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图书分类

Book classification
  1. 本书比较系统地介绍了高速列车制动系统的关键技术、设计技术、试验技术以及国内外高速列车制动系统。首次系统地介绍了我国自主研制的速度350km/h中国标准动车组(复兴号)制动系统及其控制系统、防滑系统、故障诊断技术、基础制动装置等关键核心技术。书中通过大量的试验数据证明我国自主研制的高速列车制动系统已经处于国际先进水平。本书还首次系统地总结分析了我国高速列车运用中制动系统出现的典型故障及其原因。本书的很多内容是作者从事高速列车制动系统技术研究二十几年的工作总结和经验积累,既有理论分析,又有运用实践,相关的成果已经在我国高速列车制动系统(如复兴号动车组)得到推广应用,并获得行业内的一致认可。因此,本书所述内容具有较高的学术价值,代表中国高速铁路的有关核心关键技术水平,为从事轨道交通装备行业的科研设计人员和运用维护检修人员提供了全面而先进的技术内容,对于进一步研发相关高新技术有重要的指导和参考作用。...查看更多
  2. 前言



    制动系统是列车中最重要的组成部分之一。其主要作用是控制机车、车辆及列车的运行速度,使其减速、停止或以限定速度运行;当机车、车辆及列车在平道或坡道上停止时,能保持其处于静止状态;当列车在运行中遇到突发情况时,能使列车快速停车。在同一线路上运行的列车与列车之间必须保持一定的安全距离,因此速度控制就成为保证铁路运输及安全的基本条件,此原则从1825年第一条现代铁路开始运营至今仍然适用。由此可见,列车制动装置的研究与设计是非常重要的。列车之所以能够运行,既需要合适的牵引系统,也必须有合适的制动系统。早期的蒸汽机车没有制动装置,列车的制动系统是从使用手制动机、真空制动机、直通式空气制动机、自动式空气制动机和电空制动机一步步发展起来的。时至今日,随着电子技术尤其是微机控制技术的不断发展,轨道交通电空制动技术日趋成熟,采用微机控制的电空制动机不仅能够实现制动功能,还能实现对列车制动系统的监控及故障检测、诊断、显示、报警、记录和测试等功能,故微机控制的电空制动机在城市轨道交通车辆、机车、客车、市域列车、城际动车组和高速列车等方面得到广泛应用。
    2004年以来,按照国务院确定的“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总体思路,我国铁路以市场换技术,整合国内各方资源,集中国内优势力量,通过引进、消化、吸收、再创新的途径,中国铁路高速动车组研发设计、制造工艺、调试试验等技术获得了迅速提升,在较短的时间内成功地实现了动车组批量制造,CRH系列的250 km/h速度级动车组于2006年开始陆续投入使用。在此基础上,国内企业开始研制CRH380系列的350 km/h速度级新一代动车组,于2010年下线,并逐步上线投入运用。两大系列高速动车组的成功研发及制造,为我国高速铁路发展提供了充足的装备保证。中国高铁及动车组已经成为广大人民喜爱的交通运输工具,成为世界高速铁路发展史上的成功典范。
    截至2018年,中国铁路的总里程已达13.1万千米,其中高速铁路的里程为2.9万千米,高速动车组的保有量为3200余列(标准列)。我国高速铁路运营里程、动车组保有量均居世界首位,已成为世界上名副其实的高铁大国。动车组在我国特有的大运量、长交路、持续高速、环境条件差异大、多桥梁隧道等极其复杂的运用环境下,实现了总体运行安全、平稳、有序。此外,大规模的高速铁路运用实践及对检修修程的修制不断完善,使我国在动车组检修维护方面积累了独到的经验。科学合理的维修体制,进一步促进了高速动车组的技术进步,标志着我国已经基本掌握了动车组设计制造及检修维护的关键技术。
    为了实现中国强国梦,坚持自主创新,以安全性、可靠性、经济性为前提,以市场为导向,全面提高自主化水平,构建和完善中国动车组技术标准体系,研制具有完全自主知识产权的标准化、系列化、简统化动车组产品,力求达到国际领先水平,满足未来发展需求,中国开始了标准动车组的研制目标。一是建立完全自主的技术平台;二是统一技术规范,实现互联互通和统型需求;三是提高机车车辆装备制造业研发软实力。
    中国铁路总公司对中国标准动车组研制工作进行了总体部署和安排,由中国铁道科学研究院(简称“铁科院”)技术牵头,中车集团及其相关企业设计制造,相关研究所等高校科研单位技术支持,集合各个企业、体系的优势力量,产学研用紧密结合,协同创新机制。中车青岛四方机车车辆股份有限公司(简称“四方股份”)和中车长客轨道客车股份有限公司(简称“长客股份”)分别成立总体技术设计组;中国铁道科学研究院技术牵头组成总体技术研究组及8个子系统(牵引、网络、制动、转向架、车体、高压、辅助供电、运用维护),研究组负责人均由铁科院技术专家出任。
    按照中国铁路总公司的规划,首先进行350km/h中国标准动车组研制。350km/h中国标准动车组研制分三个阶段:第一阶段完成中国标准动车组的顶层技术指标和技术条件的编制;第二阶段依照中国标准动车组的顶层技术指标和技术条件,组织国内企业完成中国标准动车组样车研制,并在2015年完成两列350km/h中国标准动车组样车生产;第三阶段对中国标准动车组样车进行试验验证、优化完善和试运考核等。
    经过数年的努力,2015年6月30日,350km/h中国标准动车组落成下线,开始一系列试验检测和运用考核。2016年7月15日,两列350km/h中国标准动车组在郑徐客运专线上以超过420km/h的速度进行交会试验,相对速度超过840km/h,创下了新的世界纪录。2016年10月完成了型式试验、60万千米的运用考核以及解体检查。2017年1月,中国标准动车组取得了国家铁路监管局颁布的型号许可证和制造许可证(其中,四方股份生产中国标准动车组型号为CR400AF;长客股份生产中国标准动车组型号为CR400BF)。2017年2月,中国标准动车组样车开始在京广高速铁路上线运营。2017年6月25日,中国铁路总公司将已批量生产的中国标准动车组命名为“复兴号”。次日,“复兴号”在京沪高速铁路正式投入运营,标志着我国铁路成套技术装备,特别是高速动车组已经走在世界先进行列。目前,更高速度和智能化的高速动车组正在研发中,相信不久的将来将投入运用,中国的高铁将步入智能化的新时代。
    本书第一作者中国铁道科学研究院李和平研究员,在铁路机车车辆及轨道交通行业从事研发设计工作30余年,多数时间从事城市轨道交通列车及高速列车制动技术研发设计,参与了城市轨道交通列车制动系统自主设计及产品推广应用,国产“先锋号”和“中华之星”等动车组制动系统研制,“和谐号”动车组制动技术的引进、消化及自主研制工作,同时主持参与了中国标准动车组“复兴号”制动系统的自主研制工作,对轨道交通列车制动系统,尤其是高速列车制动系统的研制过程有深刻的研究。为了反映我国高速列车制动技术的发展和前景,作者多年来的写作愿望在我国高速铁路进入自主知识产权深入研究、实施的现阶段,终于完稿交付出版社,本书也是作者多年来相关工作的一个总结。本书第二作者西南交通大学李芾教授,从事机车车辆设计制造、教学科研工作近40年,具有丰富的实践经验,对本书进行了详细的审阅和修改,并提出了许多宝贵意见。
    本书较为系统地阐述了列车制动技术的原理、应用和试验。全书分为8章,重点介绍了高速列车制动系统的关键技术、设计技术和试验技术,尤其对CR400系列350km/h中国标准动车组(“复兴号”)制动系统、CRH380A(AL)动车组制动系统、CRH380B(BL)动车组制动系统、国外动车组制动系统进行了详细介绍,并对动车组制动系统典型故障进行了分析。本书体现了我国在高速列车制动系统领域的最新先进技术水平,对从事轨道交通装备行业的相关研究、设计、维修技术人员具有实用性,也对即将从事该行业的学习者具有指导性。
    本书在编写过程中得到了作者所在团队多位科研人员的大力帮助,也得到同行业相关人员的支持,在此表示衷心感谢。
    由于作者水平有限,本书难免存在不足之处,敬请读者不吝赐教,以资校正。



    作 者
    2019年2月18日
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  1. 目录



    1  高速列车制动系统关键技术 1
    1.1  列车制动系统技术的发展历程 1
    1.2  高速列车制动系统控制技术 3
    1.2.1  制动系统的管理与控制 3
    1.2.2  常用制动控制 5
    1.2.3  紧急制动控制 12
    1.2.4  停放制动控制 16
    1.3  制动系统的故障诊断技术 18
    1.3.1  制动系统的故障诊断体系 18
    1.3.2  制动系统的故障诊断功能 19
    1.3.3  制动系统的故障诊断模式 19
    1.3.4  故障诊断系统性能指标 20
    1.3.5  制动系统的故障代码 20
    1.3.6  制动系统的故障分级管理 22
    1.3.7  制动有效性 22
    1.3.8  故障情况下列车限速运行 23
    1.3.9  制动系统故障导向安全控制原则 24
    1.3.10  CRH3动车组制动系统的故障诊断和故障导向安全控制 24
    1.3.11  CRH2动车组制动系统的故障诊断和故障导向安全控制 37
    1.3.12  CRH2和CRH3动车组制动系统故障导向安全控制策略对比 42
    1.4  防滑技术 45
    1.4.1  黏着理论与黏着控制 45
    1.4.2  防滑控制系统原理 47
    1.4.3  防滑控制策略 48
    1.4.4  空电混合防滑控制 50
    1.4.5  防滑效率 51
    1.5  摩擦副技术 52
    1.5.1  高速列车制动摩擦副的基本要求 52
    1.5.2  高速列车制动盘 52
    1.5.3  闸  片 65
    2  高速列车制动系统设计技术 75
    2.1  气动仿真分析设计平台 76
    2.1.1  气动仿真平台构成 76
    2.1.2  气动仿真分析设计平台的功能 77
    2.1.3  气动部件仿真 77
    2.2  电气及软件仿真设计 85
    2.2.1  电气及软件仿真设计平台的构成 85
    2.2.2  电气及软件仿真设计平台的主要功能和性能 89
    2.2.3  电气及软件仿真设计平台的应用 94
    2.3  摩擦副仿真分析设计平台 95
    2.3.1  摩擦副仿真分析平台的基本要求 95
    2.3.2  高速动车组制动盘有限元仿真计算 97
    3  高速列车制动系统试验技术 104
    3.1  制动系统试验台 104
    3.1.1  试验台的基本功能 104
    3.1.2  试验台的主要结构 107
    3.1.3  测试及控制系统 111
    3.2  高速1∶1制动动力试验台 122
    3.2.1  试验台原理 123
    3.2.2  试验台技术方案 124
    3.2.3  试验台关键技术 126
    3.2.4  主要技术参数 138
    3.2.5  试验方法与应用研究 139
    3.3  高速涡流及磁轨制动试验台 151
    3.3.1  主要技术参数 152
    3.3.2  试验台主要构造 153
    3.3.3  线性涡流制动试验 160
    4  350 km/h中国标准动车组制动系统 167
    4.1  中国标准动车组概述 167
    4.2  制动系统技术要求 170
    4.2.1  运用条件 170
    4.2.2  技术要求 171
    4.2.3  功能要求 180
    4.2.4  系统构成 186
    4.3  制动系统组成 189
    4.3.1  司机制动指令设备 189
    4.3.2  制动控制设备 189
    4.3.3  基础制动装置 195
    4.3.4  供风设备 198
    4.3.5  防滑设备 205
    4.3.6  救援回送设备 205
    4.3.7  升弓控制设备 207
    4.3.8  紧急制动设备 208
    4.3.9  辅助设备 208
    4.4  标准动车组制动系统设计及验证 209
    4.4.1  供风系统供风能力计算 209
    4.4.2  制动能力计算 226
    4.4.3  制动热负荷计算 251
    4.4.4  制动电子系统(ESBA) 261
    4.4.5  350km/h标准动车组制动控制系统设计需求分析 268
    4.4.6  制动控制系统设计 291
    4.4.7  动车组互联互通功能 316
    4.4.8  地震预警控车装置 350
    4.4.9  制动系统型式试验 372
    5  CRH380AL动车组制动系统 421
    5.1  制动系统构成及技术参数 422
    5.1.1  司机制动控制器 423
    5.1.2  制动控制装置 424
    5.1.3  供风单元 426
    5.1.4  基础制动装置 428
    5.1.5  辅助制动装置 430
    5.2  CRH380A动车组制动系统的功能 431
    5.2.1  一般要求 431
    5.2.2  常用制动 432
    5.2.3  快速制动(紧急制动EB) 432
    5.2.4  紧急制动UB 433
    5.2.5  防滑控制 433
    5.2.6  耐雪制动 434
    5.2.7  辅助制动 434
    5.2.8  救援或回送功能 434
    5.2.9  旅客紧急制动 435
    5.2.10  制动试验 436
    6  CRH380BL动车组制动系统 437
    6.1  制动系统的构成及原理 438
    6.1.1  制动控制装置 438
    6.1.2  供风系统 456
    6.1.3  基础制动装置 459
    6.2  制动系统主要功能 462
    6.2.1  紧急制动 462
    6.2.2  常用制动 466
    6.2.3  复合制动 468
    6.2.4  停放制动 468
    6.2.5  安全制动 469
    6.2.6  防滑系统 470
    6.2.7  撒砂控制 471
    6.2.8  备用制动 472
    6.2.9  制动试验 473
    6.2.10  故障诊断及信息 480
    6.3  连挂、回送 480
    6.3.1  同种类型动车组间连挂/回送 480
    6.3.2  使用机车连挂/回送 481
    6.4  CRH380BL动车组制动试验 482
    6.4.1  直通式紧急制动试验 482
    6.4.2  复合常用制动试验 484
    6.4.3  关门车试验 486
    6.4.4  备用制动试验 490
    6.4.5  安全保护措施试验 490
    6.4.6  制动热负荷 492
    6.4.7  防滑保护功能试验 493
    7  国外高速列车制动技术 496
    7.1  日本新干线动车组制动系统 496
    7.1.1  制动系统的主要功能 499
    7.1.2  制动控制 500
    7.1.3  防滑技术 506
    7.1.4  基础制动装置 514
    7.2  德国高速列车制动系统 520
    7.3  法国高速列车制动系统 525
    8  高速列车制动系统典型故障分析 529
    8.1  常用制动失效及紧急制动不缓解故障 529
    8.1.1  故障现象 529
    8.1.2  故障原因分析 529
    8.1.3  故障原因 551
    8.1.4  解决方案 551
    8.1.5  整改后的试验验证 553
    8.1.6  结  论 557
    8.2  动车组轴抱死故障 557
    8.2.1  故障现象 557
    8.2.2  故障发生过程相关记录 558
    8.2.3  故障结论及应对措施 566
    8.3  列车管贯通性故障 566
    8.3.1  故障现象 566
    8.3.2  故障原因分析 566
    8.3.3  故障原因 569
    8.3.4  故障处理措施及验证 570
    8.4  高寒冰雪环境下制动摩擦副异常磨耗 571
    8.4.1  故障现象 571
    8.4.2  故障原因分析 572
    8.4.3  改进措施 578
    8.4.4  采取的措施 583
    8.5  车轮擦伤事故分析 583
    8.5.1  故障现象 583
    8.5.2  故障原因分析 583
    8.5.3  应对措施 588
    8.6  制动有效率丢失故障 589
    8.6.1  故障现象描述 589
    8.6.2  故障原因分析 589
    8.6.3  故障处理措施 592
    8.7  制动控制装置电源板故障 593
    8.7.1  故障描述 593
    8.7.2  故障原因分析 593
    8.7.3  应对措施 597
    8.8  动车组异常停车故障 597
    8.8.1  故障现象描述 597
    8.8.2  故障原因分析 597
    8.8.3  故障原因及应对措施 603
    8.9  进站超标事故 603
    8.9.1  故障描述 603
    8.9.2  事故原因分析 603
    8.9.3  应对措施 621
    参考文献 622
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  2. 李和平,中国铁道科学研究院研究员,享受国务院特殊津贴专家。长期从事铁路机车车辆制动技术研究,主持研制的城市轨道交通制动系统已经在国内大批量推广应用。

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