廣州地鐵B7型車閘片異常磨耗問題分析研究

冉春燕

（廣州地鐵集團有限公司運營事業總部，廣東 廣州 510000）

0 引言

廣州地鐵14號線采用電空混合的制動方式，空氣制動采用盤式制動，通過閘片與制動盤摩擦生熱將列車動能轉換為熱能消散于大氣中。14號線列車最高運行速度為120km/h，正常工況下，優先使用電制動，電制動力不足時使用空氣制動。14號線自開通運營以來，電空制動配合較好，閘片及制動盤磨耗量小且未出現異常現象。在一次制動閘片專項作業中（列車運行3萬公里）發現，14B07007008車的B08車二架閘片存在異常磨耗情況。其中一個制動夾鉗閘片出現內外側嚴重偏磨的情況，其他三個位置閘片及制動盤出現較深劃痕情況。閘片磨耗異常將影響列車行車安全及維修成本，故查清故障原因及解決故障具有極大的意義[1]。

1 原因分析

1.1 空氣制動系統簡介

空氣制動采用EP2002制動系統，實現分散式制動控制網絡，如圖1 所示，每個轉向架配置一套EP2002閥，每個轉向架有2根軸，4個輪對，每個輪對配置一套制動夾鉗、鋁制動盤及一套粉末冶金閘片，如圖2所示。當一個EP2002閥出現故障時，只有一個轉向架上的空氣制動失效，減小了對車輛產生的影響。每個制動供風風源與EP2002閥之間還設置了一個B09截斷塞門，當EP2002故障時可操作B09閥，切斷風源至EP2002之間的連接路，緩解該架空氣制動[2]。

圖1 EP2002分布式控制

圖2 制動系統配置

1.2 異常磨耗現象

故障現象如下：

（1）B08三軸左側輪對閘片內外側磨耗異常，外側閘片厚度最小位置僅7mm，內側閘片厚度為23mm，厚度及狀態詳見圖3。且閘片表面磨損較嚴重。

圖3 B08三軸左側輪對閘片

（2）B08車二架其他位置閘片表面磨痕較深，如圖4 所示。該車其他位置轉向架閘片磨損狀態較好，如圖5所示。該架閘片厚度及其他架閘片檢查結果如表1所示。

圖4 B08車二架閘片狀態

圖5 其他輪對閘片狀態

由表1可以看出，B08車三軸左側閘片磨耗量較大，且存在偏磨的問題，B08車二架其他閘片厚度暫無異常。

表1 閘片檢查結果

（3）檢查B08車二架制動盤狀態，表面劃痕較深，有明顯摩擦痕跡，制動盤部件有明顯高溫后變色的現象，如圖6所示。

圖6 B08二架制動盤狀態

1.3 原因分析

根據故障現象本次故障主要集中在一個轉向架上的制動盤有明顯的磨損痕跡，且有高溫后變色情況，制動閘片磨損較為嚴重，故障原因可鎖定在該轉向架的空氣制動系統故障導致，初步分析有以下幾個原因。

（1）EP2002智能閥故障導致抱閘動車，閘片磨耗異常；

（2）制動夾鉗卡滯導致磨耗異常問題；

（3）制動缸殘余壓力抱閘動車，閘片磨耗異常。

1.4 抱閘動車分析

（1）查看近3個月制動閥內部數據，無相關故障信息，列車制動施加緩解功能正常。

（2）檢查二架制動夾鉗安裝無傾斜現象，平衡桿動作正常，外觀無異常，夾鉗動作正常。停放制動施加緩解功能正常，測試常用制動、緊制制動、快速制動下制動缸壓力值在標準范圍內[3]。切除B09閥，制動夾鉗功能正常。

通過以上分析，閘片磨耗異常可能是異常工況抱閘動車引起的。需對列車運行狀態及制動缸壓力進行排查。

（3）制動缸殘余壓力導致抱閘動車排查。

排查制動數據，發現12月26日15:06:45至16:25:35間，列車B08二架制動缸壓力維持在2.94bar左右（緊急制動壓力），其他軸無制動壓力，且列車最高運行速度接近40km/h，制動儲風缸壓力在7.35至8.86bar變化，其他轉向架的制動缸壓力為0bar。根據數據判斷B08車二架處于抱閘運行狀態。

圖7 制動數據

核查發現12月26日下午該車用于救援演練，切除整車B09，用另一列車進行救援拖行。

緊急制動功用異常故障邏輯：當列車處于緊急制動狀態，但EP2002閥檢測到制動缸壓力為0。

查看列車故障履歷，12月26日14:53:04至16:26:19列車整車B09球閥被切除，所有車B09切除均有記錄，如圖8所示。其他節車故障信息均正常，但僅B08車2架未報出“緊急制動功用異常”信息，說明該架B09切除后，制動缸內仍有殘余壓力，未報出“緊急制動功用異常”信息。后續列車被救援拖行導致列車抱閘運行，閘片與制動盤表面出現嚴重的摩擦痕跡且溫度上升，導致制動盤與閘片表面留下嚴重的摩擦痕跡及高溫后鋁制動盤變色的情況[4]。

圖8 故障履歷

綜上分析可判斷本次閘片異常磨耗的原因為切除手柄B09切除異常導致制動缸壓力未排除，導致該架出現抱閘運行狀態。

2 B09截止閥原理分析

2.1 B09球閥機械結構

14號線列車B09球閥是SK-DN型帶開關模塊的球閥，型號為II58614/1A3E。其外觀如圖8所示。

圖9 B09球閥

通過轉動手柄可讓球閥處于“通路位置” 和 “截斷位置”兩種工作狀態。當手柄與球閥體縱向角度為0°，球閥處于通路位置，壓縮空氣從P1口進入P2口，即儲風缸壓縮空氣通過B09球閥進入EP2002閥，然后流向制動缸。球閥的狀態如圖10（a）所示。

當手柄與球閥體縱向角度為90°，即垂直方向，此時B09球閥處于截斷位置，如圖10（b)所示，壓縮空氣從P2口流向O口，P1口壓縮空氣截止，制動缸的壓力流過EP2002閥，然后排向大氣。

圖10 B09球閥的兩種狀態

2.2 B09球閥狀態檢測

根據B09球閥的安裝圖紙，該球閥有兩對檢測觸點，當手柄轉動10±5°時，觸發第一對檢測開關，當手柄轉動80±5°時，觸發第二對檢測開關。

圖11 B09球閥電路開關

14號線列車控制系統B09切除檢測：檢測采集B09球閥截斷塞門常閉觸點2/6的狀態作為進行判斷，當手柄轉動10±5°時，觸發常閉觸點2/6斷開，列車監測判斷B09球閥處于截斷（切除）狀態，判斷B09切除成功，該邏輯存在一個隱患點，即B09切除未動作到位（未動作至90°垂直位置），但列車控制系統從電路檢測邏輯上判斷該架制動已緩解。設置的優點在于當B09閥恢復到手柄與初始位置超過10±5°時，此時雖然手柄未恢復到位，但P1至P2的通路已導通，不影響列車的制動功能[5]。

2.3 原因分析

現場檢查測試B09切除閥無異常，功能正常。綜上分析制動缸內有殘余壓力的主要原因是B09球閥手柄未動作至90°的位置導致制動缸壓力無法排除，制動未緩解，抱閘動車[6]。

3 試驗驗證

根據理論分析，對B09轉動角度顯示情況及制動缸壓力進行測試。

（1）操作B09球閥手柄轉動約10°，可以聽到球閥動作，此時檢查排氣口O不排風，列車記錄顯示“轉向架切除”，未顯示該架緊急制動功能異常。

圖12 操作手柄10°

（2）操作B09球閥手柄轉動至30°、45°和60°時，排氣口O均有排氣現象，制動缸壓力（BCP）維持在2.77bar不變，制動儲風缸壓力(BSRP)和主風壓力（MRP）壓力因球閥排氣口排氣一直下降，如圖13，當主風下降到7.5bar時，壓縮機啟動，制動儲風缸壓力(BSRP)和主風壓力（MRP）上升，當主風壓力達9.0bar時，壓縮機停止打風，制動儲風缸壓力(BSRP)和主風壓力（MRP）逐漸下降，一直重復上升下降的過程，試驗數據與12月26日下午B08車數據曲線基本一致。

圖13 試驗壓力數據曲線

4 結語

（1）本次閘片異常磨耗為一個架，根據排查發現為該架在救援演練時由于B09未動作到位，導致制動缸內壓力無法排出，進而導致該架閘片抱閘運行，閘片與制動盤異常磨耗。

（2）通過試驗模擬故障現象，當B09切除閥未動作到90°，將導致制動缸壓力無法全部排出。

（3）B08車二架均抱閘動車，但除B08車三軸左側閘片外其他位置閘片表面存在較深的磨痕，與抱閘不緩解動車實驗結果相符合；B08車三軸左側閘片偏磨問題檢查制動夾鉗結構、參數及功能未發現異常，后續將持續跟進研究該位置閘片磨耗運用情況。

（4）評估制動盤技術狀態滿足技術要求，對發生偏磨的閘片進行更換，其他位置閘片繼續運用跟蹤運用情況，截至目前未出現異常。

（5）改進措施：通過以上分析可知B09切除成功判斷條件存在邏輯缺陷，為避免出現制動缸內壓縮空氣未排出抱閘動車情況，切除B09球閥后，增加轉向架制動缸壓力為0條件后才可判斷B09切除成功。