适用超长大坡道的电传动轨道工程车辆制动系统研究

吴庆立 李随新

【摘  要】在分析既有轨道工程车辆制动系统方案的基础上，以解决超长大坡道下坡时采用空气制动时长时间制动导致对车轮踏面、制动盘和闸瓦/闸片间热发热严重影响行车安全问题为目的，采用理论设计仿真与试验验证相结合的研究方法，得出超长大坡道下采用电传动牵引系统且增加电阻制动是解决长大坡道制动发热、保障安全行车的根本方案;为后续轨道工程车辆制动技术应用指明了方向，为后续川藏铁路建设、新设备的研制奠定了基础。

【关键词】超长大坡道;电传动;电阻制动;轨道工程车辆

引言

我国西部地区地形复杂，多高山、海拔落差大，随着我国西部地区高铁的快速发展，运营里程不断增加，超长达坡道线路越来越多。如西成高铁鄠新区间-25‰长45km的超长大坡道、兰新客专大通西到民乐-20‰长28km的超长大坡道、大西客专-30‰长15.6km、京张高铁-30‰长15.6km的长大坡道。 采用踏面摩擦制动的既有轨道工程车辆，在长大下坡道运行时，由于频繁且长时间制动，制动产生热量超过了散热能力，导致车轮踏面、闸瓦的温度迅速升高，最高温度超过500℃。闸瓦温度超过400℃时，会对车轮踏面、闸瓦产生不可逆的损害，如车轮踏面发蓝、热剥离等，严重时会引起制动力的快速衰减，造成制动失效，存在严重的行车安全风险。

基于上述现状，西安铁路局协同宝鸡中车时代公司共同申报国铁集团重点课题研制新型电传动轨道工程车辆，以解决长达坡道上坡牵引不足、下坡制动困难问题。

1.既有轨道工程车辆的试验验证

我国既有轨道工程车辆基本上全部采用液力、静液压传动或少量机械传动，制动系统采用空气制动方案，依靠闸瓦摩擦力实现制动。为验证其制动能力，2017年8月～9月，在西成客专鄠新区间（-25‰，45km超长大下坡道）对既有GTC-80、GC-300II、GC-270和NX70（陪试车）等轨道工程车辆按照常用编组进行了试验验证，制动模式采用间歇制动与停车凉闸相结合的方式进行。

1.1试验区间

试验区间为西成客专鄠新区间下行方向，见表1。

1.2被试车及试验编组

被试车制动系统配置见表2，试验编组按供电、工务施工时的常用编组进行见表3。

1.3试验数据

试验过程中，制动操作采用间歇制动，控制车组的运行速度在一定范围内，每次停车后对闸瓦和踏面温度、停车凉闸时间、完成实验的总时间等进行了写实记录。闸瓦温度测量点为闸瓦（闸片）与踏面（制动盘）的接触区域;停车凉闸时长是指当次试验停车后，当所有闸瓦/踏面温度均降到180℃以下所用的时间，试验数据见表4。

1.4试验结论

通过对既有轨道工程车辆在西成客专鄠新区间的试验验证，可以得出：

采用踏面摩擦制动的轨道车辆，即使采用间歇制动加停车凉闸的方案，每运行约8km或9min，踏面/闸瓦温度普遍超过了400℃，其中GCY-300II车组中主机的最高温度达到了514℃，对于机械传动的GC-270车组即使采用发动机辅助制动，踏面/闸瓦温度同样也高达505℃;每次凉闸基本都要20min以上。

GCY-300II编组下坡总运行时间206min，在实际运用中已基本无作业时间可用（天窗总时长约240min）。

GCY-270即使采用发动機辅助制动，但是效果微弱也对发动机有损害，实际运用中不宜采用。

综上所述，既有轨道工程车辆基本无法满足西成客专鄠新区间这类长大坡道的作业要求。开发满足长达坡道运行、作业需求的新型轨道工程车辆已是必然，也是解决长大坡道制动风险的根本途径。

2.新型电传动轨道工程车辆

为解决差大坡道区间作业要求，宝鸡中车时代研制了适用于超长大坡道的GCD1000型电传动重型轨道车和DAS12型电传动作业车，且均配置了电阻制动。空气制动系统采用JZ-7制动机，基础制动采用踏面摩擦制动，电阻制动功率为500kWx2，强迫风冷。

2020年4月23～28日在西成客专鄠、新区间超长大坡道进行了试验验证。

2.1电传动轨道车试验

（1）牵引试验。在鄠邑-新场街区间超长大坡道上坡牵引试验，GCD-1000型轨道车牵引DPT（约50t）进行上坡运行试验，最高运行78.9km/h，其中单机最高运行速度107 km/h，满足要求。

（2）制动试验。在鄠邑-新场街区间超长大坡道下坡制动试验，在50km/h～110km/h速度范围内的下坡持续运行能力试验，全程仅停车时采用空气制动，试验数据见表5，最高稳定的速度达110km/h。重型轨道车牵引DPT（约50t）时下坡电阻制动试验，最高稳定速度达90km/h，满足要求。

从表5可以看出，在持续制动过程中，在未采用空气制动辅助的前提下，电阻最高温度254℃（不超过600℃），满足运行要求。

2.2 DAS12型电传动作业车试验

（1）牵引试验。在鄠邑-新场街区间超长大坡道上坡牵引试验，单机牵引最高运行速度98.2 km/h，满足要求。

（2）制动试验。在鄠邑-新场街区间超长大坡道下坡制动试验，在50km/h～110km/h速度范围内的下坡持续运行能力试验，全程仅停车时采用空气制动，试验数据见表6（仅列高速阶段），最高稳定的速度达100km/h，满足要求。

从表6可以看出，在持续制动过程中，在未采用空气制动辅助的前提下，电阻最高温度243℃（不超过600℃），能够很好的满足运行需求。

通过GCD1000型轨道车和DAS12型作业车在西成客专鄠、新区间试验验证，两种电传动车辆在未使用空气制动辅助的前提下，电阻制动均满足不同速度持续下坡的运行需求，也满足随时停车作业的要求，可以解决该区间的作业问题，也解决了踏面摩擦制动长时间制动导致闸瓦/踏面温度过高的问题，根本解决了采用闸瓦制动下坡失效的安全风险。

3.结语

通过电传动轨道车和作业车在西成客专鄠、新区间的试验，采用电传动牵引系统增加电阻制动后，不需采用空气制动进行辅助制动，可以很好的解决踏面摩擦制动在长大下坡到长时间制动导致发热严重的问题、规避闸瓦制动下坡失效的安全风险，也可更好的满足西成客专鄠新区间检修作业的需求。

通过本课题的开展，为后续轨道工程车辆制动技术发展指明了方向，在长大坡道的高铁线路应优先采用电传动牵引系统并设计电阻制动的轨道工程车辆，也为后续川藏铁路建设、新设备的研制奠定了基础。

参考文献

[1]张梦华.对旅客列车在长大下坡道上平稳操纵方法的探讨.机车电传动[J].2002年第3期

作者简介：吴庆立（1982.9-），男，汉，河南南阳人，硕士，高级工程师，副总工兼技术中心主任，研究方向为轨道工程机械电气控制系统集成与应用。