动车组制动夹钳防冻结控制有哪些方法呢，其实验原理是什么？

文|农夫

运行在北方严寒地区的动车组，车辆转向架处的制动夹钳易被冰雪附着，影响制动摩擦性能。

并且在库外长时存放时容易被冻结，造成车轮抱死，严峻影响列车的行车安全和运营组织。

本文针对该问题，调研国内外融冰除雪的方法，并分析制动夹钳被冻结的机理，提出一种防冻结操纵方法，由制动操纵单元实现对制动夹钳的逻辑操纵，达到防冻结的目的。

该技术易于实现，可节省大量的人力、物力及部件改造的时间和成本，有效提高动车组的运用效率及复杂环境适应性。

运行在北方严寒地区的动车组，冬季风雪气候运行时，车辆速度较快，转向架区域产生气流漩涡，容易卷起轨道上的积雪，堆积于转向架的关键部件处。

其中落入制动夹钳处的积雪，受制动摩擦副产生的高温，融解成水，水在低温的环境下凝聚成冰，最终在制动夹钳处形成冰雪附着，降低了制动摩擦副的摩擦性能。

当车辆运行结束后存放于无遮挡环境的存车线上，冰雪在低温环境下，加上冷空气的影响，会逐步冻结，使制动夹钳与制动盘被附着的冰雪完全覆盖并深度冻结。

那么本次动车组制动夹钳防冻实验的最终结果中，有哪些方法会有效提升列车高寒地区的行驶呢？

一、制动夹钳冻结机理

如图1所示，制动操纵单元安装在车辆设备舱内，而制动夹钳安装在转向架上，与轨面距离较短，容易被积雪附着。

当车辆高速运行时，转向架底部和侧部的空气直接灌入到转向架区域，形成复杂的湍流运动，产生较多气流漩涡，雪花颗粒便在漩涡内相互吸附，黏附在制动夹钳处，形成积雪。

车辆制动时积雪受到摩擦副产生的高温热量的影响，化为雪水，当摩擦副冷却后，受冷空气的影响，雪水凝聚成冰。

由于车辆整个运行过程中，基本处于牵引或惰行状态，制动频率较少，且制动时电制动力优先，所以，实施气制动的制动夹钳动作频率相对较少，长时间不动作，之前形成的冰雪会逐步增厚，严峻影响制动摩擦性能。

在车辆运行结束后，如无入库检修计划，则动车组需存放于库外存车线，连续的风雪导致制动夹钳最终被深度冻结。

二、国内外融冰除雪方法

（一）国外铁路融冰除雪

动车组的积雪结冰问题，同样困扰着国外的同行，各国的铁道运输部门都在列车融冰除雪方面做了大量的科学研究工作。

以日本为例，作为冬季多雪的国家，其新干线的防冰雪措施主要从线路结构设计、动车组结构设计、线路除雪措施等方面考虑。

线路上，采纳抬高路基的方法，排除积雪对行车的影响，同时还使用热水喷淋装置进行融雪，使用动车组上自带的犁式排障器（高寒地区正线运营车辆的车头都装配有推雪犁）将线路上的积雪推开至路基或排雪格栅。

车辆方面，采纳一体化设计，将转向架封闭在导流罩内，减少外部进雪。

对于车辆转向架的积雪结冰，车辆检修基地无专门的融冰除宵库及设备，主要采纳进库后自然融解及人工敲凿的方式清除冰雪。

（二）国内铁路融冰除雪

哈大线在2012年开通，是国内首条高寒地区的高铁线路，在动车组的融冰除雪方面经验最为丰富。

在哈大高速铁路建设初期，考虑到冰雪灾害对动车组的影响，哈尔滨、沈阳等地设计修建了融冰除雪库，并建立了应急预案。

根据多年的实际情况不断摸索、优化融冰除雪方法，由最初耗费大量人力使用高压热水小车、橡胶锤等工具，进行人工融冰除雪；

到现在成功研制出防冰及融冰除雪装备，采纳喷涂防冻液、低压热水热风除冰融冰方法进行自动化作业，初步形成了满足我国动车组运用维护要求的技术手段。

三、防冻结操纵方案

虽然有哈大线融冰除雪的经验可以借鉴，但是中国幅员辽阔，低温气候也存在较大差异，各动车段检修库的设计和功能也不尽相同，特别是对于北方非高寒地区的动车段。

基本没有配置专门的融冰除雪库，对于突降大雪的应急方案不够完备，存在动车组融冰除雪不力的情况；

而对于配置了融冰除雪库的高寒地区的动车段，由于动车组检修数量的增加，存在库线能力不足、作业时间长、融冰除雪占用检查库线时间增加，影响次日正常开行的问题。

因此，针对关系到列车运行安全的制动系统，从制动夹钳的冻结机理出发，提出防冻结的操纵技术十分必要。

（一）制动操纵原理

制动操纵单元为气动式操纵设备，主要由电子制动操纵单元（EBCU）气动操纵单元（PBCU）两部分组成，由车辆总风管提供压缩空气作为能源，实现常用制动、紧急制动EB、紧急制动UB等制动功能。

其中，紧急制动UB不受EBCU操纵，仅由PBCU上机械式的紧急电磁阀，根据车辆紧急制动安全回路硬线，在失电时自动输出制动缸压力。

制动缸压力推动制动缸内部内活塞运动，驱动制动夹钳动作，输出压紧力使夹钳上的闸片贴近制动盘产生摩擦作用，实现车辆减速或者停车的制动功能。

（二）防冻结机理

防冻结核心机理就是运动，在保证制动系统安全制动的情况下，制定智能化的操纵策略，使制动夹钳连续一定时间进行自动化的制动、缓解动作，产生足够的破冰力，使冰雪不能凝固，达到防冻结的目的。

（三）车辆运行时防冻结方案

当EBCU检测到清洁制动指令且列车处于牵引或惰行状态时，并且列车速度高于40km/h以上时，自动施加70kPa的气制动力，指令撤销后，压力缓解。

多次操作，增加了制动夹钳的动作频率，使堆积于制动夹钳处的冰雪无法凝聚，同时对制动盘也进行了有效的摩擦，幸免了冰雪对于摩擦性能的影响。

（四）库外长时停放防冻结方案

1、模拟试验

对制动夹钳进行长时间停放的模拟冻结试验，环境舱温度设置在-25℃，模拟降雪，整个过程每间隔10分钟往夹钳上淋水；

分别模拟制动夹钳被整体冻结、关键部件局部冻结（转动轴、闸片及制动盘）的试验工况，并通过模拟施加较大牵引力，制动盘是否旋转来推断制动夹钳是否被冻死。

试验结果如下：

（1）制动夹钳转动轴单独冻结，不会导致冻死，施加较大牵引力制动盘可破冰旋转，而闸片和制动盘冻结或者夹钳整体冻结，牵引时制动盘不能破冰旋转，需施加常用制动7N以上制动，并间歇式制动/缓解动作多次方可破冰旋转。

（2）制动夹钳缓解状态相比制动状态下更容易冻死。

（3）冰雪天气下，库外低温存放2小时内使夹钳间歇性动作，可有效降低夹钳冻死的概率，考虑到库外环境的复杂性，确定夹钳间歇动作时间为3小时，并且夹钳间歇动作循环周期应小于30分钟。

（4）常用制动7N制动缸压力存在不能破冰的情况，所以需紧急制动EB制动力可保证完全破冰。

2、操纵方案

根据模拟试验结果，对库外长时停放时的防冻结操纵方案如下：

（1）车辆条件

为保证车辆停放安全，停放制动需施加，另外为保证制动夹钳的破冰力，制动手柄需置于紧急制动EB位。

（2）防冻结指令

另外，考虑到该功能仅限冬天使用，在防冻结指令开关处设置铅封，防止司机误操作。

（3）操纵逻辑

在各车缓解紧急制动EB制动压力时，由于车辆紧急制动EB指令仍旧作用，仅单车的制动缸压力缓解，存在单车检测到制动力不足的故障，所以当单车BCU进入到缓解动作序列时，需屏蔽制动力不足故障检测功能。

（4）状态显示

设置防冻结动作界面，方便司机随时掌握各车防冻结动作状态以及故障信息，及时进行处理。

（5）故障诊断

四、结论

该防冻结操纵方法，实现较为简单，可节省动车组转向架结构优化的时间和成本，可有效解决动车组运行时因冰雪附着造成制动性能降低的问题；

同时，也可以有效解决动车组库外长时停放时，制动夹钳被冻结的问题，可有效提高动车组的运用效率以及制动系统复杂环境适应性。

参考文献

[1]席永久．高寒地区动车组综合整备库研究[J]．哈尔滨铁道科技，2018，4.

[2]钱耀东，刘护宪．关于动车组冬季融冰除雪的分析与对策[J]．铁道机车车辆，2016，6.

[3]苗秀娟，何侃．高速列车转向架区域积雪形成原因及防积雪研究[J]．中南大学学报（自然科学版），2018，3.