城市軌道交通車控制動系統(tǒng)故障分析

范榮巍 武青海 王群偉

(中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司機(jī)車車輛研究所，100081,北京//第一作者，助理研究員)

目前,國內(nèi)各大城市交通擁堵現(xiàn)象日益突出，軌道交通在人們?nèi)粘３鲂兴急壤絹碓酱?。因此，保證城市軌道交通車輛的正常運(yùn)營成為了車輛維護(hù)部門的頭等大事。對于城市軌道交通制動系統(tǒng)來說，在運(yùn)營中可能出現(xiàn)的故障有兩種:一種是制動力不足，另一種是制動不緩解。制動力不足故障可能造成運(yùn)營車輛降速運(yùn)行，而制動不緩解故障將可能造成運(yùn)營車輛的救援。而引起這兩種故障的影響因素較多，但是多數(shù)情況是由于制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件發(fā)生故障所導(dǎo)致。因此，本文著重分析城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件發(fā)生故障時的現(xiàn)象和原因，以及對制動系統(tǒng)兩種運(yùn)營故障所產(chǎn)生的影響，并提出合理的處理措施，降低對城市軌道交通車輛正常運(yùn)營的影響。

1 城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)簡介

城市軌道交通車輛通常采用微機(jī)控制的直通式電-空制動系統(tǒng)，能在司機(jī)控制器、ATO(列車自動駕駛)或ATP(列車自動防護(hù))的控制下，對列車進(jìn)行階段性或一次性的制動與緩解。制動系統(tǒng)可根據(jù)制動指令對應(yīng)的制動減速度、列車速度和重量，計算出制動力的大小，然后進(jìn)行空氣制動與電制動的配合控制，實現(xiàn)列車的精確停車。

車控制動系統(tǒng)是以每輛車為單位來設(shè)置制動控制單元的制動控制方式，即每輛車均配置有1個獨(dú)立的制動控制單元,用于控制本車的制動力。下面著重介紹車控制動系統(tǒng)制動控制單元原理。

圖1為城市軌道交通車控制動系統(tǒng)制動控制單元原理圖。制動控制單元主要由濾清器(01)、常用制動充風(fēng)電磁閥(02)、常用制動緩解電磁閥(03)、中繼閥(06)、空重閥(09)、緊急電磁閥(10)、壓力傳感器(05/07/11)、壓力開關(guān)(13)和相關(guān)壓力測點(diǎn)(04/08/12)等部件組成。圖1中,AS1、AS2表示空簧壓力管路，R表示總風(fēng)，AC表示常用制動預(yù)控壓力管路，EM表示緊急制動預(yù)控壓力管路、EX表示排氣口，BC表示制動缸壓力管路。

圖1 制動控制單元原理示意圖

常用制動時，制動控制單元接收到制動指令，通過控制充風(fēng)電磁閥和緩解電磁閥的得電和失電，得到相應(yīng)的常用預(yù)控壓力輸出到中繼閥，通過中繼閥的流量放大作用，將制動壓力輸出到制動缸中。

緊急制動時，緊急電磁閥失電(正常緩解時，緊急電磁閥為得電常閉狀態(tài))，空重閥根據(jù)空簧壓力調(diào)整緊急預(yù)控壓力，輸出到中繼閥，通過中繼閥的流量放大作用，將緊急壓力輸出到制動缸中，實現(xiàn)車輛的緊急制動。

制動控制單元對電磁閥預(yù)控壓力、中繼閥輸出的制動缸壓力進(jìn)行閉環(huán)控制，同時，微機(jī)診斷系統(tǒng)對電磁閥的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，有助于對制動系統(tǒng)故障進(jìn)行更精準(zhǔn)的定位。

2 制動系統(tǒng)故障影響因素

2.1 制動力不足故障判斷邏輯

在城市軌道交通車控制動控制系統(tǒng)中，制動力不足故障判斷邏輯為：在常用制動狀態(tài)下(無電制動),制動指令大于一定值(目前常規(guī)設(shè)定為制動缸壓力的目標(biāo)值在150 kPa以上)，如果制動缸壓力在一定時間內(nèi)不能上升到規(guī)定壓力值(目前常規(guī)設(shè)定為3.5 s內(nèi)制動缸壓力不能上升到60 kPa)時,則制動系統(tǒng)上報制動力不足故障。

2.2 制動不緩解故障判斷邏輯

在城市軌道交通車控制動控制系統(tǒng)中，制動不緩解故障判斷邏輯為：在非制動狀態(tài)下,如果制動缸壓力實際值大于一定值(目前常規(guī)設(shè)定為40 kPa左右)，持續(xù)時間超過一定值(目前常規(guī)設(shè)定為5 s左右),則制動系統(tǒng)上報制動不緩解故障。

2.3 制動力不足故障影響因素

由于車控制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件的故障而引起制動力不足故障情況匯總見表1。

2.4 制動力不緩解故障影響因素

由于車控制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件的故障而引起制動力不緩解故障情況匯總見表2。

表2 制動力不緩解故障情況匯總表

3 制動系統(tǒng)故障原因分析以及應(yīng)急處理措施建議

3.1 制動力不足故障

現(xiàn)從可能引起制動系統(tǒng)制動力不足故障的關(guān)鍵部件進(jìn)行分析。

3.1.1 常用制動充風(fēng)電磁閥

故障現(xiàn)象：車輛在制動時，TCMS(列車監(jiān)控管理系統(tǒng))顯示無制動缸壓力。

故障原因分析：在常用制動時，制動系統(tǒng)控制常用制動充風(fēng)電磁閥和緩解電磁閥產(chǎn)生常用制動的預(yù)控壓力；初始階段，充風(fēng)電磁閥得電開啟，同時緩解電磁閥得電關(guān)閉，將總風(fēng)輸入到中繼閥常用預(yù)控腔；當(dāng)常用預(yù)控壓力達(dá)到目標(biāo)值時，此時充風(fēng)電磁閥失電關(guān)閉。在制動系統(tǒng)得到緩解指令后，此時充風(fēng)電磁閥失電關(guān)閉，緩解電磁閥失電，常用預(yù)控壓力通過緩解電磁閥排空。當(dāng)常用制動充風(fēng)電磁閥故障，得電后無法開啟，常用預(yù)控壓力為零，中繼閥無制動壓力輸出，造成制動力不足故障。

應(yīng)急處理措施建議:當(dāng)1輛車發(fā)生制動力不足故障時，可適當(dāng)提高制動指令，列車其余車輛來補(bǔ)充不足的制動力，在列車到達(dá)終點(diǎn)后再退出運(yùn)營；當(dāng)2輛或以上車輛發(fā)生制動力不足故障時，可根據(jù)現(xiàn)場情況以及運(yùn)營要求，采取下站清客退出運(yùn)營或限速運(yùn)營的方式到達(dá)終點(diǎn)再退出運(yùn)營。

3.1.2 常用制動緩解電磁閥

故障現(xiàn)象：車輛在常用制動時，常用制動緩解電磁閥常排風(fēng)，充風(fēng)電磁閥開啟和閉合切換頻繁；制動系統(tǒng)上報制動力不足故障后，制動缸壓力將在目標(biāo)壓力下出現(xiàn)循環(huán)波動。

故障原因分析：在常用制動時，緩解電磁閥故障，得電后不能正常關(guān)閉，開始階段充風(fēng)電磁閥向中繼閥常用預(yù)控腔充風(fēng)，同時通過緩解電磁閥排風(fēng)，常用預(yù)控壓力上升緩慢，無法在規(guī)定時間上升到設(shè)定值，制動系統(tǒng)將上報制動力不足故障；之后預(yù)控壓力還將上升并達(dá)到目標(biāo)值，充風(fēng)電磁閥斷電關(guān)閉，不再充風(fēng)；但由于緩解電磁閥故障而一直處于排風(fēng)狀態(tài)，預(yù)控壓力將很快下降，充風(fēng)電磁閥得電后再次充風(fēng)；此狀態(tài)將一直循環(huán)直到制動緩解。

應(yīng)急處理措施建議:此種電磁閥故障造成的制動力不足故障，無須采取其他措施，可正常運(yùn)行到終點(diǎn)后再退出運(yùn)營。

3.1.3 中繼閥

故障現(xiàn)象：車輛在制動時，預(yù)控壓力正常，但中繼閥無制動缸壓力輸出。

故障原因分析：制動時，中繼閥預(yù)控腔內(nèi)壓力正常，而沒有制動缸壓力輸出，最大可能的原因是勾貝卡滯沒有動作，無法打開總風(fēng)閥口將壓縮空氣輸出到制動缸，造成制動力不足故障。

應(yīng)急處理措施建議:與常用制動充風(fēng)電磁閥故障時處理措施相同。

3.2 制動不緩解故障

現(xiàn)從可能引起制動系統(tǒng)制動不緩解故障的關(guān)鍵部件進(jìn)行分析。

3.2.1 常用制動充風(fēng)電磁閥

故障現(xiàn)象：車輛在常用制動時，制動缸壓力高出目標(biāo)值，在接收到制動緩解指令后，制動缸壓力沒有下降。

故障原因分析：在常用制動時，充風(fēng)電磁閥故障，失電后不能正常關(guān)閉，總風(fēng)一直通過充風(fēng)電磁閥向中繼閥常用預(yù)控腔充風(fēng)，同時通過緩解電磁閥排風(fēng)，在壓力穩(wěn)定后，一般情況下實際預(yù)控壓力高于目標(biāo)壓力值；在接收到緩解指令后，由于充風(fēng)電磁閥故障，預(yù)控壓力將保持原來壓力，導(dǎo)致中繼閥輸出的制動缸壓力沒有下降，造成制動不緩解故障。

3.2.2 常用制動緩解電磁閥

故障現(xiàn)象：車輛在接收到常用制動緩解指令后，制動缸壓力沒有下降。

故障原因分析：在常用制動緩解時，緩解電磁閥故障，失電后不能排風(fēng)，常用預(yù)控壓力保持原來壓力，導(dǎo)致中繼閥輸出的制動缸壓力沒有下降，造成制動不緩解故障。

3.2.3 緊急電磁閥

故障現(xiàn)象：車輛在接收到緊急制動緩解指令后，制動缸壓力沒有下降。

故障原因分析：在緊急制動緩解時，緊急電磁閥故障，得電后不能排風(fēng)，中繼閥緊急預(yù)控腔壓力得不到緩解，導(dǎo)致中繼閥輸出的制動缸壓力沒有下降，造成制動不緩解故障。

3.2.4 中繼閥

故障現(xiàn)象：車輛緩解狀態(tài)下，制動缸壓力一直保持80 kPa左右的壓力。

故障原因分析：中繼閥在出現(xiàn)總風(fēng)口關(guān)閉不嚴(yán)、向制動缸漏風(fēng)故障時，中繼閥此時的狀態(tài)是總風(fēng)通過總風(fēng)閥口向中繼閥下游制動缸內(nèi)充風(fēng)，由于處于緩解狀態(tài)，中繼閥制動腔內(nèi)的壓縮空氣同時向外排風(fēng)；當(dāng)總風(fēng)泄漏量較大時，中繼閥制動腔內(nèi)的壓力超過制動不緩解邏輯判斷的設(shè)定值時，制動系統(tǒng)將上報制動不緩解故障。

3.2.5 應(yīng)急處理措施建議

在發(fā)生制動不緩解故障時，可人工按下“強(qiáng)迫緩解”按鈕進(jìn)行緩解，此時通過故障車的防滑閥將制動缸內(nèi)的壓縮空氣排空，實現(xiàn)故障車的強(qiáng)迫緩解;制動不緩解故障不影響制動時的正常施加，在列車到達(dá)終點(diǎn)后再退出運(yùn)營。

如果故障車報“防滑閥故障”，則按下“強(qiáng)迫緩解”按鈕后也無法實現(xiàn)制動緩解，此時需對該故障車進(jìn)行制動切除操作，故障車喪失制動功能；切除1輛車制動，可在列車到達(dá)終點(diǎn)后再退出運(yùn)營；切除2輛或以上車輛制動，可根據(jù)現(xiàn)場情況以及運(yùn)營要求，采取下站清客退出運(yùn)營或限速運(yùn)營的方式到終點(diǎn)后再退出運(yùn)營。

4 結(jié)語

本文從關(guān)鍵部件故障角度出發(fā)，分析制動系統(tǒng)運(yùn)營故障產(chǎn)生的原因，并提出應(yīng)急處理措施建議，以提高運(yùn)營維護(hù)部門對制動系統(tǒng)的認(rèn)識，及時有效地處理出現(xiàn)的運(yùn)營故障，降低故障對線路正常運(yùn)營的影響。

另外，為降低制動系統(tǒng)的運(yùn)營故障，提高制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件的可靠性是重中之重，對關(guān)鍵部件的可靠性研究是一項需長期堅持的工作。