地鐵列車制動系統(tǒng)故障及處理措施

王琪娟

摘要：本文針對地鐵列車沖標(biāo)問題，深入分析與之相關(guān)的制動系統(tǒng)控制模塊，并結(jié)合其工作原理與控制邏輯，尋找故障產(chǎn)生的根本原因。在此基礎(chǔ)上，提出解決制動系統(tǒng)故障的具體處理措施，以避免此類故障再次發(fā)生，從而保障乘客生命安全并減少經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：地鐵列車;制動系統(tǒng);故障

1、地鐵列車制動系統(tǒng)簡介

出現(xiàn)沖標(biāo)故障的地鐵列車采用以轉(zhuǎn)向架為單位的“架控式”制動控制系統(tǒng)，內(nèi)設(shè)監(jiān)控終端，具有自診斷和故障記錄功能，它能在司機(jī)控制器或ATO的控制下對列車進(jìn)行階段或一次性的制動與緩解[1]。在正常制動過程中，電制動和空氣制動在列車級隨時(shí)協(xié)調(diào)配合以滿足制動指令的要求，并且優(yōu)先采用電制動，如果電制動不能滿足總制動力的需求，由空氣制動自動補(bǔ)充[2]。

該制動系統(tǒng)主要功能包括：常用制動、快速制動、緊急制動、保持制動、停放制動、車輪防滑保護(hù)、載荷補(bǔ)償、制動混合等，采用電制動和空氣制動兩種模式實(shí)現(xiàn)[3， 4]。該車空氣制動系統(tǒng)控制單元分布及內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)示意如圖1所示，有兩個(gè)網(wǎng)關(guān)閥安裝在一個(gè)CAN總線部分上，摩擦常用制動的實(shí)用性達(dá)到最大。利用內(nèi)置的網(wǎng)關(guān)閥進(jìn)行角色管理，保證一個(gè)閥分配為主通路角色，而另一個(gè)網(wǎng)關(guān)閥則以“熱備用”模式運(yùn)行。當(dāng)主網(wǎng)關(guān)閥發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)網(wǎng)關(guān)閥則被提升為主通路角色，從而能夠提供不間斷的常用制動控制。

2、制動系統(tǒng)故障分析

在地鐵正線調(diào)試階段，某列車在露天高架區(qū)間進(jìn)站沖標(biāo)1 m，當(dāng)日天氣為雨天，初步判斷故障來源于車輛防滑系統(tǒng)或者常用制動系統(tǒng)。

2.1防滑控制系統(tǒng)分析

車輪防滑保護(hù)的控制分為電制動防滑控制和空氣制動防滑控制，電制動防滑控制和空氣制動防滑控制是各自獨(dú)立完成的。制動系統(tǒng)防滑保護(hù)系統(tǒng)工作過程具體如下：一、當(dāng)車輛處于制動狀態(tài)（包括緊急制動），但防滑保護(hù)并沒有被激活前，制動系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)計(jì)算的參考速度為制動CAN單元內(nèi)各軸的最高軸速;二、當(dāng)車輛處于制動狀態(tài)，且當(dāng)前軸速與參考速度差大于5%（或當(dāng)前軸的軸減速度大于4.5 m/s2）時(shí)，激活防滑保護(hù)功能，此時(shí)制動控制閥將從架控的模式自動進(jìn)入軸控的模式，為可能進(jìn)行的軸控防滑保護(hù)作好準(zhǔn)備;同時(shí)制動控制閥將在2秒后開始“對地測速”（也就是對指定的拖軸進(jìn)行短時(shí)排氣動作，以便獲得一個(gè)相對自由軸的軸速，從而使參考速度能更接近于車輛的實(shí)際速度）;三、當(dāng)車輛處于制動狀態(tài)，且當(dāng)前軸速與參考速度差大于15%時(shí)，制動控制閥的防滑保護(hù)動作開始，對當(dāng)前軸對應(yīng)的制動缸進(jìn)行排氣動作，并盡可能使當(dāng)前軸的速度差控制在大約15%～20%的范圍內(nèi)。

為了實(shí)現(xiàn)制動系統(tǒng)在上述不同狀態(tài)下的防滑保護(hù)，列車每根軸上均安裝速度探頭用于監(jiān)視軸速。當(dāng)任意一個(gè)閥檢測到滑動，它將控制制動缸壓力以糾正滑動的軸。速度傳感器內(nèi)部采用脈沖發(fā)送器無接觸測量永磁性齒輪（凸極轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)數(shù)，以此測量軌道車輛中軸的轉(zhuǎn)速。具體原理如圖2所示，速度傳感器a掃描一個(gè)旋轉(zhuǎn)的永磁性凸極轉(zhuǎn)子p，該凸極轉(zhuǎn)子具有周期分布的齒形和齒槽。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒形或齒槽位于傳感器下方時(shí)，傳感器元件將磁場的變化轉(zhuǎn)換并記錄為電源接通或關(guān)斷，其中電源“接通”表示高平，電源“關(guān)斷”表示低平，采集單位時(shí)間的脈沖數(shù)即可獲得軸的轉(zhuǎn)數(shù)。

地鐵列車發(fā)生沖標(biāo)故障時(shí)，拖車轉(zhuǎn)向架和動車轉(zhuǎn)向架上測得的軸速和參考速度如圖3所示。可以看出，在列車制動時(shí)車輛各軸都出現(xiàn)了不同程度的滑行，但軸速與參考速度差保持在20%以內(nèi)，說明防滑保護(hù)功能在發(fā)揮作用，故排除速度傳感器與防滑控制系統(tǒng)故障。

2.2常用制動系統(tǒng)分析

在正常條件下施加的常用制動采取電制動和空氣制動混合施加的方式，且電制動優(yōu)先，不足的部分由空氣制動隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，并且優(yōu)先在拖車上補(bǔ)償。在常用制動施加和緩解時(shí)，沖擊極限為≤0.75 m/s3，以保證旅客的舒適度。當(dāng)速度較低時(shí)，設(shè)置一個(gè)電制動淡出點(diǎn)，在達(dá)到這個(gè)淡出點(diǎn)之前，車輛控制單元給制動控制單元信號，當(dāng)?shù)竭_(dá)這個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后空氣制動會逐漸取代電制動，電-空轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置為10 km/h;常用制動過程是可逆的，即在常用制動施加過程中隨時(shí)可以撤銷該動作。

研究故障車輛的ATO進(jìn)站數(shù)據(jù)（如圖4所示）發(fā)現(xiàn)，在10 km/h左右時(shí)ATO給出的制動需求電流值為10.96 mA，列車表現(xiàn)出的減速度為-0.57 m/s2，而電氣制動轉(zhuǎn)換之后ATO給出的制動需求電流值為9.48 mA，氣制動表現(xiàn)的減速度-0.47 m/s2左右，氣制動力表現(xiàn)出的減速度僅僅為電制動的減速度的82%左右，前后差異很大。

正常車輛進(jìn)站動態(tài)數(shù)據(jù)顯示（如圖5所示），在10 km/h左右時(shí)ATO給出的制動需求電流值為10.895 mA，列車表現(xiàn)出的減速度為-0.55 m/s2，而電氣制動轉(zhuǎn)換之后ATO給出的制動需求電流值為9.38798 mA，氣制動表現(xiàn)的減速度-0.54 m/s2，電制動與氣制動在ATO的制動需求進(jìn)行補(bǔ)償之后差異很小。

對比圖4與圖5的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，故障車輛與正常車輛的ATO制動需求電流值均接近，然而故障車輛的氣制動減速度明顯小于正常車輛的氣制動減速度，這表明故障車的氣制動力不足。

該車空氣制動的基礎(chǔ)制動設(shè)備為輪盤制動單元，它由制動夾鉗、制動盤和閘片等組合而成。制動夾鉗單元是制動鉗和制動缸的組合，當(dāng)制動閘片或制動盤磨損后，制動夾鉗單元可以自行調(diào)整以保持制動閘片和制動盤之間的間隙恒定。當(dāng)觸發(fā)常用制動時(shí)，制動缸充風(fēng)，制動閘片托架連同制動閘片即被壓在制動盤上。閘片壓在制動盤上后，即形成制動力。因此，故障車的制動力不足主要問題是閘片壓在制動盤上的壓力或面積不夠造成。

對全車進(jìn)行保壓測試和制動風(fēng)缸壓力測試，未發(fā)現(xiàn)問題。進(jìn)一步拆解制動閘片后發(fā)現(xiàn)，閘片與制動盤的磨合完成度在50%左右。依據(jù)技術(shù)要求，車輛正線運(yùn)營的磨合完成度要求在80%以上，故本次故障主要是由閘片與制動盤接觸面積不夠造成。通過多次強(qiáng)化磨合，制動力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3、后續(xù)處理措施

3.1完善閘片磨合方案

為避免此類問題的再次發(fā)生，通過多次測驗(yàn)和驗(yàn)證得到以下工藝方案：每次制動前，確認(rèn)閘片溫度未超過100°C，閘片及制動盤處無異味;分別在40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h的速度下采用70%制動級位進(jìn)行純空氣制動各5次，閘片與制動盤的接觸面積能達(dá)80%以上。

3.2加強(qiáng)磨合后質(zhì)量檢查

由于閘片和制動盤的磨合大多存在于新車上，各機(jī)械、電氣部件仍未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在整個(gè)磨合過程中車輛本身造成的不確定因素較多，極有可能存在按照以上要求操作但仍未達(dá)到技術(shù)要求的情況，這就需要我們現(xiàn)場技術(shù)人員在完成磨合方案后，對每列車進(jìn)行人工抽檢，如若未達(dá)80%要求可重復(fù)以上操作方案，確保每列車都在短的時(shí)間完成該項(xiàng)工作，提高工作效率。

結(jié)束語

綜上所述，列車在調(diào)試階段會出現(xiàn)各類問題，制動系統(tǒng)作為列車最重要的系統(tǒng)之一，需要相關(guān)工作人員能夠給予更多重視與關(guān)注，結(jié)合實(shí)際情況，分析造成故障問題的原因。通過改進(jìn)工藝，加強(qiáng)監(jiān)管等方式，減少故障問題出現(xiàn)。

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