让制动系统真正成为复兴号的安全守护神

2019年9月24日20:23:56让制动系统真正成为复兴号的安全守护神已关闭评论 118 views

让重约500吨、处于高速运行的动车安全有效地停下来,离不开制动系统。通俗一点说,制动系统就是动车的刹车系统。

中国铁道科学研究院北京纵横机电科技有限公司 (以下简称铁科院纵横机电)副总经理康晶辉,把中国工业报记者领到展示厅一个复兴号动车组司机室的模拟台上,指着透明地板下的各种装置说: “除了装有制动系统 ‘大脑’的小箱子被放置在车上,其他制动系统的关键部件都在车下,处于我们看不见的地方,它们 ‘负责’动车的运行调速和安全停车。我们铁路人常说 ‘不怕车跑不起来,就怕车停不下来’,指的就是制动系统的重要性,因此称其为 ‘安全守护神’。”

据了解,历经复兴号2015年上线试验、2017年批量投入运营,目前,铁科院纵横机电已交付复兴号制动系统折合标准列接近400列,运行里程1亿多公里,没出现过一起影响安全的问题。

从差距大到有所超越

1950年建院之初,铁科院就将制动系统定为专业方向之一,发展历史悠久。 “我们也曾走过一段消化吸收再创新的路,在中国铁路数次‘提速、提运力’中做出了贡献。复兴号研制过程中,铁科院纵横机电开发出中国自主的制动系统,并成功应用于复兴号系列动车。 “如果说二三十年前和国外先进水平相比,我们还有较大差距,那在 ‘复兴号’的研制过程中已迎头赶了上来,有的技术指标还有所超越。” 康晶辉说。

制动开发部是一支年轻、充满朝气的队伍,40岁以下的科研人员占到75%。作为复兴号动车组制动控制软件研发团队中的一员,章阳告诉中国工业报记者,复兴号动车组的每一辆车厢都安装有制动控制单元,也就是制动系统的 “大脑”。头车所在的制动控制单元扮演 “队长”的角色,它能够准确接收司机发出的制动指令,识别制动级位,然后根据当前的列车速度、目标减速度、列车重量,计算出需要的制动力,合理分配到各车厢。各车厢的制动控制单元,听从 “队长”指挥,去控制电制动和摩擦制动,令列车减速。

据了解,头车装有两个互相冗余的制动控制单元。也就是说, “队长”失灵的时候,还有一个 “副队长”能够及时接管工作,保障列车的安全。制动控制软件会按照一个平滑的减速度控制曲线输出制动力,限制纵向的冲击力。所以,复兴号动车组的减速和停车过程更平稳,旅客乘坐更舒适,停车位置更准确。 “我们研发的制动控制软件具有完全的自主知识产权,符合铁路控制和防护系统软件EN50128标准,通过了德国技术监督协会TUV的功能安全认证。我们还申请了制动控制、防滑控制、轴不旋转监测、减速度闭环控制、故障诊断、人机交互、服务终端等13项软件著作权。”章阳兴奋地告诉中国工业报记者。

制动系统的每一个部件都凝结着研发人员的心血。铁科院纵横机电制动开发部副主任曹宏发介绍: “制动盘外表看起来就是一块铁家伙,但等供应商干起来才知道,里面的学问很深,技术水平要求高。我们对制动盘产品的缺陷容忍率是零,它以时速350公里的高速奔驰在轨道上,并与铁轨接触,如果有一点问题,就都是灾难性的。因此,我们称制动盘是生命盘,关系到旅客的生命安全,我们对它也要像对待生命一样高度负责。样机研制就花了两年时间,前前后后试制二三十次。我们的科研人员和供应商一起蹲守在炉旁,就像等着新生命的诞生。从2012年开始,样机能够满足性能要求了,之后小批量生产,最初一炉子能出两三个,回来测试合格,就很开心,但需求量大了,一批产品里面就有差异了;随即就又开始攻关,请教热处理、材料专家,找原因,制定整改方案,强化热处理工艺。为了保持一致性,我们花了大量精力。”从装车调试,到整车型式试验,到运用考核,再到2017年大批量推广应用,科研人员始终处在时间紧、压力大的状态下。经过持续的优化改进,制动盘产品顺利通过了60万公里的运用考核。

成功搭建自主研发测试制造平台

在参观过程中,铁科院研究员张波一再强调: “我们不是简单地完成了一个制动系统的产品或者是项目,而是通过研制,搭建起自主研发、测试、制造的平台,平台的成功搭建对产业发展的支撑作用意义重大。”

在复兴号动车组制动系统的研制过程中,纵横机电制动系统研发人员始终担当着领头羊的角色,紧密围绕铁路运输需要、中国国情和最新技术的发展方向,引领着行业的进步。他们通过总结既有动车组的运用经验,开展了制动系统互联互通设计和部件统型设计。这项工作不仅仅是一个技术层面的难题。

通过国内行业的共同努力,制动系统供应商最终均采用相同的网络通讯协议,推动制动系统在整车层面实现了互联互通互操作。另外,制动系统中11项关键部件实现了统型互换,真正达到了提高运输效率、降低备品备件种类和检修维护成本的目的。

据了解,复兴号动车组制动系统的研发采取了完全基于需求的自主化设计,摆脱了国外的技术平台和标准的制约和依赖;同时,构建了自主化制动系统研发平台、试验平台和制造平台,并通过欧洲认证机构的安全认证,在技术、产品、测试、诊断、系统集成等全流程上,实现了整套制动系统 (包括制动控制系统、基础制动装置、供风系统等)软硬件的完全自主化,形成了符合中国国情的制动系统技术标准体系。由铁科院纵横机电主持和参与编制的制动系统标准共35项,包括国际标准6项、铁路标准7项、行业技术规范9项、统型技术条件13项。这些标准形成了复兴号制动系统标准体系的核心,是指导制动系统及其零部件设计的重要依据。

曹宏发表示,我们自主化的制动系统的技术水平不仅完全跟上了国外步伐,有的方面还处于引领地位。但技术永远是朝前发展的,没有止境。目前,我们正在加紧研发涡流制动技术,可以让车和轨不产生接触,而靠电磁。今年有望研制出涡流制动的样机,届时,采用涡流制动技术的动车组将大幅提升制动能力,也就是,在时速350公里情况下,复兴号动车组刹车时可缩短制动距离三分之一。

weinxin
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