關于地鐵高架區段制動時打滑的改善措施

王定飛

（南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210000）

1 案例概述

南京地鐵高架區段主要為郊區線路，其中寧高線列車高架區間ATO 模式駕駛過程中制動打滑故障較為頻繁。機場線與寧天線自2022 年初至2022 年12月，多次發生ATO 模式駕駛期間打滑，產生EB（無法自動緩解的緊急制動）。據故障統計數據，2021 年12月至2022 年12 月期間，寧高線共出現16 次打滑緊制降級故障，造成正線晚點事件9 起；機場線共出現14次打滑緊制降級故障，造成正線晚點事件10 起；寧天線共出現17 次打滑緊制降級故障，造成正線晚點事件4 起。故障多發生在秋冬季節雨雪天氣，且多為高架區間，列車ATO 駕駛時，制動打滑，造成列車超速產生EB。由于寧高線、機場線和寧天線區間距離較長，且列車運行速度較高，極易造成列車晚點事件。

根據正線站點信息數據統計，列車制動時打滑區間較大，寧高線打滑區間主要集中在明覺至翔宇路南上下行，明覺至石湫上行、銅山至翔宇路南上行區間打滑數量明顯高于其他區間；機場線打滑區間主要集中在正方到吉印區間與翔南至翔北區間，寧天線主要集中在高新開發區到化工園高架區間，均為高架區間，且多為雨雪天氣，主要是軌道較為濕滑時，其上容易形成一層水膜，導致打滑。

2 情況分析

2.1 數據分析

列車ATO 打滑故障多在雨雪天氣下發生且多發于高架線路，由于涉及濕滑天氣輪軌黏著系數降低、制動觸發時機等多重因素，故障原因較為復雜[1-2]。

打滑車輛回庫后，車輛分公司均對車下走行部進行檢查，并對相關牽引制動參數進行檢驗，未發現異常，相關參數均符合設計要求。通過對以往數據分析及對表格數據進行對比，得出如下結論：發生打滑的列車號并不固定，多輛車出現打滑現象，非單一列車特殊問題，結合FDL、EVR 事件分析（見圖1～圖4）確認所有打滑事件中車輛系統均正常。

圖1 寧高線EVR 數據

圖2 寧高線FDL 記錄

圖3 機場線EVR 數據

圖4 寧天線ATO 進站打滑ERM 數據

根據寧高線FDL 數據可知，故障原因為列車在高架區段ATO 模式駕駛期間，制動時列車有DCU 電制動滑行，各轉向架隨即介入空氣制動防滑控制。通號分公司下載數據顯示，滑行期間ATP 判定列車超速，間接觸發ATPEB。在ATO 模式下，發生滑行時，列車仍按設定速度曲線運行，不進行制動級位任何調整。根據機場線EVR 數據可知，故障原因為列車在高架段ATO 模式駕駛時，制動時列車有電制動滑行，隨即空氣制動防滑控制，產生EB，通號分公司下載數據顯示為打滑超速。根據寧天線ATO 進站打滑ERM 數據可知，故障原因為列車在高架區段ATO 模式駕駛制動時列車有DCU 電制動滑行，各轉向架隨即介入空氣制動防滑控制，通號分公司下載數據顯示為打滑超速，ATP 觸發EB。查看事件記錄可知，在ATC 觸發緊制前，列車空氣制動檢測到滑行后會開始介入修正滑行，在初期會有一定改善，但隨著后續制動指令的繼續施加，會再次檢測到列車打滑，打滑加劇最終導致ATC 觸發緊制。

2.2 技術分析

寧高線及機場線空氣制動系統均采用蘇州克諾爾制動設備有限公司的EP2002 型空氣制動系統；寧天線空氣制動系統采用的是北京縱橫機電技術開發公司的EP09 型空氣制動系統。系統均是以轉向架為單位的“架控式”制動控制系統，內設監控終端，具有自診斷和故障記錄功能，能在司機控制器或ATO 的控制下對列車進行階段或一次性的制動與緩解。列車制動方式包括電制動、空氣制動和停放制動。其中，電制動和空氣制動具有防滑保護功能，車輪防滑保護采用“軸控”的模式，電制動防滑控制和空氣制動防滑控制各自獨立完成，若空氣制動系統檢測到滑行時間超過規定時間，則發送相應轉向架電制動切除信號，并由空氣制動接管該轉向架。機場線采用的是ALSTOM 的牽引系統，采用“車控”方式，運行最高速度為100km/h，沖動極限：≤0.75m/s3（在ATO 模式下由ATO 控制）。寧高線采用的是株洲時代電氣的牽引系統，采用“架控”方式，運行最高速度為120km/h，沖動極限：≤0.75m/s3。寧天線采用的是株洲時代電氣的牽引系統，采用“車控”方式，運行最高速度為100km/h，沖動極限：≤0.75m/s3（在ATO 模式下由ATO 控制）。

非雨雪天氣下滑行主要集中在清晨，且當天氣溫均為多云低溫天氣，雨雪天氣下全時間段均可能發生打滑，結合環境溫度較低現象，判斷較低的環境溫度對軌道工況有明顯影響，軌道浮冰、霜凍將極大程度地降低輪軌黏著系數，甚至超出制動系統設計時參照的正常范圍。綜合判斷電客車打滑主要原因為：雨雪天氣下軌道濕滑，輪軌黏著系數下降，進而導致打滑。

3 地鐵高架區段制動時打滑改善措施

3.1 故障處置措施

第一，日常檢修過程中加強對列車走行部，尤其是車輪及輪對踏面的維護，定期對輪對尺寸進行復測鏇修，建立輪對跟蹤數據表，保證列車輪對尺寸正常，踏面與鋼軌接觸良好。目前，機場線、寧高線、寧天線已對所有列車進行了一輪復測鏇輪。

第二，故障發生后，對車下走行部及相關牽引制動參數進行檢查，確保各項參數符合設計要求。

第三，與克諾爾、北京縱橫及通號分公司做好技術交流，共享故障發生后的列車數據，做好故障分析，配合通號分公司采取“濕軌模式”（根據軌道條件的不同，將列車在干軌條件下的常用制動率0.8m/s2改成濕軌條件下的常用制動率0.4m/s2），并做好“濕軌模式”效果驗證跟蹤。

第四，與乘務分公司進行技術交流，建議司機在雨雪天氣高架區段轉手動駕駛，防止出現打滑現象。

第五，為盡可能降低撒砂裝置對道岔、軌道、轉轍機的影響，同時兼顧安全、經濟等因素，綜合考慮全自動、半自動和人工控制撒砂裝置的優缺點及可行性[3]。

3.2 故障處置效果

寧高線、機場線信號系統采用“濕軌模式”后打滑發生次數已顯著減少，后續將配合通號分公司做好寧天線“濕軌模式”研究相關工作。目前，已對寧天線既有26 輛列車進行一輪復測鏇輪，并對所有列車進行常態化輪對數據跟蹤管理，確保輪軌配合良好。2022 年5 月至2022 年12 月寧天線與寧高線正線未再報高架區段雨雪天ATO 駕駛制動時打滑故障，機場線僅發生2 起制動打滑故障，故障率明顯下降。

4 輪軌黏著狀態改善方案

列車防滑控制系統是一種自適應自調整（調整當前制動力與當前輪軌黏著水平接近）系統，能夠有效避免軸速突變導致車輪擦傷，但其防滑保護功能存在一定的局限性，如難以有效改善輪軌黏著狀態（在防滑控制過程中有部分改善）。

撒砂是目前國內外應用最廣泛、最成熟也是輪軌表面狀況改善效果最直接的方案，主要應用于高鐵、鐵路機車、動車及輕軌車輛。撒砂裝置分為全自動控制撒砂裝置、半自動控制撒砂和全人工控制撒砂。

4.1 全自動控制撒砂裝置

在DDU 上增設撒砂功能啟用及相應撒砂裝置工作狀態監控圖標，通過ATC 提供的列車位置信號確定撒砂區域。

長期在隧道內撒砂會在隧道內積累大量碎砂，列車運行時帶起的煙塵會影響隧道環境，影響乘客上下車時的空氣環境。同時，在道岔、折返線位置撒砂可能影響正線道岔、轉轍機動作。基于以上兩點，不在道岔、折返線及隧道內撒砂。由于寧高線為露天線路，因此無需考慮隧道內控制邏輯，可在車輛與信號設備之間增設位置信號接口，車輛將信號專業提供的道岔、站臺、折返線位置地圖寫入列控系統軟件，信號系統提供車輛實時位置信息，將列車實時位置與地圖比對，在接近道岔、折返線的情況下，將道岔、折返線信號置于高電平，撒砂命令撤銷，列車離開道岔、折返線后，將信號置于低電平，恢復撒砂命令。

將撒砂控制分為兩級撒砂控制，通過撒砂控制單元向撒砂器提供不同供風壓力，產生不同的撒砂量，假定一級撒砂（低撒砂量）為650g/30s，二級撒砂（高撒砂量）1300g/30s，列車運行時僅在頭端砂箱撒砂。

撒砂控制模塊配置兩個減壓閥，以控制不同的撒砂量，電磁閥分別用于砂干燥及不同等級撒砂壓縮空氣供給控制，由制動系統網關閥輸出撒砂信號。根據實際滑行情況及制動狀態，輸出或撤銷撒砂信號。正常情況下，根據撒砂信號控制低撒砂；緊急制動情況下，根據撒砂信號及緊急制動信號控制高撒砂[4]。

方案優點：可實現完全自動化控制，定位精度高，能夠避開道岔及轉轍機，無需人工干預，對軌道提前撒砂預防打滑。

方案缺點：項目改造費用較高，后期砂子消耗量大，維護成本高，且砂子易在軌道旁堆積。

4.2 半自動控制撒砂裝置

在DDU 上增設撒砂控制圖標，司機在雨天激活撒砂功能，TCMS 根據列車位置、打滑情況、速度、EB 狀態綜合判斷進行撒砂控制，可與全自動控制撒砂結合使用。

方案優點：需人工根據天氣情況激活撒砂系統，激活后可實現全自動化控制，結合ATC 所給位置信號提高定位精度，可避開道岔及轉轍機。

方案缺點：項目改造費用較高，需人工干預，但相較于全自動裝置，可節省后期砂子用量。

4.3 人工控制撒砂裝置

在DDU 上增設撒砂圖標或在司機臺上增設撒砂按鈕，司機根據天氣情況，在電客車將駛入易產生滑行的區段進行人工撒砂。并且，可以在易打滑區段旁增設相應提醒標志，提醒司機在雨天進行人工撒砂操作。

在列車施加EB 同時產生滑行，且速度大于一定值時，列車自動控制撒砂，用于縮短緊急制動距離，保障乘客安全。

方案優點：項目改造費用較低，砂子消耗量較少。

方案缺點：需司機手動進行操作，無法提前預防黏著系數降低后電客車滑行現象。

5 結論

第一，日常檢修過程中需加強對列車走行部，尤其是車輪及輪對踏面的維護，定期對輪對尺寸進行復測鏇修，建立輪對跟蹤數據表，保證列車輪對尺寸正常，踏面與鋼軌接觸良好。

第二，在雨雪、低溫天氣情況下，應按要求做好軋道車安排，正線運營及時啟用“濕軌模式”，降低軌面濕滑對列車運營的影響，避免列車滑行加劇導致ATC觸發緊急制動。

第三，撒砂裝置作為輪軌增黏設備，可改善惡劣天氣下輪軌黏著系數，防止列車滑行，是列車安全運行的重要保障。目前我國相關領域已積累豐富的撒砂裝置使用經驗。為保證惡劣天氣下列車運行安全，建議結合現場實際情況，制訂相應的撒砂控制方案，并及時做好后續相關的試驗驗證，了解撒砂裝置性能，持續積累撒砂裝置使用經驗。