國產架控制動系統在廣州地鐵3號線的運用

陶 波

（廣州市地下鐵道總公司運營事業總部，511430，廣州∥工程師）

國產架控制動系統在廣州地鐵3號線的運用

陶 波

（廣州市地下鐵道總公司運營事業總部，511430，廣州∥工程師）

介紹了在國內首次采用的國產架控制動系統的項目背景及主要部件功能，通過列車上線運營以來出現的列車沖標、制動夾鉗單元漏氣、平衡桿脫落、制動缸串氣等主要問題，制定了相應的整改措施。該國產架控制動系統的整體運營情況良好，各項技術指標均能達到國際同等水平。

廣州地鐵3號線；國產；架控制動系統

Author'saddressDepartment of Operation Corporation，Guangzhou Metro Corporation，511430，Guangzhou，China

廣州市地鐵3號線北延段車輛采購項目共有25列車，車型為B型車，4動2拖6節編組，采用西門子架控式牽引系統。其中，有1列車采用廣州市地下鐵道總公司與中國鐵道科學研究院機車車輛研究所（以下簡為鐵科院車輛所）開發的國產架控制動系統，其余24列車采用KNORR（克諾爾）公司生產的EP2002架控制動系統。

國產架控制動系統項目包括城市軌道交通制動盤和閘片研制、城市軌道交通車輛制動夾鉗研制、閥類和風源系統配置等，可實現包括常用制動（電空混合制動）、緊急制動、快速制動等制動工況。其技術要求與EP2002架控制動系統的技術要求一致，均需滿足車輛采購項目合同技術規格書中空氣制動系統的技術要求。其主要技術指標如下：①常用制動平均減速度≥1.0 m/s2（車速120 km/h至0）；②緊急制動平均減速度≥1.3 m/s2，響應時間≤1.5 s（車速120 km/h至0）；③沖擊極限≤0.75 m/s3。

1 國產架控制動系統主要部件

國產架控制動系統即EP09架控制動系統的主要部件包括制動控制單元、制動夾鉗、制動盤和閘片、風源和各種閥類等。

1.1 制動控制單元（BCU）

EP09架控制動系統的BCU分為GBCU和SBCU，主要負責制動力的計算、管理并實施常用、快速、緊急及防滑制動。其中，GBCU具有與車輛多功能總線（MVB）的通信功能，SBCU只具有本地制動控制功能。GBCU與SBCU之間通過CAN（控制器局域網）總線通信，每一個控制單元負責各自轉向架的制動及防滑控制。制動時GBCU接收MVB或列車線上的制動信號，然后通過內部計算后經CAN總線送給本身的電控單元及本單元車的SBCU，最后由BCU內部的氣閥單元控制制動風缸和基礎制動單元之間的壓縮空氣，進行施加或緩解制動。每個單元（3節車輛編組）的2個轉向架上裝有可與MVB通信的2個GBCU（其互為備份），其余轉向架上裝備SBCU，如圖1所示。

BCU內部的關鍵氣控閥由德國FESTO公司和中國瑞立公司分別開發，其內部的電磁閥、壓力傳感器、壓力測試接頭等均為國外成熟產品。

1.2 制動夾鉗

制動夾鉗是車輛基礎制動裝置中的重要部件。它直接關系到列車的運行安全。本項目采用的是JCP型制動夾鉗單元（即緊湊型盤形制動夾鉗單元）。它具有重量輕、占用轉向架空間小、模塊化結構及自動補償閘片與制動盤磨耗等特點，JCP-1及JCP-2型制動夾鉗單元的外觀分別如圖2、圖3所示。

圖1 EP09系統的BCU通信網絡

圖2 JCP-1型不帶停放制動缸的制動夾鉗單元

圖3 JCP-2型帶停放制動缸的制動夾鉗單元

JCP型制動夾鉗單元有如下結構特性：

1）制動缸和間隙調整器采用分離式模塊化結構，減小了安裝空間；

2）緊湊、質量小、占用轉向架空間小；

3）制動缸為膜板結構，在同一外形尺寸情況下可滿足不同制動率的要求；

4）采用無閘片托吊桿結構，允許制動夾鉗單元有一定的橫向移動量。

JCP型制動夾鉗單元的主要技術參數見表1。

1.3 制動盤和閘片

EP09系統采用輪裝盤型制動，制動盤安裝在車輪輻板側面，用制動夾鉗使閘片緊壓制動盤側面，通過摩擦產生制動力，使列車停止前進。其中制動盤和閘片分別見圖4和圖5。

表1 JCP型制動夾鉗單元主要技術參數

圖4 制動盤

圖5 閘片

該制動盤由內外兩個摩擦環組成，分別安裝在車輪的內外兩側。這種結構中的每個摩擦環的內側面都具有散熱筋。這些散熱筋既能將制動過程產生的熱量帶走，同時能起到將摩擦環支撐在車輪上的作用，摩擦環的厚度、散熱筋的數量和幾何結構都是固定的，以保證在施加制動時將摩擦環的溫度保持在一定的范圍內。圖6和圖7分別為制動盤的摩擦面與散熱筋面。

圖6 制動盤外側面的摩擦面

圖7 制動盤內側面的散熱筋面

1.4 風源系統

風源系統由惠州標頂公司生產，由四大主要部件構成，即整體吊架、空氣壓縮機、空氣凈化處理單

元和電控單元（如圖8和圖9所示）。其中，電控單元由壓力控制器、空氣凈化處理單元控制電路、外部供風控制開關等組成，電控單元將各控制信號傳遞給車輛控制系統，從而實現對整個供風模塊的控制。

圖8 供風模塊立體圖

圖9 供風模塊外形結構平面圖

2 國產架控制動系統存在的主要問題

裝載該國產架控制動系統的列車于2011年1月正式上線開展一系列的試運營驗證，并于2011年10月通過專家評審，至今運營已超過25萬km。該制動系統整體運行穩定，沒有發生過因制動系統故障而導致的列車晚點及其它事件的發生。在運營及檢修過程中發生過的主要問題如下。

2.1 運營初期列車沖標

2011年8月份，該列車開始投入全天候載客運營，上線后連續兩天出現ATO（列車自動運行）沖標的情況。經調查發現，該情況都是在列車出段后在第一個站ATO對標時發生的，后續各站均正常。

根據故障現象，判斷為與列車的清掃制動有關。廣州地鐵3號線北延段項目列車的清掃制動指令是由列車控制系統給出的，產生清掃制動的條件為：每天的前兩次制動且列車速度大于50 km/h時。由于清掃制動只施加氣制動，鐵科院車研所通過對該車的制動數據進行分析后發現，當時的實際制動減速度值與給定的減速度值相比偏低，將制動系統的常用制動力、快速制動力及緊急制動力按比例上調10%后，未再出現類似的沖標情況。

2.2 制動夾鉗的橡膠模板問題

2011年6月24日，在試運營結束回庫后進行的制動系統例行檢查時發現，該列車的03B088車的第4軸帶停放制動缸的制動夾鉗單元有漏氣現象；2011年8月16日，在試運營結束后的日檢中發現03A087車的第4軸右側帶停放制動缸的制動夾鉗單元有漏氣情況，漏氣部位為夾鉗常用制動缸的一側。

通過對制動缸進行拆解后發現，夾鉗漏氣是由于制動缸橡膠模板損壞引起的，見圖10和圖11所示。

圖10 帶停放制動缸的制動夾鉗組裝圖

圖11 制動缸橡膠膜板實景圖

該膜板是國產化零部件中技術難度較大的零件，由耐油耐壓橡膠及厚度為0.5 mm的夾布熱壓成型。造成上述問題的原因為膜板在夾布成型過程中受熱出現褶皺，與膠料形成縫隙而導致疲勞破裂。

針對此問題，鐵科院車輛所通過增加橡膠件的膠強度及改變夾布材質、厚度以增加橡膠件的疲勞性能來解決。該問題在2011年10月底整改完成后，上線運行至今未再出現制動缸漏氣的現象。

2.3 平衡桿緊固問題

2011年9月28日，在檢修時發現03A088車第1轉向架第2軸左側制動夾鉗平衡桿脫落（如圖12、圖13）；該平衡桿安裝座的2顆固定螺栓中，內側固定螺栓已經丟失，螺紋孔周圍有磨損；外側固定螺栓斷裂，部分殘留在螺紋孔中。經詳細檢查后發現，斷裂螺栓右上部存在比較明顯的銹蝕痕跡，而螺栓中

部開始向下有明顯的橫向應力剪切斷裂的痕跡。經判斷，銹蝕點為早期安裝時螺栓受損所致，剪切痕跡為后期列車運行過程中螺栓受剪切所致。

經過調查發現，該制動夾鉗平衡桿在緊固設計及安裝上存在以下缺陷：

1）平衡桿緊固螺栓的長度及強度不足：將該平衡桿緊固螺栓與克諾爾公司EP2002架控制動系統的平衡桿緊固螺栓進行對比發現，該平衡桿緊固螺栓比克諾爾公司的少約5個螺牙；同時國產制動系統的螺栓強度等級為8.8級，而克諾爾公司制動系統的緊固螺栓強度等級為10.9級，故在受到剪切力時相對易發生斷裂。

2）平衡桿緊固螺栓安裝時未采取防松措施：將該平衡桿緊固螺栓與克諾爾公司EP2002架控制動系統的平衡桿緊固螺栓的安裝方式進行對比發現，克諾爾公司的平衡桿緊固螺栓在安裝時采用了彈簧墊片并進行了防松處理；而該平衡桿未采取任何的防松措施，螺紋部分也沒有涂螺紋緊固膠，故在列車長期運行過程中受到振動后容易松脫。

3）平衡桿安裝座平面度不滿足安裝要求：根據調查發現，該平衡桿緊固螺栓安裝面比較粗糙，螺栓緊固后易產生松動。

圖12 脫落的制動夾鉗平衡桿圖

圖13 制動夾鉗平衡桿安裝位置

針對以上問題，制定了如下整改措施：

1）對閘片托上的平衡桿連接安裝孔進行加深處理，并對平衡桿緊固螺栓安裝面進行加工，以保證安裝面的平面度要求。

2）更換所有的連接螺栓，統一為M8螺栓（長為20 mm），并將其強度等級提升為10.9級。

3）安裝時，在連接螺栓下增加彈簧墊片，并在螺栓螺紋處涂抹樂泰243防松膠進行防松處理。

該項整改于2011年10月底完成后，上線運行至今未再出現平衡桿緊固螺栓松動或斷裂的現象。

2.4 制動缸串氣

2012年5月11日，年檢時發現03C087車第二軸右側制動缸有串氣現象。通過檢查發現，該制動夾鉗單元的停放制動缸向常用制動缸串氣。制動夾鉗單元的停放制動缸與常用制動缸之間是靠缸體密封座對彈簧制動螺桿進行密封。當停放制動缸施加制動時，彈簧制動螺桿向下運動產生停放制動力。

對故障的制動夾鉗單元返廠后進行了分解，取出螺桿、彈簧制動勾貝及主彈簧等零件，發現缸體密封座的密封唇處有壓痕變形，如圖14所示。此處的壓痕變形是導致停放缸向常用制動缸串風的主要原因。對拆卸后的缸體密封座進行分析后可知：該零件的密封性能滿足使用要求，損壞的主要原因是裝配過程中旋入螺桿時操作不當，使缸體密封座受到擠壓變形未復原而造成的。更換了整個制動夾鉗單元后列車功能正常。

圖14 停放制動缸拆解后缸體密封座實景圖

2.5 制動控制單元密封問題

2012年12月7日，檢修時發現該車所有制動控制箱的箱內存在大量灰塵。由于該車制動控制箱是開放式箱體，箱內集成眾多的電氣元件和氣路控制閥體，大量灰塵沉積將嚴重影響電氣元件的正常運行和使用壽命。該問題目前尚未進行整改，臨時處理措施為在月檢檢修時進行清理。

3 結語

該國產化設備在廣州地鐵3號線運用以來，各項技術指標均能達到國際同等水平，除在個別細節問題上稍顯不足外，整體運營情況良好，打破了架控列車制動系統的關鍵技術長期以來受國外公司壟斷的狀況。該制動系統在批量投入生產及使用后，必須要密切關注產品質量和工藝控制，以進一步提高其全壽命周期及平均無故障時間。

［1］ 張振淼.城市軌道交通車輛［M］.北京：中國鐵道出版社，2001.

［2］ 張能孝.8G型電力機車空氣制動機改造［J］.電力機車與城軌車輛，2008（6）：28.

Application of Homemade Bogie-control Brake System on Guangzhou Metro Line 3

Tao Bo

The background and the functions of the main parts in the first homemade bogie-control brake system are introduced，according to the main problems like train overrunning the signal，air leakage in the brake clamp unit，balance beam dropping and so on that occurred during the operation of Guangzhou Metro Line 3，corresponding measurements are set up. The performance of the first homemade bogie-control brake system proves to be in good condition and every technical indicator has reached the international level.

Guangzhou metro Line 3；homemade；bogiecontrol brake system

U 270.35

2013-01-07）