一、引言CRH3型動車組作為中國高鐵網(wǎng)絡(luò)的核心車型之一，其安全運行依賴于完善的制動系統(tǒng)?？諝庵苿酉到y(tǒng)作為電空聯(lián)合制動的重要組成部分，承擔著電制動失效時的備用制動、緊急情況下的安全停車以及靜止狀態(tài)的防溜等關(guān)鍵功能。本文從系統(tǒng)架構(gòu)、核心部件工作原理、控制邏輯及維護要點等方面，詳細解析CRH3型動車組空氣制動系統(tǒng)的工作機制，為相關(guān)技術(shù)人員提供專業(yè)參考。二、空氣制動系統(tǒng)整體架構(gòu)CRH3型動車組空氣制動系統(tǒng)采用分布式控制+集中供風的設(shè)計方案，主要由以下五部分組成（見圖1，此處以文字描述替代框圖）：1.供風系統(tǒng)：產(chǎn)生并存儲干燥、清潔的壓縮空氣，為整個制動系統(tǒng)提供動力源；2.制動控制單元（BCU）：接收司機指令與車輛狀態(tài)信號，計算并分配制動力，控制制動執(zhí)行機構(gòu)動作；3.制動執(zhí)行機構(gòu)：將空氣壓力轉(zhuǎn)化為機械摩擦力，實現(xiàn)列車減速或停車；4.防滑保護系統(tǒng)：監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)速，防止制動時車輪抱死滑行，保障制動效率與車輪安全；5.輔助裝置：包括壓力傳感器、管路、閥門等，用于信號傳遞與系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測。各部分通過列車網(wǎng)絡(luò)（TCN）實現(xiàn)信息交互，形成“感知-決策-執(zhí)行”的閉環(huán)控制流程。三、供風系統(tǒng)：壓縮空氣的產(chǎn)生與管理供風系統(tǒng)是空氣制動系統(tǒng)的“動力心臟”，其功能是為制動系統(tǒng)及列車輔助裝置（如車門、空調(diào)）提供符合壓力與純度要求的壓縮空氣。CRH3型動車組供風系統(tǒng)采用雙空壓機冗余設(shè)計，確保供風可靠性。（一）空氣壓縮機：動力來源CRH3型動車組采用螺桿式空氣壓縮機（安裝于動力車），其工作原理為：電機驅(qū)動兩根相互嚙合的螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿間的容積逐漸縮小，將吸入的空氣壓縮；壓縮后的空氣通過排氣口進入后冷卻器，降低溫度（防止后續(xù)部件過熱）；空壓機采用壓力開關(guān)控制，當儲風缸壓力達到上限（如10bar）時自動停機，低于下限（如8bar）時重啟，保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。（二）空氣干燥器：凈化與除濕壓縮空氣中的水分、油分及雜質(zhì)會導(dǎo)致管路腐蝕、閥門卡滯，因此必須通過干燥器凈化。CRH3型動車組采用雙塔吸附式干燥器，其工作流程為：壓縮空氣進入其中一個干燥塔，通過吸附劑（如分子篩）去除水分與油分；另一個干燥塔處于再生狀態(tài)（用干燥空氣反向吹掃，排出吸附的水分）；兩塔每隔一定時間切換工作狀態(tài)，確保持續(xù)輸出干燥空氣（露點溫度≤-40℃）。（三）儲風缸：壓力存儲與分配儲風缸用于存儲干燥后的壓縮空氣，分為三類：1.主儲風缸：存儲系統(tǒng)總壓縮空氣，為制動、輔助系統(tǒng)提供氣源；2.制動儲風缸：專門為制動系統(tǒng)預(yù)留的高壓空氣，確保制動時壓力穩(wěn)定；3.輔助儲風缸：為車門、空調(diào)等輔助裝置提供低壓空氣（如6bar）。儲風缸采用不銹鋼材質(zhì)，防止腐蝕，并通過壓力傳感器實時監(jiān)測壓力，若壓力異常（如低于7bar），系統(tǒng)會報警并觸發(fā)備用制動。四、制動控制單元（BCU）：智能控制核心制動控制單元（BCU）是空氣制動系統(tǒng)的“大腦”，負責接收輸入信號、計算制動力、分配制動方式（電制動/空氣制動），并控制執(zhí)行機構(gòu)動作。CRH3型動車組每輛車均配備冗余BCU（主/備模式），確保故障時無縫切換。（一）輸入信號：感知車輛狀態(tài)BCU的輸入信號來自多個傳感器與系統(tǒng)，主要包括：司機指令：制動手柄位置信號（常用制動）或緊急制動按鈕信號；列車狀態(tài)：列車速度（來自速度傳感器）、載重（來自空氣彈簧壓力傳感器）、電制動狀態(tài)（來自牽引控制單元TCU）；反饋信號：制動缸壓力（來自壓力傳感器）、車輪轉(zhuǎn)速（來自防滑傳感器）。（二）控制邏輯：制動力的計算與分配BCU的核心邏輯是電空聯(lián)合制動優(yōu)先，即優(yōu)先使用電制動（再生制動），不足部分由空氣制動補充。具體流程為：1.制動力計算：根據(jù)司機指令（如制動級位）與列車狀態(tài)（速度、載重），計算所需總制動力；2.電制動分配：向TCU發(fā)送電制動請求，TCU反饋電制動實際輸出力；3.空氣制動補充：若電制動不足，BCU計算所需空氣制動力，并轉(zhuǎn)換為制動缸壓力指令；4.防滑修正：結(jié)合防滑傳感器信號，調(diào)整各車輪制動壓力，防止滑行。（三）輸出執(zhí)行：壓力調(diào)節(jié)與指令傳遞BCU通過比例電磁閥（E/P閥）將電信號轉(zhuǎn)換為空氣壓力信號，控制制動缸壓力。比例電磁閥的工作原理為：輸入電流與輸出壓力成正比（如0~200mA對應(yīng)0~10bar）；BCU根據(jù)計算結(jié)果輸出相應(yīng)電流，比例電磁閥調(diào)節(jié)制動缸壓力，實現(xiàn)制動力的精確控制。五、制動執(zhí)行機構(gòu)：從壓力到制動力的轉(zhuǎn)化制動執(zhí)行機構(gòu)是空氣制動系統(tǒng)的“手腳”，負責將BCU輸出的壓力信號轉(zhuǎn)化為機械摩擦力，實現(xiàn)列車減速。CRH3型動車組采用盤形制動（輪盤+軸盤組合），其結(jié)構(gòu)如圖2（文字描述）所示：（一）制動缸：壓力-機械力轉(zhuǎn)換制動缸是連接空氣壓力與機械動作的關(guān)鍵部件，CRH3型動車組采用膜式制動缸（部分車型為活塞式），其工作原理為：壓縮空氣進入制動缸，推動膜片（或活塞）移動，帶動推桿伸出；推桿推動制動夾鉗動作，將空氣壓力轉(zhuǎn)化為機械推力（推力與壓力成正比）。（二）制動夾鉗：閘片與制動盤的接觸制動夾鉗采用浮動式設(shè)計（部分為固定式），其作用是將制動缸的推力傳遞給閘片，使其夾緊制動盤。浮動式夾鉗的優(yōu)勢在于：閘片與制動盤接觸均勻，減少磨損；可自動補償閘片磨損，保持制動力穩(wěn)定。（三）制動盤與閘片：摩擦制動的核心制動盤與閘片是摩擦制動的核心部件，其性能直接影響制動效果與壽命：制動盤：采用通風盤設(shè)計（表面有大量通風孔），用于快速散熱（高速制動時溫度可達800℃以上）；材質(zhì)為低合金鑄鋼（部分車型采用復(fù)合材料），具有高硬度、耐高溫特性；閘片：采用合成材料（如樹脂+金屬纖維），具有摩擦系數(shù)穩(wěn)定、磨損小、無噪音等優(yōu)點；閘片磨損到極限（如剩余厚度≤5mm）時，系統(tǒng)會報警提示更換。六、防滑保護系統(tǒng)：防止滑行的關(guān)鍵高速列車制動時，若車輪抱死滑行，會導(dǎo)致制動距離延長、車輪踏面擦傷（“熱斑”），甚至引發(fā)脫軌事故。防滑保護系統(tǒng)的作用是實時監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)速，調(diào)整制動壓力，保持車輪處于“即將抱死但未抱死”的狀態(tài)，確保最大制動效率。（一）工作原理：轉(zhuǎn)速監(jiān)測與壓力調(diào)整CRH3型動車組防滑保護系統(tǒng)采用每個車輪一個速度傳感器（電磁式或光電式），其工作流程為：1.轉(zhuǎn)速采集：速度傳感器監(jiān)測每個車輪的轉(zhuǎn)速，傳遞給BCU；2.參考速度計算：BCU根據(jù)所有車輪轉(zhuǎn)速，計算列車參考速度（通常為最高轉(zhuǎn)速或平均值）；3.滑行判斷：若某車輪轉(zhuǎn)速低于參考速度一定比例（如10%~15%），判定為“滑行趨勢”；4.壓力調(diào)整：BCU控制防滑電磁閥（排風閥）降低該車輪制動缸壓力，直到轉(zhuǎn)速恢復(fù)；隨后逐漸增加壓力，循環(huán)調(diào)整。（二）控制策略：閉環(huán)調(diào)節(jié)與快速響應(yīng)防滑系統(tǒng)采用閉環(huán)PID控制，反應(yīng)時間≤100ms，確保在車輪抱死前完成壓力調(diào)整。其控制策略包括：輕度滑行：小幅降低制動壓力（如1~2bar）；重度滑行：完全切斷制動壓力（排風），待轉(zhuǎn)速恢復(fù)后重新建壓；同步控制：若多個車輪同時滑行，調(diào)整所有車輪壓力，保持列車穩(wěn)定性。七、制動模式：適應(yīng)不同場景的制動策略CRH3型動車組空氣制動系統(tǒng)支持多種制動模式，以適應(yīng)不同運營場景：（一）常用制動：正常運營的常規(guī)制動常用制動是司機日常操作的制動模式（如減速進站），其特點為：電空聯(lián)合制動：優(yōu)先使用電制動（再生制動），空氣制動補充；制動力可調(diào)：制動手柄分為多個級位（如1~7級），對應(yīng)不同制動力（如0.1~0.8m/s2）；平穩(wěn)性好：BCU通過比例閥調(diào)節(jié)制動壓力，避免制動沖擊。（二）緊急制動：突發(fā)情況的安全保障緊急制動是列車遇到突發(fā)情況（如前方障礙物、信號故障）時的最高優(yōu)先級制動模式，其特點為：最大制動力：電制動與空氣制動同時達到最大值（如1.2m/s2）；強制觸發(fā)：司機按下緊急制動按鈕或ATP（列車自動保護系統(tǒng)）觸發(fā)，無法人工解除；防滑優(yōu)先：防滑系統(tǒng)全力工作，確保制動距離最短（如300km/h時制動距離≤3000m）。（三）停放制動：靜止狀態(tài)的防溜措施停放制動用于列車停車后防止溜車（如車站待避、夜間停放），其特點為：彈簧制動：采用彈簧儲能制動缸，當壓縮空氣釋放時，彈簧彈力推動制動夾鉗夾緊制動盤；人工解除：需要啟動時，通入壓縮空氣（如8bar）克服彈簧力，解除制動；冗余設(shè)計：若彈簧制動失效，可通過手動制動裝置（如手輪）輔助制動。八、系統(tǒng)安全設(shè)計與維護要點CRH3型動車組空氣制動系統(tǒng)的安全設(shè)計以“冗余、監(jiān)測、保護”為核心，同時日常維護是保持系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。（一）冗余設(shè)計：提高可靠性供風冗余：雙空壓機設(shè)計，一臺故障時另一臺可滿足供風需求；控制冗余：每輛車配備雙BCU，主BCU故障時備BCU自動接管；執(zhí)行冗余：制動夾鉗采用雙活塞設(shè)計，一個活塞故障時另一個可維持部分制動力。（二）故障監(jiān)測與保護狀態(tài)監(jiān)測：BCU實時監(jiān)測儲風缸壓力、制動缸壓力、空壓機運行狀態(tài)、干燥器狀態(tài)等，通過列車網(wǎng)絡(luò)報警；失效保護：若BCU故障，觸發(fā)緊急制動；若供風系統(tǒng)故障（壓力≤6bar），觸發(fā)備用制動（手動控制空氣制動）；超限保護：制動盤溫度超過極限（如900℃）時，系統(tǒng)限制制動功率，防止制動盤損壞。（三）日常維護：延長壽命與保持性能空壓機維護：定期檢查空壓機噪音、溫度、振動，清理進氣濾芯；干燥器維護：檢查干燥劑顏色（藍色為正常，粉色為失效），定期更換；制動部件維護：檢查制動盤磨損（厚度≤允許值）、閘片剩余厚度（≥5mm），清理制動夾鉗導(dǎo)向銷（防止卡滯）；防滑系統(tǒng)維護：清潔速度傳感器（防止灰塵影響轉(zhuǎn)速監(jiān)測），檢查傳感器間隙（≤1mm）；管路維護：用肥皂水檢查管路泄漏（無氣泡為正常），定期更換過濾器（每半年一次）。九、結(jié)論CRH3型動車組空氣制動系統(tǒng)是集“供風、控制、執(zhí)行、保護”于一