某型動車組牽引封鎖故障研究

周先亮 毛金虎

摘 要：在參與某型動車組技術支持工作期間，一動車組運行途中發生牽引封鎖故障，牽引封鎖形式為“列車速度大于5 km/h，制動缸壓力大于40 kPa”，針對這一故障結合下載的網絡數據及制動機數據，在理論研究基礎上對該問題進行深入分析，找出原因并提出相應的可行解決方案以避免后續再次出現類似的故障。

關鍵詞：牽引封鎖;動力集中型;制動系統;列車管壓降;故障原因分析

該型動車組動力車空氣制動系統采用自動式空氣制動系統，由風源及干燥系統、制動控制系統、基礎制動裝置、管路系統等組成，控制車制動控制系統由總風缸、列車管控制模塊等組成?？諝夤苈凡捎貌讳P鋼管[1]。動力車前、后端布置列車管和總風管各1根，總風管正常風壓為750 kPa～

900 kPa，列車管定壓600 kPa。中間拖車車輛采用電空制動機[2]，并與列車管、制動缸、副風缸及工作風缸相連。

1 故障描述

當日，動車組控制車為主控車在出站過程中，18：00：40機車實際速度7 km/h，控制車制動缸壓力為0，動力車制動缸壓力由0增加到41 kPa（動力車和控制車的大閘小閘均未動作且控制車列車管、均衡風缸、制動缸壓力均正常且無變化），導致牽引封鎖（列車速度大于5 km/h，制動缸壓力大于40 kPa），動力車制動缸壓力最大值達到70 kPa。

2 故障原因分析

2.1 數據分析

控制車顯示時間和動力車顯示時間可能由于數據傳輸延時等原因存在時間差，通過時間校準來剔除時間影響，保證主控車和動力車時間在現實時間里一致。下載實時記錄數據分析，發現控制車（主控）在17：56：27時速度變為0;動力車（從控）17：56：04速度變為0，說明控制車和動力車時間差大約為23 s。

下載CCU中的網絡數據進行分析，動車組在18：00：40發車出站，動力車（從控）大閘重聯位、小閘運轉位，當動車組實際速度達到7 km/h時，控制車（主控）制動缸壓力一直為0，動力車制動缸壓力突然由0增加到41 kPa最大值達到70 kPa。相對應控制車時間2019年1月14日18：01：03，方向向前，司控器級位2.3級，小閘運轉位、大閘運轉位，實際速度為7 km/h，制動缸壓力一直為0。

下載相關制動機數據進行分析，包括動車組的速度變化、本務車（控制車）的各風缸壓力和風管壓力變化及補機（動力車）的各風缸壓力和風管壓力變化。在時間18：00：57.910時（速度4 km/h），本務（控制車）均衡風缸和列車管壓力分別充至600、597 kPa，隨后列車管壓力開始下降，在18：01：02.902時刻（速度5 km/h），均衡風缸壓力601 kPa、列車管壓力579 kPa。在18：01：08.022時刻開始緩慢回升。補機（動力車）列車管壓力18：01：01.035時刻開始下降，在18：01：02.907時刻達到最低值558 kPa，在下降至561 kPa附近時，制動缸進行制動。

2.2 故障原因確認

動車組發車導致牽引封鎖的原因為：由于動力車列車管在充風過程中有異常壓力降，滿足減壓制動條件，從控車制動缸出閘，制動缸壓力上升且大于40 kPa;此時列車編組實際速度為7 km/h，動力車制動缸壓力大于40 kPa，最終導致動力車觸發“機車實際速度大于5 km/h時，制動缸壓力大于40 kPa”的牽引封鎖，引起此次牽引封鎖故障。

3 列車管異常壓降分析

自動式空氣制動具有緩慢減壓不制動的特性，即具有一定的穩定性[3]，只有當列車管壓力以10 kPa/s～40 kPa/s 的速率下降時才會產生制動作用，所以此次列車管壓降速率可能較大，根據壓力變化曲線排除列車管泄漏和均衡風缸壓力變化兩個因素，考慮列車管當時向其它風缸或管路充風。

下載中間車輛的車輛制動缸、列車管、副風缸壓力變化數據并繪制成圖1所示的車輛制動缸—列車管—副風缸壓力曲線，對其進行分析。

（1）17：57：40左右，列車管壓力由0 kPa開始上升，并最終達到600 kPa左右的定壓，并立即開始制動作用。此過程中，副風缸剛剛開始充風，列車管即開始減壓，故副風缸沒有充滿風其壓力即從530 kPa左右下降至500 kPa左右。

（2）17：58至18：01之間，列車管壓力下降達到180 kPa左右，根據“動力車制動控制系統技術規范”中要求，列車管常用全制動減壓量不低于170 kPa，此時列車管已達到全制動位壓力，但各車輛制動缸壓力偏低，處于200 kPa至350 kPa之間，低于420 kPa，由此可以看出車輛制動機的工作風缸壓力偏低。

（3）18：00：50列車管開始緩解，并在18：01：05達到峰值。副風缸在列車管壓力高于副風缸壓力10 s后，才開始充風。此時列車管壓力已達到600 kPa左右，由于副風缸開始充風動作，故列車管壓力有所下降。副風缸延時10 s充風的原因為：列車管向副風缸充風需滿足副風缸壓力同時低于工作風缸壓力和列車管壓力，此次充風過程初始階段，工作風缸壓力較低，列車管先向工作風缸充風，待工作風缸壓力高于副風缸壓力后，列車管才向副風缸充風，故副風缸充風時間與列車管上升存在時間差[4]。

4 解決措施

至此能夠確認此次牽引封鎖故障是由于列車管向副風缸的充風動作導致列車管壓力快速下降，下降速率超過了10 kPa/s，動力車制動系統判斷滿足制動條件。本文通過對管路原理和數據分析提出以下三種可行的解決措施。

（1）避免過快的制動緩解操作。從圖1可以看出這兩次制動緩解間隔時間太短，工作風缸壓力偏低導致后續的副風缸延時充風問題。因此司機應避免過快的制動緩解操作，保證列車充風緩解時，副風缸壓力已充滿。根據圖1中副風缸壓力上升速率，司機進行充風緩解的操作之間間隔應盡量大于60 s。

（2）增設車輛副風缸壓力傳感器。在所有中間車輛副風缸管路旁增設一個壓力傳感器，通過壓力傳感器測量所有車輛副風缸壓力數據并上傳到司機室顯示屏，司機可以隨時觀察副風缸壓力，查看所有副風缸壓力變化是否穩定在600 kPa附近，如果所有副風缸壓力均已穩定則司機才能進行制動緩解操作。

（3）設定緩沖時間t，列車在t時間內忽略此牽引封鎖。此種故障發生時列車速度較低，此時即使制動缸壓力大于40 kPa，閘瓦施加對制動盤造成的損害可以接受，因此可以更改制動控制邏輯。設定一個緩沖時間t，列車從初速0開始計時，直到時間t為止，在0～t內，即使列車實際速度大于5 km/h時，制動缸壓力大于40 kPa，列車不會進行牽引封鎖操作。

5 結語

本文以某型動車組在線運行時發生的牽引封鎖故障為研究對象，依次進行時間校準、網絡數據分析和制動機數據分析，確定此次故障的原因為列車管向副風缸的充風動作導致列車管壓力快速下降。為了避免該情形再次發生本文給出三種可行的解決措施，可以考慮在后續的列車批次中加入。

參考文獻：

[1]毛金虎.新加坡電力蓄電池雙能源工程車制動系統[J].電力機車與城軌車輛，2012，35（1）：11-13.

[2]張開文.制動[M].中國鐵道出版社，1993.

[3]葉仁德.列車管壓力值異常下降迫使列車停車的分析與監控裝置控制[J].機車電傳動，2007（1）：75-76.

[4]張一鳴.動力集中動車組車列電空制動控制與故障檢測方法研究[J].技術與市場，2017，24（3）：19-20.