王 高，涂智文

（南车长江车辆有限公司 产品研究所，湖北武汉430212）

ECP技术发展及技术研发探讨

王 高，涂智文

（南车长江车辆有限公司 产品研究所，湖北武汉430212）

介绍了国外ECP制动系统的研制概况、运营效益、技术方案及作用原理，对我国自主研发ECP技术的研究方向及技术路线相关问题进行了初步探讨。

ECP；研发；制动

目前我国在大秦线已开行了2万t货物列车，为进一步挖潜增效，释放运能，缓解我国电煤等大宗物资运输紧张的状况，开行更大牵引吨数的列车成为发展方向，这对列车制动系统提出了新的要求。

虽然我国在2万t货物列车上采用了美国GE公司的机车同步操作Locotrol技术或南车的TECTROMS机车无线重联同步技术，但仍存在空气制动机所共有的问题。传统空气制动信号由空气波传递，以约为声速2/3的速度移动，信号到达列车最后一辆车的时间随列车长度而显著上升。为确保重载列车安全性，在列车牵引吨数大幅提升的同时，不降低列车开行对数及运行速度，实现运输总量的绝对提升，借鉴国外有益经验，制动系统需要突破传统空气制动局限，而寻求ECP制动系统这一解决方案。自从19世纪70年代末开发自动空气制动机以来，ECP制动技术是铁路货物列车制动技术中最大的飞跃。

1 国外ECP制动系统研制概况

ECP电空制动系统是Wabtec公司1994年开始研制的，最早于1998年装车运用。美国、巴西、澳大利亚、加拿大等实行重载运输的国家已逐渐推广使用ECP，并有大量既有车计划进行ECP改造。经过数百万英里的车辆运用经验积累，AAR已于1997年5月制定了一整套缆接ECP系统工业标准。ECP系统由机车和每辆车辆上的控制单元及列车网络组成，通过列车网络传递控制信息，使每节车辆同步制动或缓解，利用贯通全列车的电缆可同时实现机车动力分散牵引控制。目前ECP在国内货车的运用方面还是空白，但一些科研院所及企业已经开始开展研发工作。

2 ECP制动系统运营效益

国外BSNF、CP、QCM、Spoornet、CSX等多个公司的ECP制动系统线路运用经验表明，装有ECP列车可获得的运营效益如下：

（1）简化列车操纵

整列车同步制动及阶段缓解相结合，极大地简化了列车的操纵。从而降低了与列车操纵有关的脱轨危险性；减小列车的纵向冲击力；制动距离减小50%～70%，降低紧急制动时脱轨危险性；增加列车长度和质量；降低对司机技能要求。

（2）缩短运转周期

制动距离减小、有阶段缓解和连续再充气功能，可提高列车部分线路区间的速度；

停车后制动管维持充气状态，且制动机可在15 s内完全缓解，可缩短列车从制动到起动的时间；

实现了对每辆车制动系统的监控，可加快每次发车前的检测；

采取连续监控，可排除线路上的制动检查；

减少了列车的纵向冲击力，可降低发生车辆间的撞击及分离事故；

货车故障报警，提醒维修，可减少线路上发生的故障和由此产生的列车晚点。

（3）节省能源

由于可最大程度地利用动力制动；允许较高的下坡速度，可在下一个上坡道利用增大的惯性能量减少功率需求；制动控制更准确，可提高列车速度的稳定性；减少了列车管压缩空气消耗，可减少机车空压机工作量。

大多数运用结果表明，ECP可节能至少5%。

（4）降低货车维修费用

主要是由于制动热负荷分布均匀，制动作用精度高，黏着制动发生少，可降低车轮磨耗及损伤；闸瓦磨耗低且整列车均匀；车钩和缓冲器的磨耗小，损坏少；车体结构承受的疲劳载荷低。

（5）拓展车辆功能

ECP系统为车辆添加传感器和传动机构功能提供了可行方法，这些传感器和传动机构共享ECP计算机、电源和通讯平台。

可考虑的选项有手制动监控器、手制动的实施与缓解装置、脱轨检测装置、车辆或转向架振动检测装置、轴承发热监测装置及气动卸货门操作机构等。

如国内出口车曾在ECP上扩展了脱轨检测、轴承发热监测及底门、顶盖状态监测等功能（图1）。

3 国外ECP制动系统主要技术方案介绍

国外ECP技术方案有多种模式，其中主要按通讯方式可分为有线与无线两种。有线ECP制动系统采用电缆通讯，而无线ECP制动系统采用无线通讯。

（1）有线ECP制动系统

有线ECP制动系统是在整列车上安装1根双股（直径为8 mm）电缆，纵贯全部的机车和车辆，利用该电缆将机车上的230 V DC电源传送到车辆，通过车辆上挂在总线电缆上的网络收发器，在机车与车辆之间进行双向数据交换。通过电缆，制动指令以数据的形式从本务机车发出，向全部车辆提供制动、缓解指令，控制车辆的电子制动控制装置，实现全列车同步制动、缓解和再制动，具备阶段缓解功能。在ECP制动模式下，列车管仅为供风管，不再通过减压产生制动指令信号。

（2）无线ECP制动系统

无线ECP制动系统由传统空气制动系统和列车制动无线控制系统共同组成，两系统之间为并联关系，并行操纵列车的制动或缓解，分别在机车和车辆上设置机车信号接发模块和车辆信号接发模块，通过编组信息模块和车辆标记模块确定各车在编组中的位置，通过制动控制模块下达制动命令，头端控制模块处理命令后，由机车信号接发模块发出无线信号，各车辆信号接发模块接收后由智能控制模块处理，通过电磁阀来实现副风缸直接向制动缸充风制动及制动缸排风缓解，实现全列车同步制动、缓解和再制动，具备阶段缓解功能。在ECP制动模式下，列车管仅为供风管，不再通过减压产生制动指令信号（图2）。

无线ECP制动系统由一个机车子系统和若干车辆子系统组成，机车子系统包括制动控制模块、头端控制模块、机车信号接发模块、编组信息模块，头端控制模块通过各端口分别与制动控制模块、机车信号接发模块、编组信息模块连接；车辆子系统包括智能控制模块，车辆信号接发模块，车辆标记模块，车辆控制模块，电磁阀，车辆信息采集模块和电源，智能控制模块通过各端口分别与车辆信号接发模块、车辆标记模块、车辆控制模块连接，并外接电源，车辆控制模块还通过端口分别与电磁阀，车辆信息采集模块连接。

4 有关ECP技术研发的初步探讨

（1）ECP平台化设计理念

所谓ECP技术实际上也是出于一个发展过程中，AAR标准也在根据发展在逐步修订，已逐步将ECP制动技术视作一个多种技术的平台，在平台上集成列车控制、车辆状态监控的装置，如自动停车制动功能等的实现等。ECP研发中，在进行顶层设计时要充分考虑到这种发展趋势，保证ECP系统具有开放性，为货物列车技术提升及采用先进运用管理制度建立一个良好的技术平台。

（2）边界条件的研究

ECP近年虽然得到巨大发展，但也并不是所有国家都大量使用，主要集中在南非和澳洲。这就需要在研发前期就各国各种运用模式边界条件做详尽的比较分析，如对线路条件，运用工况，甚至管理制度的对比，特别是各种模式下的综合效益对比分析，从中才可以看出ECP真正的意义何在，从而准确确定项目的边界条件。

如ECP同步，持续充风的特点，解决长大下坡道存在的问题是非常有利的，但对复杂竖曲线效果就要做具体分析，如同步性是否能减少车钩压力的分析。在大秦线合适的技术，在神华等其他线上就不一定合适。这需要很多理论计算和试验验证来支撑。

目前国内ECP研究的一个问题是大家将AAR确定的边界条件看成是默认，并在此基础上直接比照AAR4200系列标准进行器件研发，缺乏对边界条件的研究，对适应线路的研究，对制动系统变化的研究。这样研发出来的技术是否能够直接运用在中国铁路上，是值得怀疑的。器件研制是系统研究的下游工作。并且需要在消化的基础上充分吸取AAR标准，并建立我国自己的标准。

（3）ECP技术参数选取，以及对空重车等具有自调整装置的影响

ECP制动技术最主要的是通过车辆控制装置（CCD）可以实时控制副风缸向制动缸的充风及制动缸的排风实现的，这就有控制参数如何选取，对空重车等原具有自调整功能如何实现及如果依然采用装置模式如何协调作用的问题。制动缓解指令的设置技术实现上是很简单，但是为什么这样？如何确定就需要多方研究讨论，并在大量试验基础上确定，不能完全按国外产品比照执行。

（4）ECP承载器件及重要相关件的同步研究

①阀：国外ECP是在阀的高可靠性基础上发展起来的，我国目前货车控制阀主要采用120阀，经过多年的改进完善，其技术性能有了很大的提高。但与国外阀相比，由于采用滑阀，在一致性、可靠性等方面还存在不少问题，有进一步完善的需要。

②车钩：是大编组列车中的最大问题，按FMG公司38 400 t编组列车为例，钩舌裂纹及裂损一直是一个很大的问题，而国内目前拥有的技术尚不能满足长期可靠的运用要求。如果要开行30 000 t以上大列，车钩研究及技术上的重大突破是必需的。还有高强度牵引杆、大容量缓冲器技术性能研究等。

③ECP货车部分装置、电源传输线缆及接插件等低温性能的满足；电源传输的损耗、信号的可靠性传输及抗电磁干扰；关键件的质量保证，如CCD电池失效、接插件接触不良等。

（5）有关ECP故障形式分析及故障导向分析，故障时应急处理，应做详尽分析，并在此基础上满足系统及器件的高可靠性要求。这是在中国铁路推广的重要基础。

5 相关研究

（1）建立重载列车纵向力的分析及仿真研究系统，该系统应具备对不同线路条件、不同列车编组、不同控制方式等因素对重载列车纵向力进行分析的能力；

（2）研究车钩力安全性标准，开展提升空气控制阀、高强度牵引杆、大容量缓冲器技术性能研究；

（3）开展车辆状态在线检测及监测研究；

（4）开展机车制动与车辆空气制动匹配性研究；

（5）开展重载列车地形匹配及基础数据库研究。

6 结束语

ECP制动技术自20世纪90年代开始，已在重载列车上运用近20年，运营经验表明，其可为运营公司带来巨大收益，并为列车安全运行提供可靠保证。为满足国民经济发展需要，我国将开行3万t及以上的重载列车，ECP制动技术可有效解决重载列车面临的制动问题。结合我国运用特点，综合考虑可靠性、检修性及经济性等因素，研究具有中国自主知识产权的ECP制动系统，对铁路重载运输的发展具有重要意义。

参考文献

［1］ Robert C.Kull.ECP制动在重载铁路上的运用［J］.国外铁道车辆，2002，39（6）：29-35.

［2］ 林 晖，钱立新.重载列车有线电控空气制动系统的研究［J］.中国铁道科学，2007，28（1）：63-70.

Discussion on ECP Technology Development

WANG Gao，TU Zhiwen
（Product Technical Research Institute，CSR Yangtze Co.，Ltd.，Wuhan 430212 Hubei，China）

This paper describes the general situation of development，operating efficiency，technical proposal and action principle of foreign ECP brake systems，and preliminarily discusses some related issues of research direction and technical route for ECP technology developed by our country.

ECP technology；development；brake

U260.36

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.05

1008－7842（2014）05－0021－03

�）男，教授级高级工程师（

2014－01－23）