地鐵大客流引起總風(fēng)欠壓故障分析及對(duì)策

陳 旭

（克諾爾車輛設(shè)備（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215151）

地鐵車輛在某些站點(diǎn)載客量急劇增加時(shí)，為了維持車輛地板面的平穩(wěn)和高度會(huì)造成空氣彈簧的巨大耗風(fēng)，由此導(dǎo)致車輛總風(fēng)管路的壓力降低。當(dāng)總風(fēng)壓力超出正常范圍后對(duì)應(yīng)的壓力開關(guān)觸發(fā)低壓信號(hào)，車輛據(jù)此信號(hào)自動(dòng)施加緊急制動(dòng)。只有總風(fēng)壓力達(dá)到壓力開關(guān)的設(shè)定值牽引封鎖才能解除。此外，總風(fēng)管路的意外破損漏風(fēng)也會(huì)導(dǎo)致總風(fēng)欠壓。因此在車輛實(shí)際運(yùn)營中，如發(fā)生總風(fēng)欠壓故障，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營秩序受到影響［1-3］。

文中對(duì)南京地鐵3 號(hào)線空載列車運(yùn)行至大站（柳洲東路站）載客時(shí)出現(xiàn)的總風(fēng)欠壓故障導(dǎo)致緊急制動(dòng)施加且牽引封鎖無法短時(shí)間內(nèi)解除現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析和研究，提出導(dǎo)致總風(fēng)欠壓問題的解決措施并進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。

1 車輛系統(tǒng)管路用風(fēng)配置

常規(guī)車輛的空壓機(jī)以CAN 單元為基礎(chǔ)進(jìn)行配置，基于本項(xiàng)目6 列車2 個(gè)CAN 單元編組（Tc+Mp+M=M+Mp+Tc）的特點(diǎn)，每個(gè)CAN 單元在Tc 車 上 配 備1 臺(tái) 空 壓 機(jī)，1 列 車 共2 臺(tái)。1 個(gè)CAN單元內(nèi)制動(dòng)系統(tǒng)管路關(guān)系如圖1 所示。1 列車的總風(fēng)管路通過2 個(gè)CAN 內(nèi)M 車車端總風(fēng)接口連接。

圖1 列車用風(fēng)管路及設(shè)備配置圖

空壓機(jī)輸出的空氣通過總風(fēng)管路輸送到全列車的總風(fēng)缸，從總風(fēng)管路連接支路通過輔助控制模塊的溢流閥和單向閥進(jìn)入各節(jié)車的懸掛風(fēng)缸（包括空氣彈簧）和制動(dòng)風(fēng)缸。當(dāng)總風(fēng)管路壓力小于6.7 bar 時(shí)，空壓機(jī)的風(fēng)源優(yōu)先充滿總風(fēng)缸和制動(dòng)風(fēng)缸，且通往制動(dòng)風(fēng)缸的支路有單向閥，確保即使總風(fēng)壓力突然降低也不影響制動(dòng)用風(fēng)的需求，保證列車有足夠的制動(dòng)能力。當(dāng)總風(fēng)壓力高于6.7 bar 時(shí)溢流閥打開，懸掛風(fēng)缸和空氣彈簧開始充氣，直到整車壓力達(dá)到設(shè)計(jì)需求9.5 bar（系統(tǒng)設(shè)計(jì)總風(fēng)壓力7.5～9.5 bar），空壓機(jī)停止工作。

當(dāng)總風(fēng)壓力低于7.0 bar 時(shí)，牽引封鎖的壓力開關(guān)閉合，TCMS 接收到總風(fēng)低信號(hào)施加緊急制動(dòng)，牽引被封鎖，車輛無法移動(dòng)；當(dāng)總風(fēng)壓力高于8.0 bar 時(shí)，牽引封鎖的壓力開關(guān)斷開，TCMS 發(fā)出牽引封鎖解除信號(hào)。

2 問題發(fā)生及解決

2.1 問題發(fā)生

工作日早高峰南京地鐵3 號(hào)線會(huì)安排空載列車運(yùn)行至大站（柳洲東路站）載客，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)列車總風(fēng)壓力低于7.0 bar 施加緊急制動(dòng)的情況。列車2 臺(tái)空壓機(jī)開始同時(shí)工作，約2 min 后總風(fēng)壓力達(dá)到8.0 bar。但只有當(dāng)總風(fēng)壓力大于8.4 bar 才會(huì)取消牽引封鎖，列車才能正常牽引列車。此類問題已經(jīng)出現(xiàn)多次。

2.2 問題分析

2.2.1 載客量急劇變化影響

從上述故障問題的整理可以看出，此類故障由2 個(gè)因素造成，即大客流進(jìn)入車輛導(dǎo)致車輛地板面下降，為了維持地板面和站臺(tái)高度的一致，需要更大的空氣彈簧壓力，必然消耗總風(fēng)壓力，導(dǎo)致總風(fēng)壓力低于牽引封鎖壓力開關(guān)的設(shè)定值，車輛施加緊急制動(dòng)；另一個(gè)則是車輛配置的空壓機(jī)在總風(fēng)壓力低于設(shè)計(jì)范圍時(shí)及時(shí)工作，但是當(dāng)總風(fēng)壓力高于壓力開關(guān)的設(shè)定值時(shí)，車輛的牽引封鎖并沒有因此解除，首先鎖定壓力開關(guān)故障導(dǎo)致TCMS無法接收相關(guān)信號(hào)，其次考慮TCMS 是否按照設(shè)計(jì)要求發(fā)送相關(guān)指令。由于壓力大于8.4 bar 車輛可以牽引列車，則不需考慮制動(dòng)系統(tǒng)是否按照指令執(zhí)行緩解制動(dòng)及牽引系統(tǒng)能否正常啟動(dòng)。

查看故障時(shí)間區(qū)段TCMS 記錄的總風(fēng)壓力曲線和載荷曲線關(guān)系，如圖2 所示。圖2 中可以看出當(dāng)乘客大規(guī)模進(jìn)入車內(nèi)，車輛載荷在較短時(shí)間內(nèi)急劇變化，增加約130 t，結(jié)合車輛設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)得知車輛AW0 質(zhì) 量 約 為210.5 t，AW3 為365.5 t，也 就 是說車輛載荷在短時(shí)間內(nèi)從AW0 急劇上升到AW3，導(dǎo)致空氣彈簧短時(shí)間內(nèi)耗風(fēng)量巨大，從而導(dǎo)致總風(fēng)壓力持續(xù)下降，載荷的急劇增加和總風(fēng)壓力的急劇下降是對(duì)應(yīng)的，當(dāng)總風(fēng)壓力下降到6.66 bar，低于壓力開關(guān)的7.0 bar 設(shè)定值時(shí)，壓力開關(guān)閉合，TCMS 接收到總風(fēng)壓力較低的相關(guān)信號(hào)，為了保證車輛的安全運(yùn)營施加緊急制動(dòng)，同時(shí)牽引系統(tǒng)封鎖。

圖2 總風(fēng)壓力和載荷隨時(shí)間關(guān)系

從制動(dòng)系統(tǒng)角度分析車輛用風(fēng)設(shè)備耗風(fēng)量，得到不同工況下系統(tǒng)耗風(fēng)量示意圖，如圖3 所示。從圖3 中可以看出，大客流導(dǎo)致的空氣彈簧壓力的變化占據(jù)整個(gè)系統(tǒng)耗風(fēng)量的絕大部分，這也是符合故障特征的。

圖3 列車主要用風(fēng)設(shè)備耗風(fēng)量示意圖

2.2.2 總風(fēng)壓力恢復(fù)正常無法牽引列車

按照車輛制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)總風(fēng)壓力低于7.5 bar 時(shí)，從圖2 可以看出2 臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)啟動(dòng)快速補(bǔ)充系統(tǒng)總風(fēng)壓力，約2 min 后總風(fēng)壓力達(dá)到8.0 bar 左右，但是車輛依然無法牽引引車。考慮到當(dāng)總風(fēng)壓力達(dá)到8.4 bar 時(shí)，壓力開關(guān)動(dòng)作，TCMS 發(fā)出牽引封鎖解除信號(hào)，車輛可以牽引列車，據(jù)此可以排除壓力開關(guān)的問題。查看TCMS軟件設(shè)置，發(fā)現(xiàn)軟件里面設(shè)定的是8.4 bar 才能復(fù)位信號(hào)。由此可以鎖定故障來源于TCMS 軟件相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。從上述分析可以看出在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初缺乏對(duì)后續(xù)可能故障的預(yù)測(cè)和考慮，壓力開關(guān)設(shè)定值沿用南京地區(qū)習(xí)慣設(shè)定范圍，同時(shí)TCMS 在做相關(guān)邏輯設(shè)計(jì)時(shí)也沒有充分考慮該項(xiàng)點(diǎn)，一直沿用既有項(xiàng)目的設(shè)定值，也沒有充分考慮到線路存在大客流進(jìn)站的現(xiàn)象。

2.3 解決措施及驗(yàn)證

結(jié)合上述分析，在既有壓力開關(guān)不變動(dòng)的情況下只要修改軟件的相關(guān)參數(shù)，確保和壓力開關(guān)的設(shè)定參數(shù)一致，即可解決TCMS 發(fā)出牽引封鎖解除信號(hào)的觸發(fā)信號(hào)壓力值和壓力開關(guān)動(dòng)作值不同步的問題。此舉從制動(dòng)系統(tǒng)頂層功能考慮并不會(huì)影響車輛的使用性能，反而是優(yōu)化了車輛在大客流情況下的可使用性，相當(dāng)于讓車輛在總風(fēng)達(dá)到8.0 bar 時(shí)就可以提前牽引列車無需等到8.4 bar再牽引列車，且此時(shí)制動(dòng)風(fēng)缸的風(fēng)壓也至少8.0 bar，足夠滿足安全制動(dòng)需要的風(fēng)壓。但是結(jié)合車輛制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理以及運(yùn)營線路的大客流特性和車輛的可用性，文中試圖從車輛的初始設(shè)計(jì)上解決此類問題。

從上文可知，系統(tǒng)總風(fēng)壓力設(shè)定范圍為7.5～9.5 bar，壓力開關(guān)設(shè)定值是7.0～8.0 bar，懸掛風(fēng)缸的溢流閥是6.7 bar。由圖1 可知，只要總風(fēng)壓力大于溢流閥設(shè)定值，空壓機(jī)的新出風(fēng)量就會(huì)有部分先分流到懸掛風(fēng)缸，無法優(yōu)先滿足總風(fēng)和制動(dòng)風(fēng)缸，導(dǎo)致總風(fēng)壓力較長時(shí)間才能達(dá)到壓力開關(guān)的動(dòng)作設(shè)定值。如果在總風(fēng)壓力高于或者接近溢流閥設(shè)定值前就讓壓力開關(guān)動(dòng)作，則可以從根本上縮短總風(fēng)恢復(fù)和牽引封鎖解除的時(shí)間。基于此，提出了一種更加徹底的解決辦法：將壓力開關(guān)的設(shè) 定 值 調(diào) 整 到6.0～6.5 bar 或 者6.0～7.0 bar。這樣可以讓車輛盡早移動(dòng)，避免出現(xiàn)長時(shí)間地占用運(yùn)營區(qū)間，導(dǎo)致后續(xù)列車無法準(zhǔn)時(shí)進(jìn)站。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了空車進(jìn)站盡快完成乘客輸送的初衷。

針對(duì)上述問題的解決措施，在部分列車上進(jìn)行壓力開關(guān)的更換，使用6.0～7.0 bar 壓力開關(guān)，同時(shí)調(diào)整TCMS 發(fā)出牽引封鎖信號(hào)的觸發(fā)參數(shù)也為7.0 bar，這樣相當(dāng)于讓制動(dòng)風(fēng)缸和總風(fēng)壓力維持在7.0 bar 時(shí)就可以牽引列車。通過制動(dòng)計(jì)算和耗風(fēng)量估算軟件計(jì)算，車輛在AW3 時(shí)Mp/M 車的緊急制動(dòng)壓力都為4.0 bar，Tc 車緊急制動(dòng)壓力為3.7 bar，制動(dòng)風(fēng)缸壓力從7.0 bar 開始連續(xù)施緊急制動(dòng)壓力下降到4.5 bar 時(shí)，可以施加至少4 次緊急制動(dòng)。此時(shí)的制動(dòng)風(fēng)壓既足夠保證車輛安全又可以提前牽引列車，減少牽引封鎖后故障時(shí)間。此方案在早高峰正線進(jìn)行試驗(yàn)和跟蹤觀察記錄，經(jīng)過一年多的運(yùn)營觀察記錄再也沒有出現(xiàn)上述故障。

3 結(jié) 論

針對(duì)南京地鐵3 號(hào)線出現(xiàn)大客流導(dǎo)致車輛施加緊急制動(dòng)且牽引封鎖現(xiàn)象，通過對(duì)故障的分析并結(jié)合原始設(shè)計(jì)參數(shù)，提出相關(guān)建議和解決措施并進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，結(jié)果表明提出的整改措施可以從根本上杜絕此類問題的發(fā)生。在后續(xù)項(xiàng)目的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理設(shè)置控制參數(shù)，提高車輛可用性，避免出現(xiàn)此類影響運(yùn)營秩序的故障。