車輛停放制動施加時牽引的故障分析

王艷伍 陳愛麗

(西安市地下鐵道有限責任公司 西安 710018)

西安地鐵2號線是西安市的首條地鐵線，一期工程全長26.302 km，均為地下線，計劃于2011年9月28日通車試運營。車輛采用B2型不銹鋼車，動拖比為1∶1的3M3T編組形式，牽引和制動均采用車控(其中制動系統的防滑控制采用軸控)的方式。車輛由長春軌道客車股份有限公司制造，牽引及控制系統由日立株式會社制造，制動選用日本NABTESCO模擬空氣制動系統。

1 故障描述

在列車配合其他專業調試的過程中，出現了在停放制動未完全緩解的情況下，列車可以進行牽引操作的現象，造成了2列車帶停放制動的輪對以及閘瓦過熱，最終導致帶停放制動的車輪輪輞上涂抹的絕緣清漆因過熱碳化變黑以及閘瓦過熱出現鼓皰變形，見圖1～圖2。

2 故障分析

2.1 停放制動

2.1.1 停放制動的概念

車輛制動系統具有常用制動、緊急制動和停放制動功能。停放制動與常用制動最大的區別就是充氣緩解，排氣制動，其制動力為彈簧機械力。NABTESCO停放制動由每個輪對上設置的帶有彈簧停放制動的TG180S-3-RP踏面制動單元(一個轉向架設置2個，呈對角布置)作用，使彈簧力通過閘瓦作用到車輪踏面，實施停放制動，緩解時壓力要求在700 kPa以上，900 kPa為止(瞬間最大950 kPa)，同時可以通過手動緩解裝置緩解停放制動，具體布置如圖3所示。

2.1.2 停放制動的作用

當列車失去空氣制動所需的空氣壓力后，使用停放制動的機械制動方式保證列車的安全，確保不溜車(如長時間將列車放在庫內)。當列車在正線運營時，在坡道發生故障，使用停放制動可以使列車更可靠、安全地停放在坡道。

圖3 各車空氣制動管路的控制

2.1.3 停放制動的緩解

當列車正常行駛時，總風缸壓力通過PBMV(停放制動操作電磁閥)向停放制動缸內充入緩解壓力(700～900 kPa)，抵消彈簧力，空氣制動缸處于無壓狀態，閘瓦位于緩解位，離開車輪踏面。

當列車施行常用空氣制動時，向空氣制動缸充入BC壓力，則空氣制動缸活塞向下移動，推動軛形件向車輪方向移動而施行制動，同時向停放制動缸中充入了緩解壓力，克服彈簧力。

在因軟管破裂而無法得到停放制動緩解壓力時，或者在進行檢修作業時，總風缸內無氣，車輛被彈簧制動鎖住，若需要緩解停放制動來移動車輛時，則必須使用停放制動手動開放操作裝置。

總之，緩解停放制動時，首先使空氣制動作用(需要停放制動作用前的常用BC壓力的50%以上 的壓力)以確保制動力之后，向停放制動缸內充入緩解壓力。如果因緩解管路的軟管破裂等原因無法得到壓縮氣源時，可以利用手動開放機構(拉環)緩解停放制動。但是，一旦使用了手動開放，則不能再次施行停放制動。在向停放制動缸內再次充入緩解壓力之后，便可以再次施行停放制動。

2.1.4 停放制動的施加

空氣制動作用后，排出停放制動缸內的緩解壓力，則停放制動彈簧推動停放制動活塞，通過推力軸承推動離合器轉盤的齒相嚙合，彈簧力以停放制動活塞、推力軸承、離合器、離合器轉盤、轉軸的順序傳遞，使停放制動施加。

2.2 故障分析

在2號線列車牽引指令控制回路中，牽引指令分別通過HCR(頭車繼電器)、方向手柄(F、R位)、主控手柄(牽引位P1～P4)、門選擇按鈕(0位)、門關閉繼電器常開觸電、停放制動施加/緩解按鈕、緊急制動繼電器邏輯判斷后，通過ATI(自律分散綜合系統，相當于歐洲的列車管理系統TMS)控制網絡將牽引指令給VVVF(牽引逆變器)，其中在方向手柄后的A點取方向手柄的位置信號作為ATO(列車自動運行)模式釋放和自動折返釋放的條件給CC(車載信號系統)，具體見圖4。在ATI網絡故障的情況下，則需要司機按壓操縱臺上的ATIFS(ATI失效按鈕)，使牽引系統轉入后備模式，牽引指令通過硬線給各動車的VVVF。

圖4 司機室牽引控制指令回路

停放制動狀態的監視通過圖3空氣管路中的PBPS采集與停放制動空氣管路的壓力后，將電信號傳給BECU，再通過RS485監視通道傳送給ATI顯示畫面(HMI)來監視停放制動的狀態，具體過程如圖5所示。

圖5 各車停放制動狀態的監視過程

停放制動的手動施加/緩解通過操縱臺上的PBS按鈕，控制每個車上的停放制動電磁閥(PBMV)，從而控制停放制動缸的充氣或排氣來實現停放制動施加和緩解功能，具體見圖6所示。

圖6 停放制動施加/緩解控制

在列車配合相關專業調試時，司機人工手動駕駛停車時按壓操縱臺上的停放制動施加/緩解非自復位按鈕(PBS)，通過PBS控制PBMV電磁閥來施加/緩解停放制動。在司機未完全緩解停放制動的情況下，列車可以進行牽引，這種情況本身是不允許的。同時，在司機進行牽引前，ATI顯示畫面顯示停放制動處于緩解狀態，這給司機造成誤導。

從控制、監視、操作方面綜合分析，造成此種故障的原因有3點:一是停放制動給ATI的狀態采集信號未能精確地反映停放制動的實際狀態。二是牽引使能回路中將PBS串入使能回路，但未能將檢測停放制動未完全緩解牽引封鎖的邏輯串入使能回路，同時列車ATI內也缺少牽引時此邏輯的判斷。三是制動系統要求司機在緩解停放制動時，首先使空氣制動作用(需要停放制動作用前的常用BC壓力的50%以上的壓力)以確保制動力。因要求BC壓力的50%以上的壓力，沒有一個具體操作的定量說明，所以有時司機會將主控手柄推至制動的B4級再按停放制動的緩解按鈕(PBS)，但其實有可能沒有達到BC壓力的50%以上。

3 應對措施

3.1 故障后的現場應對

在故障出現后，針對列車車輪和閘瓦所造成的過熱，用硬度計對輪對表面的硬度進行測量，檢測出故障前后材料的物理參數無變化，同時拆開軸箱，對軸箱內的潤滑脂和軸承進行外觀檢查，均無異樣。后期對過熱的閘瓦進行更換。

3.2 現車設計改造的應對

1)控制方面。在牽引使能(含ATO模式)回路中的A點和方向手柄之間，串入能真正反映空氣制動和停放制動緩解狀態的繼電器BRDR(制動緩解繼電器)的常閉觸點，從而保證在各種模式下停放制動未緩解時牽引封鎖，具體見圖4。

2)監視方面。要求NABTESCO準確地采集停放制動缸內的壓力狀態給列車控制監視網絡。

3)操作方面。在制動系統操作說明中增加具體的操作定量描述。

(1)施加停放制動的操作:施加常用7級制動后，操作停放制動開關，使停放制動缸內空氣壓力被擠出。然后緩解常用制動，停放制動會被正確施加。

(2)緩解停放制動的操作:施加常用7級制動后，操作停放制動開關，使停放制動缸內充入空氣壓力。然后緩解常用制動，停放制動會同時被緩解。

4 結語

西安地鐵2號線在車輛調試過程中出現了停放制動施加允許牽引的現象，造成車輪擦傷，其原因既有設計上的缺陷，又有司機操作不當的因素。因此，在車輛設計階段，應全面、充分地考慮各種邏輯的嚴密性;在首建城市地鐵線的乘務人員培訓方面，初期培訓只能依靠其他地鐵運營城市，讓乘務人員熟悉乘務管理模式、基本駕駛技能、應急處置方法等;在后期針對自身列車的駕駛培訓時，應對不同列車設備系統供貨商的設備功能和操作一一對比，做到針對未來駕駛列車的學習和實操。

［1］NABTESCO.西安地鐵TG型踏面制動單元使用說明書［G］.西安，2011.

［2］長春軌道客車股份有限公司.西安地鐵二號線司機室控制電路圖［G］.西安，2010.

［3］NABTESCO.西安地鐵二號線制動空氣管路設計圖［G］.西安，2010.

［4］長春軌道客車股份有限公司.西安地鐵二號線車輛接口設計資料［G］.西安，2010.

［5］何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通車輛運用與維修［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007:189.