城市軌道交通車控制動系統故障分析

范榮巍 武青海 王群偉

(中國鐵道科學研究院集團有限公司機車車輛研究所，100081,北京//第一作者，助理研究員)

目前,國內各大城市交通擁堵現象日益突出，軌道交通在人們日常出行所占比例越來越大。因此，保證城市軌道交通車輛的正常運營成為了車輛維護部門的頭等大事。對于城市軌道交通制動系統來說，在運營中可能出現的故障有兩種:一種是制動力不足，另一種是制動不緩解。制動力不足故障可能造成運營車輛降速運行，而制動不緩解故障將可能造成運營車輛的救援。而引起這兩種故障的影響因素較多，但是多數情況是由于制動系統關鍵部件發生故障所導致。因此，本文著重分析城市軌道交通車輛制動系統關鍵部件發生故障時的現象和原因，以及對制動系統兩種運營故障所產生的影響，并提出合理的處理措施，降低對城市軌道交通車輛正常運營的影響。

1 城市軌道交通車輛制動系統簡介

城市軌道交通車輛通常采用微機控制的直通式電-空制動系統，能在司機控制器、ATO(列車自動駕駛)或ATP(列車自動防護)的控制下，對列車進行階段性或一次性的制動與緩解。制動系統可根據制動指令對應的制動減速度、列車速度和重量，計算出制動力的大小，然后進行空氣制動與電制動的配合控制，實現列車的精確停車。

車控制動系統是以每輛車為單位來設置制動控制單元的制動控制方式，即每輛車均配置有1個獨立的制動控制單元,用于控制本車的制動力。下面著重介紹車控制動系統制動控制單元原理。

圖1為城市軌道交通車控制動系統制動控制單元原理圖。制動控制單元主要由濾清器(01)、常用制動充風電磁閥(02)、常用制動緩解電磁閥(03)、中繼閥(06)、空重閥(09)、緊急電磁閥(10)、壓力傳感器(05/07/11)、壓力開關(13)和相關壓力測點(04/08/12)等部件組成。圖1中,AS1、AS2表示空簧壓力管路，R表示總風，AC表示常用制動預控壓力管路，EM表示緊急制動預控壓力管路、EX表示排氣口，BC表示制動缸壓力管路。

圖1 制動控制單元原理示意圖

常用制動時，制動控制單元接收到制動指令，通過控制充風電磁閥和緩解電磁閥的得電和失電，得到相應的常用預控壓力輸出到中繼閥，通過中繼閥的流量放大作用，將制動壓力輸出到制動缸中。

緊急制動時，緊急電磁閥失電(正常緩解時，緊急電磁閥為得電常閉狀態)，空重閥根據空簧壓力調整緊急預控壓力，輸出到中繼閥，通過中繼閥的流量放大作用，將緊急壓力輸出到制動缸中，實現車輛的緊急制動。

制動控制單元對電磁閥預控壓力、中繼閥輸出的制動缸壓力進行閉環控制，同時，微機診斷系統對電磁閥的狀態進行實時監測，有助于對制動系統故障進行更精準的定位。

2 制動系統故障影響因素

2.1 制動力不足故障判斷邏輯

在城市軌道交通車控制動控制系統中，制動力不足故障判斷邏輯為：在常用制動狀態下(無電制動),制動指令大于一定值(目前常規設定為制動缸壓力的目標值在150 kPa以上)，如果制動缸壓力在一定時間內不能上升到規定壓力值(目前常規設定為3.5 s內制動缸壓力不能上升到60 kPa)時,則制動系統上報制動力不足故障。

2.2 制動不緩解故障判斷邏輯

在城市軌道交通車控制動控制系統中，制動不緩解故障判斷邏輯為：在非制動狀態下,如果制動缸壓力實際值大于一定值(目前常規設定為40 kPa左右)，持續時間超過一定值(目前常規設定為5 s左右),則制動系統上報制動不緩解故障。

2.3 制動力不足故障影響因素

由于車控制動系統關鍵部件的故障而引起制動力不足故障情況匯總見表1。

2.4 制動力不緩解故障影響因素

由于車控制動系統關鍵部件的故障而引起制動力不緩解故障情況匯總見表2。

表2 制動力不緩解故障情況匯總表

3 制動系統故障原因分析以及應急處理措施建議

3.1 制動力不足故障

現從可能引起制動系統制動力不足故障的關鍵部件進行分析。

3.1.1 常用制動充風電磁閥

故障現象：車輛在制動時，TCMS(列車監控管理系統)顯示無制動缸壓力。

故障原因分析：在常用制動時，制動系統控制常用制動充風電磁閥和緩解電磁閥產生常用制動的預控壓力；初始階段，充風電磁閥得電開啟，同時緩解電磁閥得電關閉，將總風輸入到中繼閥常用預控腔；當常用預控壓力達到目標值時，此時充風電磁閥失電關閉。在制動系統得到緩解指令后，此時充風電磁閥失電關閉，緩解電磁閥失電，常用預控壓力通過緩解電磁閥排空。當常用制動充風電磁閥故障，得電后無法開啟，常用預控壓力為零，中繼閥無制動壓力輸出，造成制動力不足故障。

應急處理措施建議:當1輛車發生制動力不足故障時，可適當提高制動指令，列車其余車輛來補充不足的制動力，在列車到達終點后再退出運營；當2輛或以上車輛發生制動力不足故障時，可根據現場情況以及運營要求，采取下站清客退出運營或限速運營的方式到達終點再退出運營。

3.1.2 常用制動緩解電磁閥

故障現象：車輛在常用制動時，常用制動緩解電磁閥常排風，充風電磁閥開啟和閉合切換頻繁；制動系統上報制動力不足故障后，制動缸壓力將在目標壓力下出現循環波動。

故障原因分析：在常用制動時，緩解電磁閥故障，得電后不能正常關閉，開始階段充風電磁閥向中繼閥常用預控腔充風，同時通過緩解電磁閥排風，常用預控壓力上升緩慢，無法在規定時間上升到設定值，制動系統將上報制動力不足故障；之后預控壓力還將上升并達到目標值，充風電磁閥斷電關閉，不再充風；但由于緩解電磁閥故障而一直處于排風狀態，預控壓力將很快下降，充風電磁閥得電后再次充風；此狀態將一直循環直到制動緩解。

應急處理措施建議:此種電磁閥故障造成的制動力不足故障，無須采取其他措施，可正常運行到終點后再退出運營。

3.1.3 中繼閥

故障現象：車輛在制動時，預控壓力正常，但中繼閥無制動缸壓力輸出。

故障原因分析：制動時，中繼閥預控腔內壓力正常，而沒有制動缸壓力輸出，最大可能的原因是勾貝卡滯沒有動作，無法打開總風閥口將壓縮空氣輸出到制動缸，造成制動力不足故障。

應急處理措施建議:與常用制動充風電磁閥故障時處理措施相同。

3.2 制動不緩解故障

現從可能引起制動系統制動不緩解故障的關鍵部件進行分析。

3.2.1 常用制動充風電磁閥

故障現象：車輛在常用制動時，制動缸壓力高出目標值，在接收到制動緩解指令后，制動缸壓力沒有下降。

故障原因分析：在常用制動時，充風電磁閥故障，失電后不能正常關閉，總風一直通過充風電磁閥向中繼閥常用預控腔充風，同時通過緩解電磁閥排風，在壓力穩定后，一般情況下實際預控壓力高于目標壓力值；在接收到緩解指令后，由于充風電磁閥故障，預控壓力將保持原來壓力，導致中繼閥輸出的制動缸壓力沒有下降，造成制動不緩解故障。

3.2.2 常用制動緩解電磁閥

故障現象：車輛在接收到常用制動緩解指令后，制動缸壓力沒有下降。

故障原因分析：在常用制動緩解時，緩解電磁閥故障，失電后不能排風，常用預控壓力保持原來壓力，導致中繼閥輸出的制動缸壓力沒有下降，造成制動不緩解故障。

3.2.3 緊急電磁閥

故障現象：車輛在接收到緊急制動緩解指令后，制動缸壓力沒有下降。

故障原因分析：在緊急制動緩解時，緊急電磁閥故障，得電后不能排風，中繼閥緊急預控腔壓力得不到緩解，導致中繼閥輸出的制動缸壓力沒有下降，造成制動不緩解故障。

3.2.4 中繼閥

故障現象：車輛緩解狀態下，制動缸壓力一直保持80 kPa左右的壓力。

故障原因分析：中繼閥在出現總風口關閉不嚴、向制動缸漏風故障時，中繼閥此時的狀態是總風通過總風閥口向中繼閥下游制動缸內充風，由于處于緩解狀態，中繼閥制動腔內的壓縮空氣同時向外排風；當總風泄漏量較大時，中繼閥制動腔內的壓力超過制動不緩解邏輯判斷的設定值時，制動系統將上報制動不緩解故障。

3.2.5 應急處理措施建議

在發生制動不緩解故障時，可人工按下“強迫緩解”按鈕進行緩解，此時通過故障車的防滑閥將制動缸內的壓縮空氣排空，實現故障車的強迫緩解;制動不緩解故障不影響制動時的正常施加，在列車到達終點后再退出運營。

如果故障車報“防滑閥故障”，則按下“強迫緩解”按鈕后也無法實現制動緩解，此時需對該故障車進行制動切除操作，故障車喪失制動功能；切除1輛車制動，可在列車到達終點后再退出運營；切除2輛或以上車輛制動，可根據現場情況以及運營要求，采取下站清客退出運營或限速運營的方式到終點后再退出運營。

4 結語

本文從關鍵部件故障角度出發，分析制動系統運營故障產生的原因，并提出應急處理措施建議，以提高運營維護部門對制動系統的認識，及時有效地處理出現的運營故障，降低故障對線路正常運營的影響。

另外，為降低制動系統的運營故障，提高制動系統關鍵部件的可靠性是重中之重，對關鍵部件的可靠性研究是一項需長期堅持的工作。