陈龙安 吴萌岭 姜靖国 应之丁 任恒良
(上海铁道大学机械工程系200333上海)
摘 要 对电动车组制动系统所用电气信号及其传送，电力制动和空气制动模式的制动电气信号的产生及其实现作了介绍。
关键词 制动 电动车组 强迫缓解 M BCU PWM
国外高速列车发展形式主要包括动力集中式的列车和动力分散式电动车组。电动车组由于具有编组灵活，列车最大轴重相对较轻，启动速度快，并且可以充分利用再生制动，从而具有减少高速列车制动装置的磨损等突出优点，得到许多国家的重视。日本的高速列车自开行以来，全部采用动力分散的电动车组形式，德国第三代高速列车I CE3列车也采用动力分散形式。 各种高速电动车组都用电力制动和空气制动组合的制动方式(或增设其他非粘着制动)。各种制动系统均包括控制系统和基础制动装置，它们中既有相同或相似的部分，也具有各自的特点及不同之处。
从国外几代高速电动车组的形式及其制动系统的发展中可以看出，制动系统采用电气指令式的空气制动
和电力制动，通过电气信号传送制动指令，由微机进行数据处理和控制，优先使用再生制动或电阻制动等电力制动，通过电空转换装置控制空气制动。这样可以减少车辆之间的冲击力，提高乘坐舒适性。
电动车组制动系统要传送的制动电气指令包括：常用制动、紧急制动、非常制动、强迫缓解、停放制动以及备用制动转换信号。其中非常制动信号用一根常时带电的往返贯通引线传送，其地线单独用一根；强迫缓解、停放制动信号各用一根常时非带电的贯通线传送；而备用制动转换信号用一根常时带电的贯通线传送，它们采用公共地线。
常用制动、紧急制动、运行 牵引状态信号和手把取出状态电气信号是从头车或尾车的制动控制器产生，其形式可分为模拟式和数字式两大类，传送方式分为模拟式、数字式和计算机网三大类。
制动控制器产生的数字式的制动信号可直接传送给每辆车的制动控制单元(BCU)实现制动控制。如日本的JR四国121系列电车的制动控制器发出的就是
收稿日期:1998201204。
陈龙安：男,1964年生，讲师。数字式制动信号，用四根指令线，分别控制四个电磁阀，实现制动控制。当然也可用模拟方式和计算机网传送制动设定器产生的数字式制动信号。
制动控制器产生的模拟制动信号既可以用数字式传送，也可以用模拟式传送，还可以用计算机网传送。无论数字式还是计算机网传送，制动控制器产生的模拟制动信号都要先进行模数转换。计算机网直接把转换的数据送给各车厢的由处理器构成的制动控制单元(M BCU)；数字式传送还要用几位二进制数对转换的数据编码，每位二进制数都要用一根导线传送，导线上可用110V DC表示数字1,0V DC表示数字0，每根导线控制相应的制动电磁阀，从而实现制动控制。目前，可以不用传送导线直接控制制动电磁阀，而把它们传送的二进制数通过一定的转换直接传送给M BCU，实现制动控制。
模拟式传送就是用模拟量传送制动信号，常用的模拟量有直流电压、频率、脉宽等，有的还用模拟电流和交流相位。频率传送就是通过调频器把制动指令信号转变成频率信号，不同的频率对应不同制动等级，然后用一对双绞屏蔽线把频率信号送到每辆车的接受器，接受器再把频率信号转换成制动等级送给M BCU；脉宽传送通过脉宽调制器把制动等级转换成频率不变而脉宽发生改变的脉冲信号，不同的脉宽代表不同的制动等级，然后用一对双绞屏蔽线把该信号传送到各车辆的接受器，接受器把脉宽信号转换成制动等级送给M BCU。无论哪种传送方式，常用如下三种物理量：电流、电压和光。光一般用在脉冲信号(如脉宽信号、频率信号)和数字信号的传送上；电流和电压可用在各种信号的传送上。
1 常用制动、紧急制动、运行状态和手把取出状态信号传送
以PWM模拟传送方式为例。运行状态、常用制动、手把取出状态和紧急制动信号由电空制动控制器
成都华信电子设备厂
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1
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机控网
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高速列车铁道车辆 第36卷第8期1998年8月
产生的电压表示，用解调器把表示这些制动信号的模拟电压转换成某一固定频率、有效占空比在一定范围的PWM 信号。
电空制动控制器产生的电压信号通过脉宽调制器(PWM )变成脉宽随该电压大小改变的脉冲信号，该脉冲信号既可以用电压传送又可以用电流传送，还可以用光传送。电流传送属于能量传送，抗干扰能力强，但接插件和线路电阻对其影响较大；光传送的抗干扰能力最强，但成本很高，而且对各车厢连接处结构要求很高。因此，采用电压传送脉冲信号。为提高其抗干扰能力和简化解调电路，用60V DC 电压表示高电平,0V DC 电压表示低电平。
脉宽调制信号用数字电路解调，该电路主要由CPU 、计数器和看门狗组成。CPU 是电路的核心部分，
完成各种计算和控制并把获得的占空比数值或故障信号送给M BCU 和其他控制单元。计数器共有三个，其中一个计数器测试脉冲信号低电平宽度
，一个计数器
测试脉冲信号高电平宽度，还有一个计数器控制测试周期。看门狗能够使失去控制的CPU 恢复正常工作，在CPU 不能工作时发出严重故障信号，用于启动备用制动系统。2 非常制动信号传送
非常制动是安全制动之一，在常用制动和紧急制动失效或发生非常情况时使用。非常制动信号采用110V DC
的回路传送，其上串联了一系列的常闭开关，常态通电。当某一个开关断开时，该回路失电，使非常电磁阀和信号继电器失电，非常电磁阀实现非常制动，而信号继电器向其他控制单元发送非常制动信号，每辆车均安装非常制动电磁阀和信号继电器。头、尾车司机室各装一个应急开关和一个A T P 非常控制开关，每辆车都安装一个车长应急开关。非常制动电路原理图见图1。
图1 非常制动电路原理图
3 强迫缓解信号传送
非常制动后，列车故障未排除前，司机可按下强迫缓解开关使制动系统强迫缓解。头、尾车司机室中
各有
一个强迫缓解开关，各车辆均安装一个强迫缓解电磁阀和信号继电器，常态不通电，强迫缓解时由强迫缓解开关使其通电，实现强迫缓解，同时把强迫缓解信号传到其他单元。其原理图如图2所示。
图2 强迫缓解电路原理图
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22・铁道车辆 第36卷第8期1998年8月
提高粘着的利用与列车高速制动技术
初明玲(铁道部四方车辆研究所机电公司266031青岛)
摘 要 参照国外高速列车制动技术，从轮轨粘着的有效利用上简述我国高速制动技术的发展方向。
关键词 高速列车 制动技术 粘着 发展
1 引言
提高制动能力是既有线提速和开行高速列车的关键性因素之一。磁轨和轨磁非粘着制动存在成本高、有信号干扰、增加车辆自重、增加轨道磨耗及对轨道产生热影响等问题。因此，除德国I CE 城间高速列车及日本部分既有线装用非粘着制动机用于紧急制动外，国
收稿日期:1997202226。初明玲：男,1963年生，工程师。
外高速列车都采用依靠轮轨粘着的联合制动方式。提高粘着制动能力就要充分利用轮轨粘着。本文在简要介绍我国轮轨粘着状况及国外轮轨粘着研究成果的同时，从粘着有效利用上，对我国高速制动技术的开发谈一下个人意见。
2 关于轮轨粘着与高速列车的几个主要问题2.1 制动时的轮轨粘着
粘着系数受地理、气候等自然条件的影响，离散度
4 停放制动信号传送
停放制动信号只由头车或尾车司机室的停放开关控制，每辆车都有一个停放电磁阀和一个信号继电器,
停放继电器线圈通电使停放制动装置动作，信号继电器线圈通电时把该信号送给其他控制单元。其原理图如图3所示。
图3 停放制动电路原理图
5 备用制动信号传送
为保证电动车组的运行安全，除了正常的制动系
统外，一般都另设一套备用制动系统。在正常的制动系统发生故障或与其他列车混编时，需要用备用制动系统实现制动或缓解。司机可按动司机台上备用制动转换开关，通过贯穿列车的备用制动转换信号线，使整个列车由正常的制动系统切换到备用制动系统工作状态。
高速电动车组动力分散，工作可靠，乘坐舒适，制动时要求每辆车同时制动，并保证每辆车的制动力与其工作状态相对应，并要有防冲动控制作用。过去的制动模式已满足不了这个要求。因此，出现了各种组合的制动模式。我国铁路运输正在实现提速和重载，迫切需
要采用各种模式的电空制动，以保证运输安全。本文结合电动车组的电力制动和空气制动的一种组合模式讨论了制动电气信号的种类、功能、产生、传送以及与其他单元的关系，以期在这方面研究中起到一定参考作用。
参 考 文 献
1 铁道部科学研究院.国外高速列车译文集.1995
2 裴仁清，华卫平编.机床的微机控制技术.上海：上海科学技术文献
出版社,1990
3 张子廉，阮家栋主编.单片微机原理与应用.上海：上海科学技术文
献出版社,1992
4 国际电子报社编著.N ovell 工程师指南.北京：电子工业出版社,
1997
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32・高速列车
塑料提手铁道车辆 第36卷第8期1998年8月
ABSTRACT
Research of D era il m en t on Stra ight Ra il w ith Fla t Ra il Head
Hou W eix ing(m ale,bo rn in1958,p rofesso rial se2 n i o r engineer,Sifang Ro lling Stock R esearch In sti2 tu te,266031,Q ingdao)
Abstract A nalysis is m ade on the basis of test and research,in view of the derail m en t p rob lem on straigh t rail w ith flat rail head,and w ith com b inati on of actual acciden ts.Cau ses to derail m en t are found ou t,w h ich p rovides scien tific basis fo r setting up rec2 tificati on and refo rm m easu res.
Key W ords rail w ith flat head;derail m en t;test and research;analysis
D iscussion about Hu m id ify i ng Power i n Sta tic Test for A ir-Cond itioners on A ir-Cond itioned Pa s-senger Cars
T an Yuem ing(m ale,bo rn in1960,engineer,M e2 chan ical and E lectrical D ep artm en t of Sifang Ro lling Stock R esearch In stitu te,266031,Q ingdao)
Abstract O n the basis of test and analysis of the electric hum idifier,the diagram of changing of the hum idifying pow er co rrecti on facto r along w ith the laten t heat pow er and environm en t tem p eratu re is draw n.It p rovides co rrecti on basis fo r hum idificati on under differen t w o rk ing conditi on s.A nd i m p rovem en t suggesti on s are given fo r determ inati on of hum idify2 ing pow er in static test fo r p assenger car air2condi2 ti oners in the fu tu re to en su re the accu racy of hum idi2 ficati on.
KeyW ords electric hum idifier;rectificati on fac2 to r;laten t heat pow er;hum idifying pow er;test;analy2 sis
Proble m s R isi ng i n the Opera tion of Rap id Pa s-senger Cars for about One Y ear and Suggestion s Zhao Peiyu(fem ale,bo rn in1941,sen i o r engi2 neer,Shanghai D epo t of Shanghai R ail w ay B u reau, 200071,Shanghai)
Abstract T he th ree m ain typ es of troub les ris2 ing in the op erati on of rap id p assenger car fo r abou t one year and the cau ses are summ arized and ana2 lyzed.Co rresponding i m p rovem en t
m easu res and sug2 gesti on s are given.
Key W ords p assenger car;sp eed increase;op er2ati on troub le;i m p rovem en t suggesti on
Presen t Sta te and D evelop m en t Trend of Strength of Coupler No.13i n Our Coun try
书立Shao Zh ifang(m ale,bo rn in1940,sen i o r engi2 neer,Casting and Fo rging B ranch W o rk of Q ishuyan L ocom o tive&Ro lling Stock W o rk s,213011, Changzhou)
Abstract T he p resen t state of the strength of coup lers N o.13in ou r coun try is analyzed.It is po in t2 ed ou t that the N o.13coup ler of Grade C steel w h ich has a b reakdw on strength of3000kN can m eet the requ irem en ts of freigh t tran spo rt developm en t in ou r coun try,and sedu lou sly striving fo r h igher b reak2 dow n strength is no t necessary;T he po ten tialities of coup ler strength shall be tapp ed from i m p roving the p erfo rm ance of m anufactu re m aterials and the tech2 no logy of heat treatm en t;Effective m easu res shall be taken from the asp ects of i m p roving m anufactu re techno logy,in sp ecti on and rep air quality and the structu re,in o rder to stab ilize and i m p rove the strength level of coup ler N o.13as a w ho le.
灯光控制器Key W ords freigh t car;N o.13coup ler; strength;p resen t state;developm en t
Report on Study and I nvestiga tion of X2000T ilt-i ng Tra i n s
Xu Y ingjie(m ale,bo rn in1971,assistan t engi2 neer,Guangshen D epo t of Guangzhou R ail w ay (Group)Co rpo rati on,510630,Guangzhou)
Abstract T he reason s of u sing X2000by SJ are in troduced.T he m anagem en t system of op erati on,in2 sp ecti on and rep air,as w ell as the m ain techn ical characteristics of X2000are focu sed.
Key W ords X2000;tilting train;rep air system; techn ical characteristics
Electr ica l Signa ls for Brak i ng on H igh Speed E M Us and The ir Tran s m ission
Chen L ongan(m ale,bo rn in1964,lectu rer,M e2 chan ical Engineering D ep artm en t of Shanghai R ail2 w ay U n iversity,200333,Shanghai)
Abstract D escribed are the electrical signals fo r b rak ing system on E M U s and their tran s m issi on,the generati on and realizati on of electrical signals fo r b rak ing in electrical b rak ing and air b rak ing m odes.
Key W ords b rak ing;E M U;fo rced release; M BCU;PWM
I m prove m en t of Util iza tion of Adhesion and H igh Speed Brak i ng Technology of Tra i n s
Chu M ingling(m ale,bo rn in1963,engineer,M e2 chan ical and E lectrical Com p any of Sifang Ro lling Stock R esearch In stitu te,266031,Q ingdao)
Abstract W ith reference to b rak ing techno logy of h igh sp eed train s ab road,the developm en t o rien ta2 ti on of h igh sp eed b rak ing techno logy in ou r coun try is described b riefly from the effective u tilizati on of w heel2rail adhesi on.
Key W ords h igh sp eed train;b rak ing techno lo2 gy;adhesi on;developm en t
D iscussion about the Strength of Narrow Gauge Pa ssenger Car Underfram e Exported to N iger i a Sun Yan(fem ale,bo rn in1966,engineer,Passen2 ger Car D esign D ep artm en t of Sifang L ocom o tive& Ro lling Stock W o rk s,266031,Q ingdao)
Abstract M ain techn ical p aram eters and struc2 tu ral characteristics of the p assenger cars expo rted to N igeria are in troduced.O n the basis of the resu lts of static strength test fo r underfram e steel structu re,the op ti m izati on schem e fo r underfram e structu re is p u t fo rw ard.
Key W ords narrow gauge;p assenger car;un2 derfram e steel structu re;op ti m izati on;research;N
ige2 ria
W eld i ng Technology for Side Support Beam on Schnable Car D20
M eng Fan jin(m ale,bo rn in1953,engineer, B ranch W o rk fo r Ho ist,Q iqihaer Ro lling Stock W o rk s,161002,Q iqihaer)
Abstract T he side suppo rt beam is one of the m ain load bearing p arts on schnabel car D20.To deter2 m ine the w elding techno logy reasonab ly acco rding to actual on2the2spo t conditi on s is the key to en su re quality of the side suppo rt beam.T h is p ap er begin s w ith determ in ing the techno logical schem e,and the techno logy in the actual m anufactu re p rocess of steel structu re on the car D20is summ arized.
Key W ords schnab le car;side suppo rt beam; w elding;techno logical schem e
W ays to I m prove A ir Qua l ity i n A ir-Cond itioned Tra i n s拖曳臂式悬架
Chen H uanx in(m ale,bo rn in1964,associate p ro2fesso r,M echan ical and E lectrical Engineering In sti2 tu te of Changsha R ail w ay In stitu te,410075,Chang2 sha)
Abstract In view of the p resen t conditi on s w h ich on ly the tem p eratu re2regu lating in air2condi2 ti oned train s is laid stress on,it is em p hasized that the air quality in side the car m u st be p aid atten ti on to;A nd m easu res to i m p rove air quality are given ou t.
Key W ords air2conditi oned train;air quality; evaluati on index;m easu re
Overa ll D esign of Standard ized Brake Shop i n D epot
M a Q i(m ale,bo rn in1966,engineer,L ocom o tive &Ro lling Stock Secti on of N o rthern X in jiang R ail2 w ay Com p any,830011,W u lum uqi)
Abstract O n the basis of p ractical exp eriences fo r m any years,such requ irem en ts as techno logical p rocess,equ i pm en t selecti on and layou t of standard2 ized b rake shop in depo t are discu ssed.
Key W ords depo t;standardized b rak ing shop; techno logical layou t
Ana lysis about Crack i ng of Brake Beam on Bog ie Zhuan8A and Suggestion s for I m prove m en t
Gao Changhong(m ale,bo rn in1950,engineer, F reigh t Car Shop of D alian L ocom o tive&Ro lling Stock W o rk s,116022,D alian)
Abstract Cau ses to crack ing of b rake beam s are analyzed com p rehen sively,suggesti on s fo r i m p rove2 m en t are given so as to i m p rove quality of b rake beam s and reduce rep air rate.
Key W ords typ e Zhuan8A;b rake beam;crack2 ing analysis;i m p rovem en t m easu re
Fea sib il ity Study to D etect Hot Box of Pa ssenger Car w ith the Second Genera tion I nfrared Flaw D etec-tor
L ian J ie(m ale,bo rn in1943,sen i o r engineer, Ro lling Stock D ep artm en t of Shenyang R ail w ay B u2 reau,110001,Shenyang)
Abstract T he detecti on of ho t box of p assenger cars w ith several k inds of second generati on infrared flaw detecto rs being app lied in ou r coun try at p resen t is described.P rob lem s ex isting and w ays to so lve them are p u t fo rw ard.
Key W ords second generati on infrared flaw de2 tecto r;p assenger car;ho t box detecti on
