成都地鐵3號(hào)線電客車制動(dòng)系統(tǒng)防滑異常故障分析

黃 曄

(成都地鐵運(yùn)營有限公司, 成都 610035)

成都地鐵3號(hào)線電客車制動(dòng)系統(tǒng)，是采用微機(jī)控制的模擬式電-空制動(dòng)系統(tǒng)。內(nèi)設(shè)監(jiān)控終端，它能在司機(jī)控制器、ATO或ATP的控制下對(duì)列車進(jìn)行階段或一次性的制動(dòng)與緩解，具有自診斷和故障記錄功能以及常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)、停放制動(dòng)和滑行控制等功能。

滑行控制作為制動(dòng)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，主要用于防止制動(dòng)力超過黏著引起的輪對(duì)滑行或抱死造成輪對(duì)踏面擦傷。正線若報(bào)出防滑異常故障，不僅會(huì)在HMI上彈出故障提示，對(duì)司機(jī)行車造成影響；嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)箤?duì)應(yīng)軸防滑失效，導(dǎo)致擦輪甚至輪對(duì)抱死等嚴(yán)重后果。

下面就成都地鐵3號(hào)線的電客車制動(dòng)系統(tǒng)防滑異常故障案例從現(xiàn)象、原因到整改措施及效果做簡(jiǎn)要闡述。

1 防滑控制功能概述

1.1 防滑系統(tǒng)的構(gòu)成

防滑控制系統(tǒng)主要設(shè)備由制動(dòng)控制器BECU，防滑控制閥及速度傳感器組成，見圖1防滑控制裝置方框圖。

圖1 防滑控制裝置方框圖

1.2 滑行狀態(tài)的檢測(cè)

各車的BECU接收本車安裝在各軸上的速度傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)，演算各軸的速度和減速度。在非牽引狀態(tài)下，各車的BECU通過監(jiān)視各軸與基準(zhǔn)軸之間的速度差和減速度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，與制動(dòng)軟件中的滑行判定條件進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)滑行檢測(cè)的功能。

1.3 滑行狀態(tài)的控制

各車的BECU檢測(cè)到滑行狀態(tài)后，通過控制每軸的防滑控制閥(PCV)，排出滑行軸制動(dòng)缸中的壓力空氣，進(jìn)行滑行再黏著控制。

1.4 防滑控制的目的

當(dāng)由于制動(dòng)力超過輪軌黏著力使輪對(duì)踏面由滾動(dòng)到出現(xiàn)滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)，防滑系統(tǒng)能夠檢測(cè)出這種滑行并能通過減小滑行輪對(duì)上的制動(dòng)力，緩解出現(xiàn)滑行輪對(duì)上的滑動(dòng)程度，從而防止輪對(duì)抱死和輪對(duì)踏面擦傷。防滑控制裝置邏輯見圖2。

圖2 防滑控制邏輯圖

2 案例分析

2.1 故障簡(jiǎn)介

3號(hào)線電客車自2017年1月起，正線多次接報(bào)單車空氣制動(dòng)欄顯紅，HMI故障提示顯示某節(jié)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)故障、某軸防滑異常，但車輛停穩(wěn)后故障便自動(dòng)恢復(fù)正常。該類故障的多次發(fā)生不僅給司機(jī)帶來了較大影響，同時(shí)給行車安全埋下隱患。從2017年1月至5月，正線共發(fā)生同類故障7起，占3號(hào)線電客車制動(dòng)系統(tǒng)正線故障的87.5%，成為正線最主要的制動(dòng)系統(tǒng)故障，故障統(tǒng)計(jì)見圖3。

圖3 正線防滑故障統(tǒng)計(jì)

2.2 原因分析

故障車輛回庫后，車輛技術(shù)人員組織制動(dòng)廠家下載了系統(tǒng)控制終端內(nèi)的故障記錄，并利用魚骨圖分析法進(jìn)行了末端原因分析。

2.2.1魚骨圖末端原因分析

查詢車輛故障記錄發(fā)現(xiàn)，發(fā)生此類故障時(shí)，車輛均不在制動(dòng)工況，處于牽引或惰行狀態(tài)；再對(duì)可能導(dǎo)致滑行的因素進(jìn)行了魚骨圖末端分析，見圖4。

圖4 魚骨圖末端分析

如圖4所示，線路濕度大，軌面、踏面臟污，滑行判斷條件不合適，防滑閥故障，防滑動(dòng)作不及時(shí)，速度傳感器故障，進(jìn)站制動(dòng)級(jí)位過大，非制動(dòng)工況下誤報(bào)防滑異常故障，均為可能造成防滑異常故障率偏高的末端原因。對(duì)此，車輛技術(shù)人員進(jìn)行了一系列的工作以確認(rèn)故障的主要原因(表1)。

表1 主要原因確認(rèn)表

結(jié)合以上分析，初步推斷導(dǎo)致防滑異常故障的主要原因?yàn)榉侵苿?dòng)工況下的誤報(bào)。隨即組織相關(guān)技術(shù)人員及廠家對(duì)故障記錄進(jìn)行了深入分析。

2.2.2故障記錄分析

根據(jù)防滑異常故障記錄(圖5)，可將其分為①～③3個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的情況進(jìn)行說明。

3號(hào)線制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)判斷邏輯：牽引指令=0，制動(dòng)指令=1時(shí)為惰行狀態(tài)；牽引指令=1，制動(dòng)指令=1時(shí)為牽引；牽引指令=0，制動(dòng)指令=0時(shí)為制動(dòng)。(設(shè)計(jì)出于安全考慮，制動(dòng)指令低電平時(shí)施加制動(dòng))

①車輛在惰行狀態(tài)下，在-5.4 s時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到全部4根軸發(fā)生滑行，見圖6。

②從第-5.0 s開始至0.0 s，車輛處于惰行狀態(tài)中，無法檢測(cè)到第2軸的加減速度變化，見圖7。

③BECU在車輛惰行狀態(tài)下檢測(cè)到2軸發(fā)生了滑行。但由于車輛處于惰行狀態(tài)，在檢測(cè)到能夠滿足滑行解除的條件之前，BECU檢測(cè)到的是一段長(zhǎng)達(dá)5 s的既無加速又無減速的工況，導(dǎo)致觸發(fā)了制動(dòng)系統(tǒng)防滑異常故障邏輯。

防滑異常故障邏輯：從BECU檢測(cè)到某軸發(fā)生滑行開始，直到該軸狀態(tài)滿足解除條件期間，如果出現(xiàn)5 s以上Δv都為0時(shí)，將判斷該軸防滑控制失效(即通過防滑控制功能無法改善該軸滑行狀態(tài))，同時(shí)切除該軸防滑控制功能，直至列車完全停穩(wěn)后恢復(fù)。

綜上所述：成都地鐵3號(hào)線電客車制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生正線防滑異常故障的原因在于防滑異常故障邏輯未能考慮到在系統(tǒng)檢測(cè)到滑行后，且在該軸滑行尚未糾正之前，列車有可能不進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，而是進(jìn)入惰行或牽引狀態(tài)并在短時(shí)間內(nèi)(5 s)無法恢復(fù)。導(dǎo)致列車正線在非制動(dòng)工況下誤報(bào)防滑異常故障，且將對(duì)應(yīng)軸的防滑控制功能切除，直到停車后才能恢復(fù)。

圖5 故障記錄

圖6 故障記錄

圖7 故障記錄

2.3 整改措施及效果

找到該類問題的根本原因后，車輛技術(shù)人員組織制動(dòng)廠家于2017年4—6月完成了3號(hào)線制動(dòng)程序升級(jí)驗(yàn)證及批量刷新，將3號(hào)線車輛制動(dòng)系統(tǒng)控制程序由V2.4升級(jí)至V2.5，優(yōu)化了防滑異常故障邏輯：在防滑異常判斷邏輯中加入僅在制動(dòng)工況下，且制動(dòng)缸壓力>25 kPa的限制條件。

經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化，已將該類問題故障率降到0.5件/月以下(圖8)。

圖8 故障趨勢(shì)對(duì)比圖

3 工作啟發(fā)

針對(duì)這類故障整改，分別建議在3個(gè)方面作出優(yōu)化改進(jìn)，以避免同類故障再次發(fā)生：

(1)新線建設(shè)方面，在新線設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)階段，對(duì)車輛牽引、制動(dòng)等關(guān)鍵系統(tǒng)軟件邏輯進(jìn)行論證分析，秉持運(yùn)營前置理念，盡量將隱患消除在設(shè)計(jì)、制造階段。在新車型式試驗(yàn)過程中，重點(diǎn)關(guān)注電客車防滑問題，并將防滑試驗(yàn)作為調(diào)試大綱項(xiàng)點(diǎn)之一，保證新車驗(yàn)收后能夠順利投入運(yùn)營。

(2)修程修制方面，通過列檢、里程檢、均衡修等修程對(duì)電客車輪對(duì)狀態(tài)進(jìn)行檢查測(cè)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪對(duì)踏面異常，通過異常現(xiàn)象結(jié)合車輛故障記錄查找相關(guān)可能故障。

(3)在線監(jiān)測(cè)方面，通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)正線電客車狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，掌握電客車運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)及故障接報(bào)。

4 結(jié)束語

隨著成都7號(hào)線的開通試運(yùn)營，成都地鐵“井+環(huán)”格局形成，標(biāo)志著成都地鐵正式進(jìn)入線網(wǎng)化運(yùn)營時(shí)代。線網(wǎng)客流總量、密度不斷加大，對(duì)行車間隔、運(yùn)營組織能力的要求不斷加大，對(duì)電客車等行車關(guān)鍵設(shè)備的穩(wěn)定性要求隨之變得越來越高；同時(shí)舊線設(shè)備老化加劇，新線新產(chǎn)品新技術(shù)運(yùn)用增多，這需要地鐵工程技術(shù)人員不斷的探索、研究、總結(jié)，做好維保工作，保證設(shè)備狀態(tài)良好。