地鐵車輛停放制動狀態(tài)的指示與判斷

杜平海

(金華市軌道交通集團有限公司 金華市 321000)

目前國內(nèi)城軌地鐵車輛對于停放制動功能基本上采用的都是彈簧施加、空氣或者液壓緩解的方式，這種方式能夠保證在氣壓或者液壓不足的情況下，車輛能夠被安全地停放在軌道上。在車輛的設(shè)計中，停放制動的狀態(tài)也被用作牽引系統(tǒng)是否提供牽引力的前提條件，那么，在停放制動切除或者故障的條件下，停放制動的指示狀態(tài)與真實狀態(tài)的判斷，就會影響到車輛的安全性和可用性，以某項目地鐵車輛停放制動的設(shè)計為例對停放制動相關(guān)的邏輯與判斷進行探討。

1 停放制動功能的原理及控制

1.1 停放制動裝置的結(jié)構(gòu)

停放制動由基礎(chǔ)制動單元實現(xiàn)，不論基礎(chǔ)制動單元是踏面型式還是盤式型式，本項目停放制動采用被動式結(jié)構(gòu)，即由彈簧進行停放制動力的施加，緩解時采用空氣緩解或者液壓緩解。本項目地鐵車輛制動系統(tǒng)采用空氣制動系統(tǒng)，基礎(chǔ)制動采用踏面制動單元，踏面制動單元分為兩種，一種是帶有停放制動功能的踏面制動單元，另外一種不帶有停放制動功能。帶有停放制動功能的踏面制動單元的結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

帶有停放制動功能的踏面制動單元上有兩個不同的氣缸，一個是停放制動缸，一個是常用制動缸。在常用制動的施加/緩解過程中，均是通過常用制動缸的充/排風(fēng)來實現(xiàn)常用空氣制動的功能。在停放制動緩解的情況下，停放制動缸一般由總風(fēng)或者制動風(fēng)缸進行供風(fēng)以實現(xiàn)停放制動緩解的功能，在施加停放制動時，停放制動缸的壓縮空氣會通過電磁閥排放到大氣中，壓縮彈簧的彈簧力作用在膜板上推動閘瓦壓迫輪對踏面施加停放制動力。

另外，待停放制動被施加以后，即使將空氣制動缸中的BC壓力釋放了，也難以緩解停放制動。為了在車輛空氣制動系統(tǒng)風(fēng)壓不足的情況下能夠?qū)ν７胖苿舆M行緩解，在基礎(chǔ)制動單元上設(shè)計了手動緩解裝置，手動緩解裝置結(jié)構(gòu)見圖2。

件號2為手動緩解拉桿，與手動緩解裝置的拉繩相聯(lián)接，其拉桿手柄安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)方，以方便操作。當拉動拉桿2時，棘爪1將被拉動，齒輪3將被釋放，因此螺桿4的扭矩支撐消除，儲能彈簧5、6作用在活塞8上的向下作用的力以及螺桿4的非自鎖螺紋所產(chǎn)生的扭矩失去支撐后，螺桿4和齒輪3將旋轉(zhuǎn)，使螺桿4從螺母7向上旋出，而一旦活塞8向下運動，鎖定銷9就會在彈簧10的作用下向下運動，卡住棘爪1，棘爪1將不能和齒輪3咬合。螺桿4在常用制動缸活塞11以及壓縮彈簧12的作用下，即使活塞8已經(jīng)貼靠在底座的情況下也會一直向上旋擰，直到頂部，此時停放制動完全緩解。

1.2 停放制動設(shè)備的配置及氣路原理

停放制動的主要功能就是能夠?qū)⒆畲筝d荷列車安全地停放在線路的最大坡道上，所以在設(shè)計時需考慮車輛載荷以及線路條件。在本地鐵車輛上，每節(jié)車配備了4個帶有停放制動的踏面制動單元，在轉(zhuǎn)向架上采用斜對角的位置進行安裝，由空氣制動系統(tǒng)進行供風(fēng)，采用以車為單元的控制方式，其設(shè)備的配置及氣路原理見圖3。

停放制動設(shè)備包括帶有停放制動的踏面制動單元(C03)，手動緩解拉繩(C03005)，帶電觸點的停放制動截斷塞門(B11)以及停放制動電磁閥(B09)。本工程車輛每節(jié)車配置4套帶有停放制動的踏面制動單元(C03)和手動緩解拉繩(C03005)，以及一個停放制動截斷塞門(B11)和停放制動電磁閥(B09)。

停放制動的施加/緩解由停放制動電磁閥(B09)進行控制，當電磁閥(B09)失電(正常位)，壓縮空氣向踏面制動單元的停放制動缸充風(fēng)(A1 口與A3 口連通)，停放制動將被緩解；當施加停放制動，電磁閥(B09)得電，踏面制動單元停放缸內(nèi)的壓縮空氣通過電磁閥(B09)(A2 口與A3 口連通)的A2 口流向EP2002閥，并通過EP2002 閥的3 口排出，停放施加。此時停放制動缸的壓力與3口常用制動缸的壓力相同，這是為了防止停放制動力與常用制動力完全疊加，通過常用制動缸的壓力緩解一部分停放制動力。

1.3 停放制動的控制

停放制動的施加/緩解采用硬線控制，通過操作頭車停放制動按鈕，使停放制動電磁閥得電或失電，列車停放制動控制原理見圖4。

2 停放制動狀態(tài)的指示與判斷

為了防止在停放制動施加時車輛牽引而導(dǎo)致輪對擦傷，在制動系統(tǒng)的硬線輸出上設(shè)置有停放制動緩解信號，此信號被應(yīng)用在車輛牽引回路中，以保證車輛安全。由于停放制動狀態(tài)會影響到車輛的安全和運行，應(yīng)通過TCMS或指示燈方式對停放制動狀態(tài)進行顯示有停放制動的狀態(tài)指示。

2.1 停放制動狀態(tài)的指示

停放制動狀態(tài)常用有兩種方法，一個由網(wǎng)關(guān)閥通過MVB向TCMS傳輸停放制動狀態(tài)信息，由TCMS顯示屏對停放制動狀態(tài)進行顯示；另外一個是由網(wǎng)關(guān)閥輸出每個CAN單元停放制動狀態(tài)的硬線信號，通過指示燈來進行停放制動狀態(tài)的顯示。

(1)顯示屏停放制動狀態(tài)顯示方案

本項目地鐵車輛為6輛編組的形式，制動系統(tǒng)采用兩個CAN網(wǎng)絡(luò)單元的結(jié)構(gòu)，每個CAN單元中包括2個網(wǎng)關(guān)閥和4個智能閥。在每節(jié)車二位端EP2002閥的6號口設(shè)置有壓力傳感器(見圖3)。網(wǎng)關(guān)閥通過CAN網(wǎng)絡(luò)搜集本CAN單元三個車的停放制動壓力，并通過MVB發(fā)送到TCMS，由TCMS顯示屏顯示停放制動狀態(tài)，顯示方案詳見圖5，顯示方案說明詳見圖6。同時，為了方便檢修人員讀取停放制動缸的壓力，在“制動狀態(tài)”頁面中設(shè)置有“停放缸壓力”顯示，詳見圖7；在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試頁面中的RIOM詳細信息中有帶電觸點的停放制動截斷塞門的狀態(tài)顯示，當操作停放制動截斷塞門時，停放制動切除會顯示為1，否則為0，詳見圖8。

(2)停放制動指示燈方案

為了在TCMS故障狀態(tài)下，司機能夠判斷出停放制動狀態(tài)，本項目地鐵車輛設(shè)置了停放制動指示燈，當停放制動施加時，停放制動指示燈亮；否則，停放制動指示燈滅。

由于制動系統(tǒng)智能閥沒有對外輸出接口，所有硬線輸出信號均取自于網(wǎng)關(guān)閥。當一個CAN單元3節(jié)車的停放制動壓力均大于動作值時，網(wǎng)關(guān)閥會輸出“停放制動緩解”硬線信號，此信號高電平有效，見圖9，停放制動指示燈電路圖詳見圖10。

2.2 停放制動與牽引指令的連鎖

在非ATO模式下，車輛牽引系統(tǒng)通過判斷牽引指令線的狀態(tài)來進行牽引力的施加，在牽引指令線為高電平時，允許牽引系統(tǒng)施加牽引力，否則牽引力將不能施加。停放制動緩解信號被串聯(lián)在牽引指令線中，詳見圖11(牽引指令回路中還有很多其他觸點，本圖只為示意圖)。

另外，當設(shè)備故障時可能會引起停放制動緩解信號不能被發(fā)出，為了在這種狀態(tài)下能夠確保正常行車，在車輛上設(shè)計了停放制動旁路按鈕，此按鈕用于旁路停放制動緩解繼電器觸點，在判斷為停放制動真實狀態(tài)為未施加時操作此按鈕，車輛可以繼續(xù)運行。

2.3 停放制動狀態(tài)的判斷

由于停放制動涉及到車輛的安全和運行，所以需要司機及維護人員能夠熟練地對停放制動真實狀態(tài)進行判斷，并操作相關(guān)部件進行停放制動的施加和緩解。

在正常狀態(tài)下，當空氣制動系統(tǒng)總風(fēng)壓力足夠時，停放制動的施加/緩解可以通過停放制動電磁閥進行操作(見圖4)，停放制動的狀態(tài)可以通過TCMS顯示屏或者指示燈進行讀取(見圖5和圖10)。在車輛用于檢測停放缸壓力的EP2002閥失電/故障或者在停放制動截斷塞門處于截斷位時，會導(dǎo)致顯示屏顯示停放制動施加和停放制動指示燈亮，同時，牽引指令線不能得電，車輛不能正常運行。在這種情況下，為了能夠判斷此時停放制動的狀態(tài)，保證車輛的安全和運營，需要按照以下步驟依次排查：

(1)檢查制動風(fēng)缸和總風(fēng)缸壓力是否處于正常狀態(tài)，如果正常；

(2)檢查停放制動按鈕是否處于停放制動緩解位，如果是；

(3)檢查顯示停放制動施加的車輛的停放制動截斷塞門是否處于連通位，如果是；

(4)檢查顯示停放制動施加的車輛二位端EP2002閥是否正常(得電且無故障)。

如果以上檢查均正常，車輛依然顯示停放制動施加，停放制動指示燈依然亮，那么需要在保證車輛安全的前提下進行以下操作，來確認停放制動的真實狀態(tài)：

(1)緩解緊急制動，車輛施加保持制動；

(2)保持停放制動按鈕處于緩解指令位；

(3)按下強迫緩解按鈕，并保持其處于強迫緩解位。

檢查顯示停放制動施加車輛的踏面制動單元，觀察其是否處于停放制動施加狀態(tài)。如果是處于緩解狀態(tài)，那么恢復(fù)車輛為正常狀態(tài)，并按下停放制動旁路按鈕，可以繼續(xù)行車；如果處于施加狀態(tài)，那么需要操作此車的停放制動截斷塞門，隔離總風(fēng)向停放制動缸的供風(fēng)，同時通過手動緩解拉繩緩解停放制動車輛4個停放制動，之后按下停放制動旁路按鈕，可以繼續(xù)行車。

3 停放制動狀態(tài)指示的另外一種解決方案

本項目地鐵車輛停放制動狀態(tài)的指示依靠的是EP2002閥本身的壓力傳感器，通過壓力傳感器讀取的壓力和踏面制動單元本身的特性來判斷停放制動的施加和緩解狀態(tài)，無論是TCMS顯示停放制動的狀態(tài)，還是硬線指示燈的指示狀態(tài)，均離不開EP2002閥，對于6輛編組列車上的12個EP2002閥來說，二位端的閥為6個，再加上2個Tc車的網(wǎng)關(guān)閥，這8個閥任何一個故障或者失電，均會導(dǎo)致不能輸出停放制動緩解信號，而閥故障或者失電的幾率要遠高于壓力開關(guān)的故障幾率，所以最好在每節(jié)車上設(shè)置一個停放制動壓力開關(guān)用于指示燈的供電，詳見圖12。

圖12與圖3的區(qū)別是在停放制動管路上增加了停放制動壓力開關(guān)(B22)，壓力開關(guān)在停放缸壓力達到動作值后動作，造成觸點的切換，進行停放制動施加/緩解的指示，這樣就降低了對于EP2002閥的依賴，減少了誤報的幾率，提高了車輛的可用性。

4 結(jié)束語

目前大部分地鐵車輛停放制動的狀態(tài)均是依靠氣壓或者油壓來判斷，但是為了能夠減少故障車輛對于線路運營的影響，停放制動均有手動隔離和緩解的功能，通過氣壓或油壓判斷的停放制動狀態(tài)未必是真實的，而停放制動又關(guān)系到車輛的安全性和可用性，所以對運營人員和維護人員判斷停放制動狀態(tài)的準確性提出了更高的要求。對于地鐵車輛的設(shè)計人員來說，要進一步完善制動系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的顯示方式，更加周密地對停放制動狀態(tài)邏輯進行設(shè)計，以降低誤報的幾率。