地鐵車輛空氣制動管路保壓試驗的改進方案

孟 林，王在偉

（鄭州中車四方軌道車輛有限公司，河南 滎陽 450100）

引言

城市軌道交通車輛一般采用電制動（包括再生制動和電阻制動，將動能轉化為電能）和摩擦制動（又稱作空氣制動，將動能轉化為熱能）相互協調配合的制動方式，制動系統優先采用電制動，隨著列車速度的降低，當電制動力不能滿足制動需求時，所有的制動力則由空氣制動來承擔[1]。空氣制動是地鐵車輛制動方式之一，是以壓縮空氣作為制動原動力，以改變壓縮空氣的壓強來操縱控制列車的制動[2]。

地鐵車輛空氣制動系統通過不銹鋼管將供氣單元、制動控制模塊、基礎制動裝置等設備連接成一個整體，系統的氣密性直接影響空氣制動功能的實現。制動系統的氣密性要求為，系統（主氣缸、制動管路、氣動門、空氣懸掛、電空裝置等）的壓力值在關閉氣路后，5 min 內下降不超過20 kPa[3]。單車管路的氣密性試驗一般要求為在880 kPa±10 kPa 壓力范圍內，5 min 內壓降不超過10 kPa。在車輛制造過程中，單車車輛的制動管路和制動設備組裝完畢后，使用管路保壓試驗臺進行單車的制動管路氣密性試驗。車輛編組后，依據制動系統靜調技術條件，也會對整列車的風缸、制動管路、用風設備進行氣密性試驗。單車制動管路氣密性試驗的結果對整車靜調有直接影響。本文針對單車制動管路氣密性試驗方案中發現的問題進行了分析研究和優化改進，使單車保壓試驗結果準確可靠，可有效支持列車靜態調試的順利進行。

1 單車管路保壓常規試驗方案

1.1 保壓試驗臺結構

單車制動管路氣密性試驗采用保壓試驗臺進行試驗。將系統壓力充至880 kPa±10 kPa 范圍，測量5 min 內壓力下降不超過10 kPa，保壓過程中，需使用檢漏液對管接頭進行泄漏點檢查修復。保壓試驗臺內部結構見圖1，保壓試驗臺連接0.9 MPa 氣源，試驗臺的進氣端與排氣端分別與車輛的一、二位端總風軟管連接，經進氣電磁閥向車輛一端充氣，車輛另一端可通過排氣電磁閥進行排氣，在進氣端有一經節流閥的排氣閥，可通過試驗臺上微排按鈕控制其進行微量排氣操作，在排氣端有一壓力傳感器，用于向試驗臺軟件程序提供實時壓力數據采集。

圖1 保壓試驗臺內部結構

1.2 保壓試驗準備

單車制動管路安裝完畢后，車輛落成至轉向架前，將保壓試驗臺與試驗風源連接，進氣端和排氣端分別與車輛一、二位端的總風軟管連接，見下頁圖2中2 根W02 總風軟管。將制動軟管、停放制動軟管端口用堵頭封堵，見圖2 中4 根B40 制動軟管、2 根B41 停放制動軟管。向上調整高度閥連桿至高位，使高度閥V、P 口相通（壓縮空氣可經V 口進、P 口出充入空簧進氣座），將空簧進氣座封堵（圖中未示，空簧進氣座位于高度閥與空氣彈簧之間位置）。之后即可啟動保壓試驗臺保壓程序。

圖2 某地鐵車輛M 車氣路原理圖

1.3 保壓操作過程

點擊試驗臺電腦界面保壓程序中“試驗準備”，設置好車輛類型、車輛編號、試驗部位等信息，手動將系統壓力升為900 kPa 以上，點擊“試驗開始”運行自動保壓程序，然后點按試驗臺上微排氣按鈕，對系統進行排氣，將系統壓力降為試驗開始壓力880 kPa，程序監測到880 kPa 壓力即自動開始保壓計時，保壓過程中，程序實時顯示系統壓力，5 min 后保壓試驗程序結束，壓降為880 kPa 減去保壓試驗結束時壓力。

2 存在的問題項點分析

2.1 軟件及操作方面

保壓試驗時，從900 kPa 壓力降至880 kPa 的過程為一邊查看顯示壓力一邊手動點按微排氣按鈕，存在保壓程序已監測到880 kPa 開始計時，而操作者仍未松開微排氣按鈕的情況，不能精準控制系統壓力與程序開始壓力880 kPa 保持一致，手動操作排氣存在此弊端。且由于試驗臺壓力傳感器位于排氣口處，監測的壓力值為系統末端壓力，當程序監測到880 kPa 壓力時，實際整個系統壓力尚未達到均衡狀態，此時從保壓程序界面持續監測，會出現壓力值回升情況，在系統氣密性非常良好時，系統壓力均衡后，會出現試驗結束壓力大于880 kPa 的情況，即保壓結果出現壓升情況。操作人員為了得到壓力差為正值，一種方法是在保壓程序5 min 即將結束時，看界面顯示壓力值仍然在880 kPa 以上，操作微排按鈕進行放氣將系統壓力降至880 kPa 以下；另一種方法是在從900 kPa 壓力手動降壓到880 kPa 時多進行排氣。此兩種操作都使試驗數據不準確，未能真實反映保壓試驗結果。

2.2 保壓程序方案方面

制動系統壓力先升至900 kPa，然后從900 kPa降至880 kPa 時開始保壓，從圖2 氣路原理圖中可以看出，由于制動控制裝置內有單向閥B02，單向閥B02 在上游壓力降至880 kPa 后，下游的壓力仍然維持在900 kPa 水平。所以此方案由于存在手動降壓過程，可以得知單向閥B02 下游壓力在5 min 內只要壓降不超過30 kPa，即可得到氣密性試驗通過的結果。此保壓方案并不能可靠檢測到B02 下游管路系統的壓降5 min 內不超過10 kPa，需優化取消降壓過程。

3 壓力穩定時間驗證

對某車輛進行了2 次保壓試驗，在保壓試驗過程中，記錄整個保壓程序5 min 范圍內試驗臺顯示壓力數據，同時使用Druck DPI 705 數字壓力表（精度±1%FS）從管路測試點實測系統總風壓力，每隔30 s 記錄一次壓力值數據，試驗數據見表1，數據折線圖見下頁圖3。對采集的試驗數據進行分析，結果顯示，試驗臺保壓程序開始后的保壓過程中，系統壓力會有一個出現小幅回升或壓力恒定的現象的過程，此過程時間約3 min 左右，待此壓力穩定過程結束后，所測得的數據方可反應系統真實壓力。

圖3 保壓試驗臺顯示壓力與實測壓力數據折線圖

表1 保壓試驗臺顯示壓力與實測壓力數據

4 優化改進方案

綜合以上問題，對保壓程序確定優化改進方案，在保壓程序中需要增加一個3 min 以上的穩壓過程，待穩壓過程結束系統壓力均衡穩定后，方可開始保壓試驗程序，記錄保壓開始和結束的實時壓力值及壓降數據，可有效避免測試結果出現壓升的情況。為了可以同時檢測單向閥B02 下游的管路密封情況，將試驗開始壓力直接從0 升至880 kPa，880 kPa壓力下穩壓結束后，開始保壓試驗，取消原有方案從900 kPa 降壓至880 kPa 的手動操作過程。

對保壓試驗臺結構進行改造優化，改造后的保壓試驗臺內部結構如圖4 所示。試驗風源管路彎頭改為四通接頭，分別接出兩路經節流閥和電磁閥的管路通路，一路接至進氣電磁閥后，一路接至排氣電磁閥后，分別用于實現保壓時的微量進氣和微量排氣功能。優化后的保壓試驗方案為，將保壓試驗臺接好試驗風源，進、排氣端分別與車輛一、二位端的總風軟管連接，進氣電磁閥打開，壓縮空氣經進氣電磁閥向車輛制動管路系統充氣，當壓力傳感器監測到系統壓力達到程序設定壓力（870 kPa）時，進氣電磁閥關閉，與進氣節流閥連接的電磁閥打開，向車輛制動管路系統小流量充氣，待壓力達到設定壓力880 kPa 時，此電磁閥關閉，系統進入壓力穩定階段。壓力穩定過程中，可以通過與排氣節流閥連接的電磁閥的開啟，實現車輛制動管路系統壓力的微量降低調節。

圖4 改造后的保壓試驗臺內部結構

對保壓試驗臺和保壓方案進行優化改進后，取消了之前由900 kPa 到880 kPa 的壓力下降過程，有效避免了對單向閥下游的管路氣密性漏測造成后續靜調時返修的風險，提高了試驗結果的可靠性。保壓程序完全由試驗臺自動進行，消除了人為操作對試驗結果的影響，提高了試驗結果的準確性。增加了穩壓過程，避免了試驗結果出現壓升的情況，同時也提升了試驗結果的準確性。

5 結論

通過對現有試驗方案的改進，在保壓試驗程序中增加穩壓過程，保壓程序改為自動運行，消除了人為操作對試驗結果準確性的影響，取消了手動降壓過程以實現對整個管路系統壓力的氣密性檢測，提高了單車保壓試驗結果的準確性和可靠性，可有效避免將單車管路氣密性試驗未發現問題流入車輛編組靜調工序，對地鐵車輛的總組裝效率的提升也具有積極的支持意義。