淺析鄭州地鐵1號線車輛空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)機(jī)制

李峰

摘 要：簡單介紹空轉(zhuǎn)滑行危害，從制動系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)分析鄭州市軌道交通1號線車輛空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)機(jī)制，為同行業(yè)空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：鄭州地鐵；空轉(zhuǎn)；滑行；保護(hù)機(jī)制

中圖分類號：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988（2018）17-166-02

Abstract： This paper briefly introduces the hazard of idling and taxiing， analyzes the idling and taxiing protection mechanism of Zhengzhou Rail Transit Line 1 from the braking system and traction system， and provides reference for the idling and taxiing protection of the same industry.

Keywords： Zhengzhou subway； idling； taxiing； protection mechanism

CLC NO.： U463.5 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-166-02

引言

空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象是軌道交通行業(yè)的共性問題，該現(xiàn)象會對輪對、軌道以及乘客造成一定的危害。實際的應(yīng)用中空轉(zhuǎn)滑行不可能做到完全避免，因此最大限度實現(xiàn)防滑保護(hù)成為降低空轉(zhuǎn)滑行影響的重中之重。鄭州地鐵1號線車輛應(yīng)用的克諾爾制動系統(tǒng)和西門子牽引系統(tǒng)有完善的滑行控制保護(hù)，能夠在發(fā)現(xiàn)車輛空轉(zhuǎn)滑行初期，通過相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制迅速反應(yīng)短時內(nèi)將空轉(zhuǎn)和滑行輪對軸速調(diào)整至門限值以內(nèi)，保障車輛平穩(wěn)運行。鄭州地鐵1號線運營近5年來，出現(xiàn)過多次空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象，但因保護(hù)機(jī)制的存在，均未造成較大影響。

1 空轉(zhuǎn)滑行概念及危害

1.1 概念

城市軌道車輛能夠?qū)崿F(xiàn)牽引和制動，與牽引、制動力及輪軌間摩擦力有關(guān)。而當(dāng)牽引力大于輪軌間最大靜摩擦力，輪對實際轉(zhuǎn)速超過車輛運行速度一定值時便會發(fā)生打滑，即空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。相反，當(dāng)制動力大于輪軌間最大靜摩擦力，輪對實際轉(zhuǎn)速低于車輛運行速度一定值時便會發(fā)生滑行現(xiàn)象。

1.2 危害

從車輛及軌道方面考慮，空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象如果得不到有效保護(hù)，勢必造成輪對踏面及軌面擦傷。擦傷的輪對須進(jìn)行鏇修處理，軌面進(jìn)行打磨，較為嚴(yán)重的則直接更換輪對和軌道，這將增加工作量、提高運營成本。從運營角度出發(fā)，出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行時伴隨輪軌摩擦的尖銳噪聲，易引起乘客恐慌；嚴(yán)重時造成晚點、脫軌等后果，極大影響運營效率，破壞公司形象。

2 空轉(zhuǎn)滑行因素及受力分析

2.1 因素

空轉(zhuǎn)滑行的產(chǎn)生根本原因為輪軌間粘著條件惡化。車輛運行環(huán)境濕度較大，軌面、踏面上有油污或水分，軌道處于坡道等情況均是導(dǎo)致輪軌間粘著條件惡化的因素。

2.2 受力分析

牽引過程中，作用于一個輪對、一節(jié)車或一列車的牽引力F1的總和應(yīng)小于等于粘著力F2，否則產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，如圖1。其中F1=F*?，F(xiàn)為牽引電機(jī)傳至輪對的牽引力，?為踏面與軌面間的摩擦系數(shù)。制動過程中，作用于一個輪對、一節(jié)車或一列車的閘瓦摩擦力F1的總和應(yīng)小于等于粘著力F2，否則產(chǎn)生滑行，如圖2。其中F1=F*?，F(xiàn)為閘瓦制動力，?為閘瓦與踏面間的摩擦系數(shù)。

3 空轉(zhuǎn)滑行觸發(fā)條件及保護(hù)機(jī)制

鄭州地鐵1號線車輛，空轉(zhuǎn)滑行的保護(hù)依托于克諾爾制動系統(tǒng)和西門子牽引系統(tǒng)。制動系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)的空轉(zhuǎn)滑行采集及保護(hù)機(jī)制，為車輛及軌道防護(hù)提供有力保障。

3.1 觸發(fā)條件

鄭州地鐵1號線車輛應(yīng)用的克諾爾制動系統(tǒng)和西門子牽引系統(tǒng)有完善的滑行控制機(jī)制。車輛的所有軸上安裝速度傳感器，實時監(jiān)控各軸軸速；每節(jié)車配置2個EP2002閥，用于計算、分析、對比速度差和減速度。牽引箱內(nèi)逆變控制單元可精準(zhǔn)計算出所有動車各軸軸速及軸加速度，為牽引系統(tǒng)空轉(zhuǎn)保護(hù)提供支持。

制動系統(tǒng)滑行控制激活條件有2條：單軸減速度過大；相對于計算對地速度的速度差過大，觸發(fā)其中任一條件便實施滑行保護(hù)。對地速度分2種模式：非制動模式下，對地速度為采集到的車輛最低軸速度；制動模式下，最高軸速度被設(shè)定為對地速度。車輛運行過程中，EP2002閥通過計算對比每根軸的減速度，當(dāng)達(dá)到門限值時便觸發(fā)滑行保護(hù)。同時，EP2002將車輛最低軸速度或最高軸速度設(shè)定為對地速度，其余各軸軸速均與之比較，當(dāng)差值超過門限值時也會產(chǎn)生滑行保護(hù)。牽引系統(tǒng)空轉(zhuǎn)控制激活條件有2條：單軸加速度過大；相對于計算對地速度的速度差過大，其控制觸發(fā)機(jī)理與滑行保護(hù)相同。

3.2 保護(hù)機(jī)制

當(dāng)觸發(fā)空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)后，鄭州地鐵1號線車輛的制動系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)將作出應(yīng)對，能夠快速消除空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象，實現(xiàn)列車正常運行。

制動系統(tǒng)中為了實現(xiàn)滑行保護(hù)，每根軸配備2個獨立的安全計時器，分別為保持計時器和排風(fēng)計時器，它們分別控

制保持閥和排氣閥。制動過程中觸發(fā)滑行保護(hù)門限值后，在EP2002閥的控制下保持計時器執(zhí)行3秒鐘的制動壓力保持，使列車制動力維持在一個定值不變；出現(xiàn)滑行的車軸對應(yīng)的排風(fēng)計時器1秒后執(zhí)行排風(fēng)動作，減小該軸的制動力、增大減速度，使軸速逐漸匹配對地速度，恢復(fù)至門限值以內(nèi)，從而實現(xiàn)防滑保護(hù)，如圖3。

制動系統(tǒng)實施滑行保護(hù)的同時，EP2002閥將此信息通過MVB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，當(dāng)此信號持續(xù)超過4秒后，牽引系統(tǒng)也將參與滑行保護(hù)。如果該信號超過4s，那么牽引系統(tǒng)將切除相關(guān)牽引逆變器輸出的電制動力，并且在此次制動過程中， 實際的電制動力將被凍結(jié)，制動系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)閥也不會增加空氣制動力以補償丟失的電制動力。

牽引系統(tǒng)檢測到空轉(zhuǎn)信號后，牽引逆變器控制單元將通過調(diào)整計算輸出速度所需的粘著系數(shù)來降低空轉(zhuǎn)軸速，使軸速逐漸匹配對地速度，恢復(fù)至門限值以內(nèi)，從而實現(xiàn)空轉(zhuǎn)保護(hù)。

4 結(jié)語

空轉(zhuǎn)滑行是軌道行業(yè)無法避免的現(xiàn)象，它的產(chǎn)生因素多而復(fù)雜，通過相應(yīng)的保護(hù)措施來實現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行導(dǎo)致的惡性后果是車輛、制動、牽引、控制廠家需要共同努力達(dá)到的目標(biāo)。鄭州地鐵1號線采用的克諾爾制動系統(tǒng)和西門子牽引系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，有效地保障了車輛的安全運營，是空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)很好的應(yīng)用案例，希望為同行業(yè)單位在后續(xù)的空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)方案選擇上提供一定的幫助。

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