和有效性。     

铁道轮轨黏着系数

铁道轮轨黏着限制对铁道列车安全运行至关重要,尤其现代高速列车速度已达350—360 km/h,并有向400 km/h甚或以上推进的趋势,所以高速轮轨黏着条件能否支持高速牵引力与制动力就是一个现实课题。时至今日,尚无法用理论方法推算轮轨黏着系数公式格式和数值范围,只能用纯经验方法处理。本文推荐常规列车中不同型式机车(牵引)计算黏着系数的实用公式,并提供3种核算利用黏着系数的方法,基于核算、分析与讨论若干类别的高速列车利用的黏着系数范围与少数既有的高速黏着系数公式之间的位置与关系,最终推荐中国湿轨黏着系数的实用公式(μ_j=0.04+13.7/120+v),作为高速列车(牵引与制动)统一的计算黏着系数公式以及常规列车的(制动)计算黏着系数公式。     

地铁动车粘着系数的计算

为了较好地发挥车辆的牵引、制动性能,需要较合理地选择轮轨间粘着系数取值,从而使车辆处于较有利的粘着利用状况。从地铁列车的运行特点出发,提出电传动地铁动车计算粘着系数的计算要考虑大加、减速度的影响,并提出了具体的计算公式。     

水介质条件下轮轨黏着特性试验研究

在JD—1轮轨模拟试验机上进行轮轨在干态工况突然加水和水介质条件下的黏着特性试验,着重研究水介质条件下不同速度、轴重以及蠕滑率对轮轨黏着的影响。结果表明:在相同的蠕滑率下,干态工况加水之后轮轨间的黏着系数较干态时的黏着系数降低了50%~60%;在水介质条件下,不论是最大黏着值还是稳定黏着值(机车实际运行黏着区),受车轮速度影响较大,黏着系数随着车轮速度的上升而降低,轴重对黏着系数的影响较小;黏着系数在达到最大值(饱和值)之前随蠕滑率的增加而线性增加,而后随蠕滑率的增加而下降,最后逐渐趋于稳定。最大黏着系数所对应的蠕滑率为0.5%左右。     

基于全尺寸试验台的水介质条件下高速轮轨黏着特性试验研究

基于全尺寸高速轮轨关系试验台,模拟轮轨接触界面在水介质条件下的轮轨黏着特性,研究喷水量、轮轨接触表面粗糙度、喷水温度、轴重和运行速度对水介质条件下高速轮轨黏着系数的影响规律。结果表明:水介质条件下,喷水量、轮轨接触表面粗糙度、运行速度对轮轨黏着系数影响较大,喷水温度和轴重对其影响较小;随喷水量的增加轮轨黏着系数逐渐减小,但当喷水量达到200mL·min-1后黏着系数不再减小;随着表面粗糙度的增加,运行速度对轮轨黏着系数的影响逐渐减弱,表面粗糙度增至1.0～1.1μm时运行速度对轮轨黏着系数的影响很小;在40～200km·h-1速度范围内,轮轨黏着系数随速度的增加减小得较快,而在200～400km·h-1速度范围内减小得较为缓慢;轮轨黏着系数随喷水温度的升高而增大,喷水温度为0℃(下雪)时的轮轨黏着系数较常温时下降11%～15%;轮轨黏着系数随轴重的增加而减小,在动车组常用轴重10～16t范围内轴重对轮轨黏着系数的影响只有10%左右。     

城轨车辆电制动滑行故障分析与优化策略研究

针对城轨车辆在雨雪天气制动力不足现象进行了数据分析，发现车辆频繁出现制动力不足是由于动车电制动滑行造成的，而电制动滑行原因是雨雪天气高速、大级位制动时动车电制动需求黏着系数大于可用黏着系数。根据故障原因，提出了在雨雪模式下将50～80 km/h速度时的电制动包络线由恒力改为自然特性，并在该模式下由原来的优先发挥动车电制动策略改为网络系统将整车制动需求值的三分之二作为电制动需求值发送给动车牵引控制单元的优化策略。最后，更新网络系统与牵引控制单元软件后进行了试验验证，结果表明，优化电制动包络线和整车制动分配策略后，电制动滑行情况得到了明显改善，车辆在雨雪天制动再未出现制动力不足现象。     

我国铁道列车紧急制动距离限值核定原则的探讨

列车紧急制动距离限值涉及列车制动限速、信号机布置、速度监控模式等相关重大技术问题,并受粘着条件、非粘制动介入程度以及制动减速度等条件限制。基于列车动能与列车制动力功(含阻力功)相等的条件,建立了普遍的铁道列车紧急制动距离限值的核定原则及计算模式,分析与选择了回转质量系数、制动粘着系数、粘着系数利用程度、列车单位基本阻力、非粘制动比例系数、安全距离、制动空走时间以及制动减速度等相关参数。描述并阐明:我国制动粘着系数公式(湿轨)可扩展应用于更高速度范围;粘着系数利用程度因制动装备技术水平而异;非粘制动比例系数可达20%～40%;旅客列车的紧急制动平均减速度宜控制在0 08g～0 1g以内,最大不宜超过0 12g,货物列车的紧急制动平均减速度可按旅客列车的60%～70%考虑。推荐的核定原则与计算模式适用于所有轮轨系列车。     

CRH2型动车组制动系统防滑控制的优化

高速列车一般采用空气制动联合再生制动方式进行制动调速或停车,空气制动和再生制动均为粘着制动,受轮轨间粘着系数的影响。随着速度的提高,轮轨间的粘着系数呈降低态势,动车组出现滑行的概率增大,因此动车组的防滑控制也越显重要。本文通过对CRH2型动车组运用问题的梳理及原因分析,提出相对应的防滑控制优化方案,能有效地减少防滑系统故障。     

高速列车制动模式探讨

高速列车的功能比普通列车的大几倍，而高速下轮机间的粘着系数及闸瓦与动轮之间的摩擦系数都降低了一个数量级，故高速列车必须采用新的制动体系，电阻制动技术成熟，而再生制动能回收大部分动能，且制动特性较好，在直流牵引电动机和交流同步，异步电动机驱动中得到广泛应用。盘形制动在高速车辆上是必不可少的。在非粘着的电气制动中，磁轨制动的磨耗大，适用于紧急制动，而轨道涡流制动在８０～３００ｋｍ／ｈ速度内，制动特性平     

中低速磁浮列车牵引性能研究

中低速磁浮列车是磁浮交通系统的关键装备,由于脱离了轮轨接触,其牵引方式也与传统列车差别巨大.以3节编组中低速磁浮列车为例,对该列车的运行阻力、牵引力、电制动力进行了计算分析,根据计算结果对列车的牵引和电制动性能进行了评价,并完成了列车的故障运行能力校核.     

城市轨道交通车辆打滑对信号系统的影响

城市轨道交通车辆打滑会造成列车紧急制动次数的增多和紧急制动距离的延长,从而造成一定的安全风险。通过对具体案例的分析,阐述了因雨天使轮轨黏着系数下降所造成的车辆打滑对信号系统的影响,并给出了相应的预防控制措施。     

地铁车辆车轮踏面清扫装置的设计与实现

为解决地铁车辆在市郊露天高架线路上经常出现的车辆空转滑行现象,提出在车辆上增加车轮踏面清扫装置,用于改善轮轨踏面间的黏着状态,以防止车轮发生空转或滑行。详细介绍了车轮踏面清扫装置的作用原理,提出了为达到改善轮轨黏着条件,需要车辆实现的基本控制功能。分析了车轮踏面清扫装置的动作方式、踏面清扫的测试方案以及踏面清扫控制逻辑的实现方式,在此基础上给出了踏面清扫硬件电路设计方案。     

油介质条件下轮轨黏着特性的试验研究

利用JD—1轮轨模拟试验机研究轮轨受污油、污油水混合物和污油水砂子混合物3种油介质污染工况下,不同轴重和车轮速度对轮轨黏着系数的影响。结果表明:当车速为90km·h-1时,污油和污油水混合物工况时的轮轨蠕滑特性相差不大(加水之后黏着系数减小);污油和污油水混合物工况下21和23t轴重时轮轨黏着系数相差较小,而25t轴重时的黏着系数明显比21和23t轴重时的大,但轮轨表面均未出现严重的磨损;在污油水砂子混合物工况下,轮轨黏着系数显著提高,但同时大大加重了轮轨表面伤损;当轮轨受到污油和污油水污染时,轮轨黏着系数均随着车速的提高而减小。     

基于台架试验的高速动车组防滑控制特性研究

黏着制动是通过车轮与钢轨接触斑之间的黏着-蠕滑来传递制动力的,因此轮轨黏着是影响制动系统性能的主要因素.防滑控制系统能防止由于轮轨低黏着而引起的轮对擦伤,是列车制动系统的核心技术之一.在深入分析轮轨黏着机理的基础上,设计一种分层递阶和多模式黏着切换的防滑控制新策略,防滑控制系统能根据不同的轮轨黏着条件自适应获得最佳可用...     

瞬时滑动状态下轮轨摩擦系数试验研究

为研究瞬时滑动状态下荷载、速度对轮轨摩擦系数的影响规律,基于摩擦学第二定律,以U71 Mn钢轨为试验材料,研究瞬时滑动状态下,荷载、速度对轮轨摩擦系数的影响。结果表明:在瞬时滑动状态下,速度对摩擦系数的影响较为显著,摩擦系数随速度的增加而减小,当瞬时滑动速度达到2.6 m/s时,摩擦系数为0.34,较初始测定速度降低10%。摩擦力与荷载的增加成正比,但在瞬时滑动速度恒定的条件下,摩擦系数几乎不受荷载改变的影响。车轮发生瞬时滑动时,较大列车轴重和较小车轮自旋速度有利于车轮获得较大摩擦力,这对行车安全是有利的。列车瞬时滑动状态与制动状态下的摩擦系数是有差异的,在工程实际和轮轨接触分析时应根据车轮的滑动状态选用相应的摩擦系数。     

重载轮轨黏着特性的数值分析

基于ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian)有限元建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型.利用该模型计算和分析重载轮轨滚动接触的黏着特性,并研究不同速度等级对重载轮轨黏着蠕滑特性的影响.用该模型对重载大功率机车车轮在轨道上从制动、惰行到牵引过程进行计算,得到了这一过程中轮轨接触状态的变化规律和黏着特性曲线.在重载大功率机车从制动、惰行到牵引的过程中,轮轨纵向摩擦力由反方向饱和状态逐渐转变成牵引方向饱和状态,而轮轨横向摩擦力始终呈反对称性分布,其最大值位置先是逐渐靠近接触斑中心,然后又逐渐远离之;摩擦力矢量呈旋转分布,其方向从与运动方向相反逐渐变为与运动方向相同,其旋转中心从轮缘附近逐渐进入接触斑,随后又逐渐向轮缘一侧移动;当轮轨纵向蠕滑率较小(≤0.003)时,黏着力随纵向蠕滑率的增加而近似线性增加,但运行速度对此影响不大;进入大蠕滑率(＞0.003)区域后,黏着力随蠕滑率的增加而减小,并且速度越高,黏着力降低得越快.