大連快軌三號線車輪防滑系統簡介及故障診斷

龐 祺

(大連公交客運集團有限公司，遼寧 大連116011)

0 概述

軌道車輛在線路中運營過程中，車輪打滑是嚴重影響輪對壽命的一個重要因素，輪對踏面的擦傷也將大大影響旅客乘坐舒適度，嚴重時甚至危及行車安全。當車輛制動時，如果施加的摩擦制動力過度，超過了粘著限制，輪對與軌道間就會發生相對滑動。 嚴重時會出現輪對被制動單元抱死，導致輪對踏面嚴重擦傷。因此，必須采取有效措施防止車輪打滑造成踏面擦傷。

車輪防滑在鐵路車輛上的應用有著悠久的歷史，防滑系統早期是其初級階段的機械式防滑器，它由傳感閥和排風閥組成。 它判斷是否要發生滑行的根據只有一種，即車輪的角減速度。 它把回轉體的慣性轉換成位移，打開閥門或接通電路，使角減速度驟低的輪對緩解。防滑器發展的第二階段是電子式防滑器。 它可以采用多種判據，又具有較高的靈敏度和較快的作用速度， 還能進行必要的監督和輪徑補償；但其缺點是分離電子元件的零點漂移現象不易清除，需要進行各種偏置電壓的大量調整工作，而且易受環境影響，性能不穩定，維修量較大。

隨著微型計算機技術的發展，防滑系統的發展也進入了第三個階段，即采用微機控制的防滑系統。它可以對制動、即將滑行、緩解、再粘著的全過程進行動態檢測與控制，信息采用脈沖處理，既簡單又可靠，無零點漂移，故無需調節和補償，更重要的是微處理器的處理速度極快，可大大提高檢測精度，即使微小而緩慢的滑行也能及早檢測出來并采取措施加以防止。

微機控制的防滑系統還有一個突出的優越性，即它可以利用軟件隨時提供有關信息，進行自我檢查、診斷和監督，必要時可把有關信息隨時儲存、調用和顯示。 它還能根據新的情況和要求很方便的改變控制判據而不必改動軟件。

在大連快軌三號線車輛制動系統中就引入了微機控制的車輪防滑WSP（Wheel Slide Protect ）系統，作用于常用制動及緊急制動過程中，用來防止因制動過度車輪打滑造成的輪對踏面擦傷。 系統在每根軸上安裝有一個速度傳感器用來測取輪軸速度。在每架的中繼閥與制動單元之間安裝一個防滑閥，用來控制該架的車輪防滑。 這是一種比較先進的防滑系統。

1 車輪防滑系統WSP 的功能

1.1 速度信號的測取

系統通過在每根軸上安裝速度傳感器來測取速度信號。三號線車輛采用G16 型脈沖發生器，以非接觸式測量鐵磁體齒輪的轉速。 該脈沖發生器由磁阻測量傳感器和一個與其相連的電子譯碼器組成。兩個部件都密封在一個鋁制模鑄殼體內。它可以自動檢測具有一定幾何形狀的鐵磁體旋轉齒輪的輪齒和間隙。測量傳感器將磁場變化轉換成電信號。 一個電流為7mA 或14mA 的電源經過譯碼器施加在輸出端上。工作時，根據單位時間的脈沖數可以獲得軸端速度。 這些速度信號被送到EBCU 的主板MB04B-1 進行分析及處理。

安裝在軸端的磁性齒輪參數為齒數：80

1.2 車輪打滑的判定

WSP 的控制邏輯是EBCU（微機制動控制單元）的一部分，EBCU連續接收位于每根軸上速度傳感器傳來的速度信號。 每節車輛的EBCU 將接收到的四根軸上的四個速度信號V1～V4 計算出算術平均值作為該節車輛的參考速度V，這個速度V 將會最大程度地接近實際車速。 當四個速度中的某個速度偏離出參考速度一定范圍時（該范圍一般設定為2km/h），則判斷該軸發生打滑。

若出現四根軸同時打滑，則根據以下方法進行判定：

車輛在無打滑現象發生時，制動減速時的參考速度圖象為平滑曲線，曲線每一處的斜率我們稱為參考坡度。 并將該坡度曲線與系統內部預先存儲好的坡度矩陣進行對比。 當參考坡度發生突然性的改變時，系統判定四根軸同時打滑。

1.3 防滑閥的功能（圖1）

防滑閥的安裝可采用兩種形式，軸控（每根軸安裝一個防滑閥）和架控（每個轉向架安裝一個防滑閥）。三號線車輛的防滑閥安裝采用架控的形式。如圖所示，防滑閥基本上由一個閥體和兩個轉換膜板、一個雙閥電磁鐵、兩個將閥門電磁鐵連接在閥體上的膜板以及一個閥架組成。閥體有兩個閥座（Vd 和Vc）。每個閥座都能通過膜板開啟或關閉。閥內的兩個電磁閥分別為充氣閥和排放閥，一個用于切斷從中繼閥來的壓力供給，另一個用于緩解排放制動單元制動缸內的BC 壓力。 根據閥的功能，如果兩個閥都得電，則制動單元制動缸開始通過防滑閥排風，直到用于排風的電磁閥斷電為止。此時只有充氣閥得電，制動單元制動缸壓力處于保持狀態。 如果兩個閥門全部斷電，則制動單元制動缸會一直充風，直到用于切斷充氣路的充氣閥得電，充氣才停止，并保持在現有壓力狀態。防滑閥的這種功能允許其既可以長時間持續的增大或減小BC 壓力，也可以短時間階段性的增大和減小BC 壓力，并可以隨時保持BC 壓力。

圖1 防滑閥的功能示意圖

1.4 WSP 的控制邏輯

當發生車輪打滑時， 無論是一根軸還是多根軸打滑，EBCU 通過對發生打滑軸的速度變化進行計算分析，根據打滑軸的實際速度與實際打滑進行控制。

一種情況下，當EBCU 分析認定打滑現象并不嚴重，即發生打滑軸的速度只是稍微偏離了車輛參考速度。 EBCU 控制打滑軸所在轉向架上的防滑閥階段緩解制動缸BC 壓力，并可保持緩解后的BC 壓力。當打滑現象消除后，EBCU 立即再控制防滑閥階段性的恢復BC 壓力，直至原制動要求下的壓力值。 通常情況下，一次階段性的充排氣只需300～500ms。 若恢復BC 壓力過程中再次出現打滑現象，則EBCU 重新按上述過程控制消除打滑。 原則上，這樣做的目的是避免制動力的過度損失，使車輛始終處在發生打滑的邊緣。 這樣即可獲得與軌道最大的粘著力。

另一種情況，當EBCU 分析認定發現打滑現象嚴重時，例如車輪已經被抱死。 EBCU 將控制打滑軸所在轉向架上的防滑閥對制動單元制動缸進行長時間排風。 每個長時間排風周期為3～5S，一個排風周期過后，如仍有較嚴重打滑再進行第二次長時間排風。 直到打滑軸速度接近車輛參考速度，再通過防滑閥階段緩解BC 壓力至打滑現象完全消失。 待消失后，EBCU 再通過防滑閥向制動缸內長時間充風， 直至BC 壓力值達到原制動要求。 原則上，在這種情況下，EBCU 更會避免制動力過度損失。

2 防滑閥的安全電路及WSP 的試運轉

防滑閥的每個電磁閥都由EBCU 的“安全電路”監控，以避免制動力的過度損失，如果發生故障，使電磁閥通電時間太長，安全電路會將其自動切斷，并按原制動要求，建立制動缸BC 壓力。

車輪防滑系統WSP 的性能可以通過試運轉來驗證， 試運轉只能在靜止時進行。 制動必須實施于常用制動的最高制動要求上。

按下位于EBCU 主板MB04B-1 的MMI（人機接口）面板上的鍵“2”并持續 3S，將開始 WSP 試運轉。

試運轉包括以下操作：

——觸發（內部）信號的輸入和輸出。

——防滑閥試驗（從閥1 開始，按順序進行）

轉向架1 和轉向架2 的防滑閥按順序通電，轉向架1 和轉向架2依次緩解，首先采用一個0.5S 的階段緩解，然后持續大約10S。制動缸排風時，可聽到聲音。在這期間內也測試每個防滑閥的安全電路。在試驗結束后，如果檢測出故障，將顯示相關代碼。

如果車輛開始移動，則試運轉中斷。如果一切性能正常，首先在主板上顯示“8888”，最后顯示屏顯示“89”。

3 WSP 系統在大連三號線車輛中的應用

由于大連輕軌3 號線車輛的電空制動系統中安裝有WSP 系統，這使得車輪打滑現象得到了很好的控制。但是這并不意味著就沒有車輪打滑導致輪對踏面擦傷現象的發生。 經檢修人員檢查發現，部分車輛的踏面仍有小塊面積擦傷現象發生。 更為嚴重的情況是在2007 年三列車先后出現了單節動車大面積擦傷的現象。

擦傷現象的發生可能由下列原因所致：

（1）當TCU(牽引控制單元)及EBCU（微機制動控制單元）共同確認車輛處于牽引狀態時，WSP 系統將不會起作用。

（2）當車速過低時（通常 V＜3km/h），WSP 系統也將無法正常控制車輪防滑。

通過上述原因可見，該系統在一定范圍內，仍無法適應鐵路部門生產運營的需要。 仍需要通過與生產中實際相結合，不斷改進更新。

4 結論

車輪防滑系統WSP 在電空制動系統中的應用，在很大程度上有效的防止了車輪打滑現象的發生。 但通過實際的運營中發現，該系統的應用雖然只能完全防止由于空氣制動時輪對被抱死的情況發生， 但卻不能完全控制車輪打滑的發生，而只能是將其限制在一定的范圍內，盡量降低打滑對輪對造成的危害。 總之，該系統在制動系統內的地位還是舉足輕重的。 盡管有WSP 的存在，司機在雨雪等惡劣天氣下，軌道粘著系數降低時，還應該注意操縱技巧，最大程度避免打滑發生。

［1］中國北車集團大連機車車輛有限公司.快軌車輛運用保養手冊[Z].2 版.2005.

［2］中國北車集團大連機車車輛有限公司.快軌車輛制動部件運用保養手冊[Z].2003.