沈陽地鐵1號線車輛制動系統(tǒng)及其維修概論

張程光

（遼寧省交通高等專科學(xué)校 遼寧沈陽）

一、引言

沈陽地鐵1號線及延伸線車輛所采用的制動系統(tǒng)為德國KNORR公司的EP2002型微機控制的模擬式電-空制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有常用制動、快速制動、停放制動及緊急制動功能，根據(jù)載荷調(diào)節(jié)制動力，從而使減速度保持不變，并可以實現(xiàn)防滑保護(hù)及狀態(tài)監(jiān)控功能。常用制動和快速制動采用電空混合，并優(yōu)先采用電制動；緊急制動由空氣制動單獨完成。

整車制動系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要可分為制動控制模塊（EP2002閥、輔助控制箱）、風(fēng)源模塊、基礎(chǔ)制動單元模塊（克諾爾PEC7型踏面制動裝置）、輔助送風(fēng)模塊等幾大部分。

二、車輛制動裝置的分布

沈陽地鐵1號線采用3動3拖6輛編組。其中Tc為帶司機室的拖車；Mp為帶受電弓的動車。車輛基本編組單元為1M1T的形式。

每種車型制動系統(tǒng)設(shè)備的分布見表1，其中輔助控制箱、總風(fēng)缸和制動風(fēng)缸均集成在制動模塊內(nèi)。以M動車為例，其制動系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的分布及具體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1中各部件標(biāo)號開頭字母所表示的意義：A風(fēng)源設(shè)備；B制動控制設(shè)備；C轉(zhuǎn)向架上的基礎(chǔ)制動設(shè)備；G車輪防滑保護(hù)設(shè)備；L風(fēng)源懸掛設(shè)備；U受電弓升弓設(shè)備；W制動系統(tǒng)管路及網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。

表1 整車編組制動系統(tǒng)設(shè)備分布

三、制動控制系統(tǒng)

沈陽地鐵1號線采用克諾爾公司提供的EP2002制動控制系統(tǒng)，每個轉(zhuǎn)向架安裝1個EP2002閥（圖2、圖3）。制動控制系統(tǒng)由EP2002智能閥（S）和網(wǎng)關(guān)閥（G）組成（1號線車輛不設(shè)置RIO閥，其功能由網(wǎng)關(guān)閥包含并替代），每個“拖-動”單元上通過制動總線連接的2個網(wǎng)關(guān)閥和2個智能閥，組成分布式的制動控制網(wǎng)絡(luò)。每個閥門都安裝在受其控制的轉(zhuǎn)向架附近。另外克諾爾提供的車輪防滑保護(hù)裝置也集成在EP2002網(wǎng)關(guān)閥及智能閥內(nèi)(B06,B07)，包括4個速度傳感器和相應(yīng)的測速齒輪。每個網(wǎng)關(guān)閥為TMS系統(tǒng)提供接口。通過TMS系統(tǒng)形成VVVF系統(tǒng)接口。萬一TMS不工作，網(wǎng)關(guān)閥還接受列車線信號以指示相應(yīng)的操作模式和制動等級。每個網(wǎng)關(guān)閥向列車監(jiān)控系統(tǒng)提供硬件指示。

為了冗余設(shè)計的需要，系統(tǒng)內(nèi)所有的網(wǎng)關(guān)閥和智能閥均可互換。當(dāng)系統(tǒng)啟動后，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)配置順序?qū)?個車輛制動總線中的1個網(wǎng)關(guān)閥作為主網(wǎng)關(guān)閥。主網(wǎng)關(guān)閥向制動總線網(wǎng)絡(luò)中的每個閥的制動和防滑器電子控制元件發(fā)送不同載荷情況下的常用制動力指令，該指令由TMS系統(tǒng)按照列車制動指令計算得出。主網(wǎng)關(guān)閥還承擔(dān)混合制動的任務(wù)，并對制動模擬指令值進(jìn)行計算和傳輸、接收和處理模擬電制動值。電制動的反饋數(shù)據(jù)通過TMS被傳輸和接收。除了接收和傳輸電制動參數(shù)外，主網(wǎng)關(guān)閥還可以通過TMS系統(tǒng)傳輸故障和狀態(tài)參數(shù)，以便TMS識別出現(xiàn)故障的LRU（在線可更換單元）。

目前為止，沈陽地鐵1號線EP2002控制系統(tǒng)的檢修除機械結(jié)構(gòu)外，主要是針對管路及網(wǎng)絡(luò)接口的連接、加固、更換及系統(tǒng)功能調(diào)試等方面，對于閥本身的故障一般采取整體更換，并返廠檢修。

四、風(fēng)源系統(tǒng)

風(fēng)源裝置主要由空壓機（活塞式空壓機，配有干燥型過濾器、后冷裝置，彈性安裝）、干燥劑型空氣干燥器組成。

1.空壓機

空壓機型號為VV120（A01）型，有2個低壓氣缸和1個高壓氣缸，采用380 V、3相、50 Hz交流電動機，兩級活塞式壓縮機和風(fēng)冷裝置。該空壓機可提供約920 L/min的供氣量，電機轉(zhuǎn)速為1450 r/min。由于該空壓機的設(shè)計加大了進(jìn)氣口徑，并采用了冷卻風(fēng)扇、減震器及電機與空壓機的柔性連接等特點，使得其噪聲水準(zhǔn)降到盡可能小。現(xiàn)場測量得到，在距該空壓機4.6 m時，噪聲大小僅為65 dB。結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖1 沈陽地鐵1號線M車制動系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)圖

2.空壓機工作及控制原理

空壓機通過入口空氣過濾器吸入空氣，隨后在空壓機第一階段壓縮，經(jīng)過中冷器之后在第二階段壓縮。壓縮加壓后的空氣又經(jīng)過后冷卻器，再從連接軟管進(jìn)入到雙塔式空氣干燥器。

空壓機組的控制由Tc車上的網(wǎng)關(guān)閥（B06）來實行。通過EP2002網(wǎng)關(guān)閥發(fā)出的電信號，實現(xiàn)對電機接觸器的控制。沈陽地鐵1號線空壓機操作采用主/輔空壓機的概念，根據(jù)日期的單雙日變化進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，當(dāng)1號Tc車的空壓機作為主空壓機運行時，則6號Tc車的空壓機作為輔助空壓機待命。當(dāng)總風(fēng)缸壓力下降到0.75 MPa（7.5 bar）以下時，則主空壓機啟動，補充壓力空氣；當(dāng)總風(fēng)缸壓力繼續(xù)下降到0.68 MPa（6.8 bar）時，則輔助空壓機也將啟動，與主空壓機一起補充總風(fēng)缸的壓力。另外在總風(fēng)缸壓力從 0.75 MPa（7.5 bar）上升到 0.9 MPa（9 bar）的過程中，2臺空壓機也將同時工作。

3.空壓機組維修

該型空壓機組的空壓機和干燥器共同安裝在1個支架上，而支架則是用螺栓直接安裝在車底；并且空壓機與支架之間是有彈性連接裝置的。由于空壓機產(chǎn)生的震動會對車體強度有一定影響，因此，對于車輛維修人員應(yīng)定期檢查空壓機吊裝支架，觀察其是否有變形和裂紋產(chǎn)生。主要維修項：①檢查油位，須經(jīng)常對油位顯示管進(jìn)行目視檢查。壓縮機在冷卻和卸壓狀態(tài)下，油位應(yīng)當(dāng)位于2個標(biāo)記刻度線之間，若低于下標(biāo)線，則需要加油。②每運行1000 h，需要更換空氣濾清器（平時要常清洗）、清洗氣缸冷卻器和散熱片、檢查彈性支座（橡膠件：當(dāng)有裂縫或脆化時予以更換；鋼絲彈簧件：當(dāng)出現(xiàn)斷裂時更換相應(yīng)的股線）。③每運行2000 h，需要對空壓機換油。④每運行12 000 h，需要對整個空壓機組進(jìn)行徹底檢修。以上維修周期須根據(jù)實際運行情況適當(dāng)調(diào)整。

圖2 EP2002的網(wǎng)關(guān)閥

圖3 EP2002的智能閥

圖4 空壓機風(fēng)源系統(tǒng)

五、基礎(chǔ)制動單元

基礎(chǔ)制動裝置采用克諾爾提供的PEC7型踏面摩擦制動單元。主要由制動氣缸、變速機構(gòu)、磨耗調(diào)節(jié)器及閘瓦裝置組合而成。因其緊湊、節(jié)省空間的臥式和立式型結(jié)構(gòu)，它特別適于安裝在空間狹窄的轉(zhuǎn)向架上。

沈陽地鐵1號線車輛每節(jié)車配8套該裝置。每個轉(zhuǎn)向架上各4套，其中兩套帶有彈簧儲能器，可實現(xiàn)列車的停放制動；兩套帶彈簧儲能器的單元和兩套不帶彈簧儲能器的單元在1個轉(zhuǎn)向架上呈交叉狀布置，詳見圖1。彈簧儲能器由壓縮空氣控制，這使得列車中所有的停放制動器都可以從駕駛臺上集中啟動和緩解。

1.PEC7制動單元的結(jié)構(gòu)

PEC7單元制動器主要有不帶彈簧儲能器的PEC7型和帶彈簧儲能器的PEC7F型兩種。PEC7型具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，而PEC7F型的結(jié)構(gòu)只是在PEC7型的基礎(chǔ)上增加了1個彈簧儲能缸，如圖6所示。

2.制動器單元維修

圖5 不帶彈簧儲能器的PEC7型

從目前沈陽地鐵1號線使用克諾爾PEC7單元制動器的情況來看，該制動器性能穩(wěn)定、故障率低。平日里主要針對閘瓦等耗損件進(jìn)行檢修，必要時更換。閘瓦檢修須要注意：①閘瓦摩擦體出現(xiàn)掉塊、扭曲、翹曲或與瓦背脫離。②閘瓦摩擦面形成導(dǎo)致車輪嚴(yán)重溝狀磨耗或車輪踏面惡性磨耗，或出現(xiàn)影響制動性能的金屬鑲嵌。③測量閘瓦厚度的最小值，若閘瓦最小厚度≤15 mm。當(dāng)出現(xiàn)①②③所述情況時，必須更換閘瓦。④手動拉繩緩解停放制動后，檢查車輪和制動閘瓦之間的間隙應(yīng)自動保持在5～10 mm；否則須檢查調(diào)節(jié)機構(gòu)(S)是否有損壞或者卡死現(xiàn)象。若設(shè)備出現(xiàn)故障，應(yīng)盡量在安裝好的狀態(tài)下查找原因。具體故障原因及排除方法提示見表2。

圖6 帶彈簧儲能器的PEC7F型

六、結(jié)論

自廣州地鐵3號線第一個將EP2002制動系統(tǒng)在地鐵車輛上使用以來，到目前國內(nèi)已經(jīng)有沈陽、北京、天津、上海、南京、深圳、西安等城市的地鐵車輛，采用了克諾爾公司的EP2002控制系統(tǒng)或相關(guān)制動器設(shè)備。本文展現(xiàn)的沈陽地鐵1號線制動系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的分布、結(jié)構(gòu)、工作控制原理，著重沈陽地鐵1號線對EP2002控制系統(tǒng)、空氣壓縮機組及PEC7單元制動器的維修要點進(jìn)行總結(jié)論述，為國內(nèi)地鐵業(yè)界同行在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用及研究提供參考。

表2 PEC7單元制動器典型故障及排除方法