廣州地鐵B7型車單節車制動不緩解動車試驗研究

冉春燕，王志文

（廣州市廣州地鐵集團公司，廣東 廣州 510000）

1 前言

鑒于線網大客流條件下，對正線運營列車故障應急處理的時效要求不斷提高以及在列車制動不能緩解情況下盡快出清線路恢復運營的需求，地鐵列車在正線運行過程中若出現單節車制動不能緩解故障，為盡快完成對故障的處理，加快正線故障處理時間，爭取更快出清線路，研究列車采取自身動力動車開行至最近存車線處理的應急處理方式。為了評估單節車制動不能緩解情況下開行對列車及軌道所造成的影響，了解輪對、閘瓦、鋼軌三者間相對運行狀況、輪對閘瓦的溫升情況以及單節車不能緩解列車的故障特征，這些信息作為制定正線出現制動不能緩解故障時應急方案的依據。

地鐵列車正線運行過程中如出現單節車轉向架緊急制動不能緩解故障或者單節車停放制動不能緩解的情況，司機如何快速處理，盡快出清線路，是本次試驗的主要目的，研究了列車單節車制動無法緩解情況下動車的可行性。

本試驗根據制動設備狀態，模擬并測試B7型車單節車緊制、停放制動無法緩解的情況下，在考慮閘片和制動盤溫升等安全前提下，列車可以限速多少運行多長距離，制定正線單節車緊急制動不能緩解的應急處理方案。

2 試驗可行性分析

2.1 單節車緊制不能緩解動車理論計算

AW3工況下列車質量M3=329 200 kg。M g=（M+Mp）×2×0.1+Mt×2×0.05=17 678 kg。列車換算質量M3g=M3+M g=329 200 kg+17 678 kg=346 878 kg。

2.1.1 列車能否啟動計算

根據列車牽引特性曲線及仿真計算，在AW3工況下列車在啟動階段整列車牽引力Fq為340 kN。根據克諾爾提供的列車制動計算報告，緊急制動時每節車的制動力如表1所示。

表1 緊急制動時每節車的制動力（單位：N）

從每節車的緊急制動力看出，B車最大，因此可先計算B車整節車緊制不緩解時列車啟動情況，若其牽引力滿足列車啟動需求，則其他車整節車緊制不緩解時牽引力也可滿足啟動需求。列車AW3工況下B車緊制不緩解，其制動力Fjz為77 614 N。

按照最大坡度35‰計算坡度上的附加阻力Wi3：Wi3=M3×35‰×9.8=112.92 kN。

列車啟動阻力Wq3計算（按49×10-3kN/t）如下。（AW3）：Wq3=M3×49×10-3=16.13 kN。

AW3工況下，Fjz+Wi3+Wq3=206.66 kN＜Fq=340 kN。

因此若列車在AW3工況下停放在35‰的坡道時，若一節車施加緊急制動，則列車可以啟動。

2.1.2 輪對是否產生滑行計算

根據車輛稱重試驗報告，AW3狀態，則最小軸重為97.21 kN。根據TBT 1407—1998《列車牽引計算規程》，國產各型電力機車的計算粘著系數μ計算公式為μ=0.24+12/（100+8v）。列車靜止和60 km/h速度運行時的粘著系數分別為0.36、0.26。則AW3工況下列車啟動時B車最大粘著力為35 kN。AW3工況下列車以60 km/h速度運行時B車最大粘著力為25.3 kN。根據制動計算報告列車AW3工況下B車緊急制動單軸制動力為19.4 kN。緊急制動力小于最大粘著力，因此列車車輪不會產生滑行。

2.2 單節車停放制動不能緩解動車理論計算

據克諾爾提供的列車制動計算報告，列車AW3工況下每節車的停放制動力均為29.34 kN。

AW3工況下，Ftf+Wi3+Wq3=29.34+112.92+16.13=158.39 kN，小于列車牽引力Fq。因此若列車在AW3工況下停放在35‰的坡道時，施加停放制動，列車可以啟動。

2.3 閘瓦及制動盤耐熱度

閘片和制動盤的最高溫度不能超過305℃，超過則會對閘片造成損傷，影響使用壽命。

綜上分析，列車出現單節車氣制動或停放制動無法緩解的情況下，從理論上分析，列車可以憑自身動力牽引。

3 抱閘動車試驗結果分析

3.1 試驗后制動盤及制動閘片、鋼軌狀態

試驗后檢查設備狀態：①檢查輪對狀態良好，無異常情況；②檢查制動盤整體狀況良好，4號輪內側制動盤、5號輪外側制動盤、8號輪制動盤上有小的鋁材熔點，清除熔點，制動盤狀態經過評估，可繼續使用；③檢查制動機機轉向架上機械零部件，未發現異常，輪對遲緩線無異常；④測量閘片厚度，拆下閘片進行檢查，發現停放制動不緩解列車閘片具有較深的劃痕，表面有輕微碳滑，個別存在缺角情況。

3.2 試驗數據分析

3.2.1 單節車停放制動無法緩解溫升

試驗過程中，列車停穩后，先測量第一軸的溫度數據，對比分析，其他軸與第一軸的分析結果接近，此處對第一軸的溫度數據進行分析。

3.2.1.1 制動盤

第一軸左側與第三軸左側為帶停放制動位置，運行里程與制動盤溫度的關系如圖1所示，對數據進行分析，發現列車運行里程與制動盤溫度呈現出二次方關系。

圖1 制動盤溫度曲線

3.2.1.2 閘片

運行里程與制動盤溫度的關系如圖2所示，對數據進行分析，發現列車運行里程與制動盤溫度呈現出二次方關系。

圖2 閘片溫度曲線

3.2.1.3 軸箱

當單節車停放制動無法緩解，抱閘動車，軸箱溫度上升到55℃之后就開始有輕微下降，停放制動不緩解，在運行4.6 km范圍內，軸箱在使用要求范圍內。軸箱溫度曲線如圖3所示。

圖3 軸箱溫度曲線

3.2.2 單節車緊急制動無法緩解溫升

試驗過程中，由于兩個試驗連續進行，因此第一軸的初始溫度較高，此處對第二軸的數據進行分析。

3.2.2.1 制動盤

運行里程與制動盤溫度的關系如圖4所示，對數據進行分析，發現列車運行里程與制動盤溫度呈現出線性關系。擬合公式為f（x）=19.824x+78.382，其中x為列車運行里程，f（x）為制動盤溫升，根據制動盤使用要求，制動盤使用溫度不能超過300℃。正線出現單節車緊急制動不能緩解故障，在保障制動盤不損壞的前提下，列車抱閘最大可運行11.17 km。

圖4 制動盤溫度曲線

3.2.2.2 閘片

運行里程與制動盤溫度的關系如圖5所示，對數據進行分析，發現列車運行里程與制動盤溫度呈現出線性關系，擬合公式f（x）=18.264x+55.014，列車運行里程達為11.17 km，閘片最高溫度為259.19℃，在閘片的使用要求范圍內。

圖5 閘片溫度曲線

3.2.2.3 軸箱

運行里程與軸箱溫度的關系如圖6所示，對數據進行分析，發現列車運行里程與制動盤溫度呈現線性關系，擬合公式f（x）=2.394 7x+33.902，列車運行里程為11.17 km，軸箱最高溫度為60.6℃，在軸箱的使用要求范圍內。

圖6 軸箱溫度曲線

4 結論

列車在干燥鋼軌上運行，無論單節車出現何種制動不能緩解，輪對相對鋼軌都是滾動運行，相對閘片滑動運行。單節車停放、緊急制動不能緩解，列車強行運行，不能緩解車輛制動盤溫度上升最快，其次為閘片。停放制動不緩解動車溫升較緊急制動不緩解動車快；停放制動時單個制動盤的制動力為37900N，緊急制動時單個制動盤的制動力為24 849 N（數據來源于《TA42336_41A_EN_02鋁盤制動力計算》），試驗結果與理論數據相符合。列車抱閘運行，會產生煙霧同時伴有較大異味，無明顯噪聲。單節車停放制動無法緩解，列車以60 km/h速度，在試車線上最大可運行4.6 km，閘片損傷較嚴重，制動盤、制動機、轉向架及輪對踏面狀況良好。單節車緊急制動無法緩解，列車以60 km/h速度，在試車線上最大可運行11.17 km，閘片仍可繼續使用，制動盤、制動機、轉向架及輪對踏面狀況良好。