地鐵車輛制動系統常見故障處理與分析

李靖 郭明月

摘?要：地鐵車輛制動系統的安全可靠是城市軌道交通運營安全的重要保證，本文介紹了城市軌道交通車輛制動系統的功能及構成，重點總結了正線車輛空氣制動系統常見的故障與應急處理，并針對典型故障案例進行了深入分析，為地鐵車輛運營制動系統的故障處理及分析提供參考。

關鍵詞：城市軌道交通;制動系統;故障處理

Abstract：The safety and reliability of the metro vehicle braking system is an important guarantee for the safety of urban rail transit operations.This article introduces the function and composition of the braking system of urban rail transit vehicles，focusing on summarizing the common failures and emergency treatments of the air braking system of mainline vehicles，and conducts an in-depth analysis of typical failure cases to brake the subway vehicles Provide reference for system troubleshooting and analysis.

Keywords：Urban rail transit;Brake system;Troubleshooting

1 制動系統功能及構成

城市軌道交通地鐵車輛制動系統一般采用架控式在ATO、ATP控制以及司控器的控制下進行列車單次或階段性制動與緩解的響應，并使用硬線和網絡冗余的方式以列車為單元進行制動力管理[1]。主要有緊急制動、常用制動和快速制動以及停放制動等制動模式，其中：常用制動主要用于在列車運行包含進站過程中控制或調節車輛速度，常用制動時優先使用電阻制動方式，當制動力不足時采用空氣進行制動力補充;緊急制動是車輛快速停止而施加的制動，正常行駛中不施加，由于緊急制動采用“失電制動，得電緩解”的設計原則考慮斷電、脫弓、斷鉤等緊急及意外情況，因此只應用空氣制動[2];快速制動主要由司機控制器觸發指令能使列車盡快停車，其所需的制動力控制方式和常用制動一樣;停放制動主要在庫內施加用于防止車輛長時間停放時有溜車的情況，通過司機操作臺按鈕控制，彈簧力作用施加停放制動，緩解則由壓縮空氣緩解。空氣制動作為車輛制動系統的重要部分，其性能直接影響車輛正線運用情況。

空氣制動系統主要由供風設備（空氣壓縮機組、空氣干燥器和風缸）、制動控制部分（EP2002閥）和執行部分（閘瓦制動裝置）組成，其中，制動控制單元EP2002閥作為車輛制動控制的核心部件安裝在其控制的轉向架附近，其內部集成了各種壓力傳感器和氣動閥部件以及制動控制管理電子設備，用于負責控制相應轉向架的車輪滑動保護、緊急制動和常用制動等功能。

2 空氣制動系統常見故障與應急處理

在列車制動力管理中，由制動系統計算整車所需制動力，TCMS接受來自司控器或ATC的制動指令，并將制動級位請求值實時傳輸給BECU。空氣制動系統根據TCMS發送的電制動實際發揮值計算并分配空氣制動力[3]。在車輛正線運用過程中，空氣制動系統故障多發于頻繁響應進行制動施加緩解工況下，因此常見的空氣制動系統正線故障有常用制動功能故障和緊急制動故障。

2.1 常用制動功能故障

在運營車輛制動施加過程中，常用制動優先按照網絡需求進行制動力的施加。制動控制單元根據的列車載重情況及制動需求計算目前車輛制動需要的總制動力，根據電制動的實施情況進行空氣制動[4]。隨后停車制動發揮作用，停車制動是常用制動的一部分，速度低于設定值電制動逐漸退出轉換為空氣制動至有零速信號后轉變為純空氣的保持制動[5]。車輛常用制動功能發生故障后，車輛屏將會顯示制動圖標報紅并伴隨故障信息條目提示，主要有以下幾個方面：

2.1.1 轉向架常用制動無法緩解

制動不緩解信號由網絡和硬線同時監控，通常以制動控制單元反饋網絡信號作為優先采集并反饋在車輛屏上。車輛正常運行過程中，制動控制單元對其所控制的對應轉向架制動缸進行壓力監測，當檢測到相應轉向架制動缸壓力均低于25KPa（不同線路有差異）時，指示常用制動緩解繼電器得電，輸出制動緩解信號，所有制動緩解指示燈亮起。當運行過程中，非制動工況下，制動控制單元檢測到存在制動缸壓力始終高于25KPa時，網絡將判斷存在轉向架常用制動不緩解，導致制動系統報紅并指示報出相應轉向架常用制動不緩解故障條目。

常用制動無法緩解發生后制動控制系統無法滿足最低可接受的性能，如不采取有效措施繼續長距離牽引將可能產生閘瓦和車輪無法接受的熱應力，造成輪對磨損擦傷對車輛硬件造成損壞，且網絡將會觸發牽引封鎖控制車輛速度無法提升。發生該故障后，應立即鎖定故障轉向架位置，硬線控制車輛強迫緩解嘗試排除制動器偶發卡滯問題，必要時及時切除故障相應轉向架氣制動，防止車輛抱閘牽引造成零部件的損傷，確保所有轉向架能正常緩解后如車輛仍無法正常運行，需進一步操作制動不緩解旁路使車輛正常牽引返回車輛段進行維修。

2.1.2 轉向架常用制動未施加

制動系統部分轉向架常用制動未施加，通常由于制動控制單元在車輛制動過程中，BCP（制動缸）壓力低于所需制動缸壓力的70%并持續15秒以上，車輛屏制動系統界面顯示存在轉向架常用制動未正常施加。在地鐵車輛運行過程中，若車輛發生管路漏泄、制動控制單元檢測到內部傳感器數據紊亂、排風電磁閥異常排風等一個或者多個制動控制系統故障，制動控制系統為避免故障擴大對車輛運行造成重大影響，將會自身對其功能進行修改以發揮系統降級模式下可能的最好性能，控制故障轉向架常用制動不再施加，相應制動力損失由其他轉向架進行補償。單個轉向架發生該類故障后通常不會對車輛正常運行造成影響，無需立即采取措施可正常運行回庫后查找相應管路連接有無漏泄情況，進行密閉性試驗后下載制動控制系統數據，查看制動控制單元內部壓力傳感器或相關電磁閥有無異常記錄，必要情況下更換相應制動控制單元維修解決。

2.2 緊急制動故障

緊急制動為保證應急情況下指令能夠準確實施，采用雙線雙斷的安全設計原則，列車線環路貫穿于整列電客車并遵循“故障導向安全”的原則設計，完全獨立于列車的常用制動系統[6]。緊急制動不會在列車正常運行過程中觸發，當列車ATC系統發出緊急制動指令、DC110V控制電源失電、緊急制動列車線回路失電或中斷、緊急制動按鈕按下、司機室警惕裝置觸發以及列車分離、列車運行過程中方向手柄在零位、總風缸壓力低于特定的安全值、車輛未完全離開車站時，啟用車門緊急解鎖以及列車超速的異常情況，列車將會緊制停車。

在列車運行過程中，若以以上任一條件觸發緊急制動，列車都將以緊急制動相應減速度進行制動并且無法撤除直至列車停止[7]。該情況下的應急處理需立即根據車輛顯示的相應緊急制動故障信息進行故障判斷，及時對相應觸發條件進行檢查修復，必要情況下如無法立即修復需要進行對應旁路操作，以避免該車再次觸發緊急制動影響全線車輛運營。安排車輛終點站回庫進行維修。

3 典型案例分析

3.1 故障現象

2020年石家莊地鐵1號線發生1起車輛常用制動無法緩解故障，列車正線運行中車輛屏顯示制動系統圖標報紅并伴隨故障條目5車架2制動不緩解，司機臺所有制動緩解指示燈不能點亮。司機對該車故障對應轉向架氣制動切除后故障仍未能消除且車輛速度提升緩慢，最終該車運行至車輛段退出服務，造成了當天該列車清客退出服務以及同線路多列車不同程度晚點情況。

3.2 故障分析與處理

考慮列車故障為常用制動不能緩解，車輛回庫后立即組織對車輛閘瓦輪對進行詳細檢查，未發現抱閘運行導致輪軌擦傷異常磨耗等現象，庫內對車輛多次進行常用制動施加緩解試驗，車下查看閘瓦執行部件均能夠正常緩解動作，但查看車輛屏顯示該轉向架常用制動始終未能緩解，且期間司機操作臺所有制動緩解指示燈均不亮考慮常用制動反饋線路存在異常。

查找車輛電路圖分析（如圖1），所有制動緩解指示燈與各轉向架常用制動緩解繼電器串聯，查看故障時刻列車網絡數據中各常用制動緩解繼電器反饋數據信息，故障發生時該車5車架2常用制動緩解繼電器（+241.10=28-K36）未得電，因此導致線路不通所有制動緩解指示燈不亮。

制動控制單元智能閥內部設置制動缸壓力傳感器，用于實時監控制動缸壓力并提供繼電器觸點指示常用制動施加或緩解（如圖2），當智能閥中檢測到該閥控制的兩個制動缸壓力傳感器的壓力值均低于25KPa時，智能閥中指示常用制動施加和緩解的繼電器閉合，輸出制動已緩解信號，當檢測到兩制動缸壓力傳感器的壓力值均高于40KPa時，指示制動施加和緩解的繼電器閉合，輸出制動施加信號。

根據制動系統原理分析，下載制動數據發現在故障發生時5車架2制動缸壓力維持在43KPa，且司機根據相應故障處理指南切除該轉向架B05后，智能閥檢測仍輸出制動缸壓力為31KPa（如圖3）未達到制動緩解壓力值，導致制動控制單元不能指示對應轉向架繼電器得電，網絡采集壓力值信號后判斷該轉向架制動無法緩解，列車回庫后模擬制動施加緩解動作并使用外接風壓表測量該車轉向架制動缸壓力實測值為0KPa，而智能閥反饋網絡信息為31KPa，由此判定為制動閥內部壓力傳感器故障，導致檢測制動缸壓力數據異常未能輸出制動已緩解信號。

聯系整個故障履歷進行事件分析，列車報故障5車架2制動不緩解故障后階段性觸發牽引封鎖，在后續進行車輛故障轉向架切除操作后制動不緩解故障仍存在，隨著車輛運行速度攀升反復觸發牽引封鎖導致車輛行駛緩慢速度始終無法攀升至指定值。牽引封鎖為導致車輛及相應線路其他車輛晚點的主要原因，其邏輯原理為當車輛在非制動工況下、車輛車輛運行速度大于4km/h存在空氣制動且“氣制動緩解旁路”無效時保持5s后，觸發牽引封鎖條件（如圖4）導致車輛無牽引運行速度無法升高，當車輛再次滿足ATO模式、DTB模式激活、制動有效、惰行有效、零速有效的任一種條件時，車輛解除牽引封鎖可以再次牽引。在該情況下，及時操作車輛氣制動緩解旁路可解決車輛速度低導致的車輛行駛緩慢問題。

3.3 防范措施

在確定制動閥故障后更換制動閥，多次進行制動施加緩解試驗車輛故障消除，檢測制動和網絡數據無異常。為防止該類故障再次發生造成車輛運營事件，對所有車輛進行了制動施加緩解試驗并查看數據，確定其他制動閥無監測數據異常情況，在日常檢修中定期查看制動系統制動缸壓力數據，發現傳感器數據異常立即更換進行防范。

總結

對于現在城市軌道交通運營，車輛制動系統早已不僅僅是車輛運營安全的重要影響因素，隨著地鐵車輛硬件及軟件的不斷優化以及安全系數的不斷提升，制動性能也成為列車牽引及車輛運行速度等性能的重要限制因素[8]。城市人口的不斷擴充、軌道交通線網的不斷延伸以及車輛運用年限增加，軌道交通車輛制動系統的故障率也在逐漸升高。目前國內地鐵多采用克諾爾公司的制動控制系統，存在零部件集成度高且技術封鎖等特點。本文通過分析車輛制動系統的功能及構成，總結了正線車輛空氣制動系統常見的故障與應急處理措施，并通過對典型故障案例深入分析，為解決地鐵車輛空氣制動系統常見故障提供應急解決參考與檢修防范思路。

參考文獻：

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[3]李如石，任富爭，宋君君.城市軌道車輛電制動管理方案對比分析[J].機車電傳動，2019（06）：110-114.

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[8]王平.EP2002制動系統介紹及典型故障案例分析[J].住宅與房地產，2016（09）：158.

作者簡介：李靖（1985—?），男，本科，研究方向：城市軌道交通。

通訊作者：郭明月（1993—?），女，碩士，研究方向：城市軌道交通。