动车组制动系统故障对行车安全影响的分析

摘要：安全是铁路永恒的主题，要确保行车安全，列车制动系统是基础、是核心，必须选用高安全、高可靠、性能优异的制动系统设备。然而，任何设备都有可能故障，列车制动系统发生故障后这些问题至关重要。

关键词：动车组；制动系统；列控系统；安全性。

动车组制动的安全问题主要涉及制动系统的制动能力、可靠性、故障导向安全设计等几个方面。在需要停车的时候，制动系统必须能让运行的动车组在规定的制动距离内停下来，制动系统关系到列车运行安全，所以它必须安全、可靠，做到万无一失。同时，列车故障导向安全的思想必须贯穿整个制动系统的设计过程。

一、动车组制动系统构成及工作模式

1、动车组制动系统主要由制动控制系统、基础制动装置和空气供给系统三大部分组成。

1）制动控制系统。制动控制系统主要包括制动信号发生装置、制动信号传输装置和制动控制装置。制动信号发生装置包括司机制动控制器和制动指令转换装置。制动控制装置主要用于接收制动指令、实施制动力控制、防滑控制、故障诊断及信息传输等。其内部集成了制动控制器（BCU）、空气阀类组件、风缸等设备。

2）基础制动系统。动车组的基础制动装置采用气压一油压转换的液压夹钳式盘型制动装置，列车制动管的压缩空气需要经过增压缸的转换，之后向制动夹钳的油缸输出高压油液，推动夹钳活塞上的闸片夹紧制动盘形成制动力。

3）空气供给系统。动车组空气供给系统主要由主空气压缩机、辅助压缩机、储风缸、主风缸管路、空气干燥剂、空气过滤器及其相关的辅助设备等组成。主空气压缩机组成的主风源，分别位于3、5、7号车，主要为空气制动系统供风，同时为气动辅助设备（包括风笛、空气簧、门控、集便器等）提供风源；辅助空气压缩机，分别位于2、4、6号车，主要为受电弓升降弓装置、真空断路器提供风源。

2、动车组制动模式。动车组运行时的制动工况最主要有2种：常用制动和紧急制动。常用制动是动车组常用的制动控制方式，用于正常的调速或停车。紧急制动用于紧急情况下的最大减速停车。动车组司机制动控制器设置“运行”位、1～7级常用制动位、“快速”制动位以及“拔取”位等。

1）常用、快速制动。CRH2型动车组在常用、快速制动情况下，基于预先设定的制动模式曲线控制列车减速或者停车，采用具有时间常数的柔性控制方式，对列车减速度变化率进行控制。

2）紧急制动。动车组设有贯穿全列车的“得电缓解”紧急制动回路，回路失电时列车立即实施紧急制动。在驾驶室内设有紧急制动开关，紧急情况下，紧急制动可以由司机起动或自动触发。紧急制动时，动车组防滑装置正常起作用进行防滑控制，避免车轮擦伤。

二、动车组制动系统故障后继续运行对行车安全的影响

1、动车组制动系统故障分类及对行车安全影响的初步分析，对各种故障源的后果进行分类梳理，可以细分出如下几类故障。

1）第1类故障：制动系统能自动监测到故障，故障后制动性能不受影响，列车可以继续正常运行。

2）第Ⅱ类故障：制动系统能自动监测到故障，故障后自动实施紧急制动，停车后不能继续运行，故障发生时，制动系统自动触发紧急制动，紧急制动过程中，利用列车风管的保压量，其制动力并没有下降。因此，其制动过程是安全的。第Ⅱ类故障没有安全性问题。

3）第Ⅲ类故障：制动系统能自动监测到故障，故障后需采取“关门车”处理，司机根据“关门车”的数量按相关规定进行限速后，列车可以继续运行，对行车安全可能会产生一定影响。

4）第Ⅳ类故障：动车组制动力降低，且其故障得不到监测。就是动车组制动夹钳的工作状态无法完全被监测到。与第Ⅲ类故障一样，第Ⅳ类故障到达一定程度后，整个列车的实际制动力（或称剩余制动力）小于ATP的计算值，对行车安全可能会产生一定影响。

2、故障场景的安全性定量分析。动车组在CTCS一2级列控系统完全监控模式下运行的特定条件，用定量分析法深入探讨动车组制动系统发生第Ⅲ、Ⅳ类故障后的安全性。假设动车组触发了最大常用制动，制动系统此时也恰巧发生了第Ⅲ类或第Ⅳ类故障。根据动车组列车在不同初始速度（指起模点处的运行速度，下同）、不同制动力切除比例、不同线路坡度条件，可以计算停车点冒进信号机（点）的距离。当动车组制动系统实际的剩余制动力小于ATP计算用制动力时，列车减速过程就会放缓，实际运行速度将越来越高于ATP常用制动允许的速度值。动车组的实际制动曲线可能由2段曲线组成。第一段是从初始速度开始的常用制动曲线；当该段曲线碰上ATP控制的紧急制动曲线时，ATP立即转为紧急制动，第二段曲线是从转换点开始的紧急制动曲线。常用制动转紧急制动的转换点与初始速度、切除后的剩余制动力、线路坡度有关，基本规律是：初始速度越高，或剩余制动力越小，转换点就越早，常用制动段也就越短、紧急制动段越长，两者之间存在着此消彼长的关系。

三、结论

1、动车组采用（制）动力分散、电空复合制动并优先使用电制动，以及冗余型空气供给系统等技术方案大大提高了列车制动系统冗余度和安全性能。

2、动车组制动系统自身具有非常完备的故障监测、报警和故障导向安全的控制功能，当制动系统的某一部件发生故障时，监测装置会提示及报警，并采取相应的故障处理措施，有利于动车组的安全运行。

3、尽管动车组制动系统具有完善的安全保障措施，但在实际运营中仍需考虑其故障后的安全性。通过定量分析表明，动车组制动系统发生故障后，即使列控系统正常工作在完全监控模式下，仅靠人工限速手段并不能保证动车组的行车安全，动车组列车仍存在冒进和超速的危险，需要采取其他更加有效的安全防护对策。

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