車輛停放制動(dòng)施加時(shí)牽引的故障分析

王艷伍 陳愛(ài)麗

(西安市地下鐵道有限責(zé)任公司 西安 710018)

西安地鐵2號(hào)線是西安市的首條地鐵線，一期工程全長(zhǎng)26.302 km，均為地下線，計(jì)劃于2011年9月28日通車試運(yùn)營(yíng)。車輛采用B2型不銹鋼車，動(dòng)拖比為1∶1的3M3T編組形式，牽引和制動(dòng)均采用車控(其中制動(dòng)系統(tǒng)的防滑控制采用軸控)的方式。車輛由長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司制造，牽引及控制系統(tǒng)由日立株式會(huì)社制造，制動(dòng)選用日本NABTESCO模擬空氣制動(dòng)系統(tǒng)。

1 故障描述

在列車配合其他專業(yè)調(diào)試的過(guò)程中，出現(xiàn)了在停放制動(dòng)未完全緩解的情況下，列車可以進(jìn)行牽引操作的現(xiàn)象，造成了2列車帶停放制動(dòng)的輪對(duì)以及閘瓦過(guò)熱，最終導(dǎo)致帶停放制動(dòng)的車輪輪輞上涂抹的絕緣清漆因過(guò)熱碳化變黑以及閘瓦過(guò)熱出現(xiàn)鼓皰變形，見(jiàn)圖1～圖2。

2 故障分析

2.1 停放制動(dòng)

2.1.1 停放制動(dòng)的概念

車輛制動(dòng)系統(tǒng)具有常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)和停放制動(dòng)功能。停放制動(dòng)與常用制動(dòng)最大的區(qū)別就是充氣緩解，排氣制動(dòng)，其制動(dòng)力為彈簧機(jī)械力。NABTESCO停放制動(dòng)由每個(gè)輪對(duì)上設(shè)置的帶有彈簧停放制動(dòng)的TG180S-3-RP踏面制動(dòng)單元(一個(gè)轉(zhuǎn)向架設(shè)置2個(gè)，呈對(duì)角布置)作用，使彈簧力通過(guò)閘瓦作用到車輪踏面，實(shí)施停放制動(dòng)，緩解時(shí)壓力要求在700 kPa以上，900 kPa為止(瞬間最大950 kPa)，同時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)緩解裝置緩解停放制動(dòng)，具體布置如圖3所示。

2.1.2 停放制動(dòng)的作用

當(dāng)列車失去空氣制動(dòng)所需的空氣壓力后，使用停放制動(dòng)的機(jī)械制動(dòng)方式保證列車的安全，確保不溜車(如長(zhǎng)時(shí)間將列車放在庫(kù)內(nèi))。當(dāng)列車在正線運(yùn)營(yíng)時(shí)，在坡道發(fā)生故障，使用停放制動(dòng)可以使列車更可靠、安全地停放在坡道。

圖3 各車空氣制動(dòng)管路的控制

2.1.3 停放制動(dòng)的緩解

當(dāng)列車正常行駛時(shí)，總風(fēng)缸壓力通過(guò)PBMV(停放制動(dòng)操作電磁閥)向停放制動(dòng)缸內(nèi)充入緩解壓力(700～900 kPa)，抵消彈簧力，空氣制動(dòng)缸處于無(wú)壓狀態(tài)，閘瓦位于緩解位，離開(kāi)車輪踏面。

當(dāng)列車施行常用空氣制動(dòng)時(shí)，向空氣制動(dòng)缸充入BC壓力，則空氣制動(dòng)缸活塞向下移動(dòng)，推動(dòng)軛形件向車輪方向移動(dòng)而施行制動(dòng)，同時(shí)向停放制動(dòng)缸中充入了緩解壓力，克服彈簧力。

在因軟管破裂而無(wú)法得到停放制動(dòng)緩解壓力時(shí)，或者在進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，總風(fēng)缸內(nèi)無(wú)氣，車輛被彈簧制動(dòng)鎖住，若需要緩解停放制動(dòng)來(lái)移動(dòng)車輛時(shí)，則必須使用停放制動(dòng)手動(dòng)開(kāi)放操作裝置。

總之，緩解停放制動(dòng)時(shí)，首先使空氣制動(dòng)作用(需要停放制動(dòng)作用前的常用BC壓力的50%以上 的壓力)以確保制動(dòng)力之后，向停放制動(dòng)缸內(nèi)充入緩解壓力。如果因緩解管路的軟管破裂等原因無(wú)法得到壓縮氣源時(shí)，可以利用手動(dòng)開(kāi)放機(jī)構(gòu)(拉環(huán))緩解停放制動(dòng)。但是，一旦使用了手動(dòng)開(kāi)放，則不能再次施行停放制動(dòng)。在向停放制動(dòng)缸內(nèi)再次充入緩解壓力之后，便可以再次施行停放制動(dòng)。

2.1.4 停放制動(dòng)的施加

空氣制動(dòng)作用后，排出停放制動(dòng)缸內(nèi)的緩解壓力，則停放制動(dòng)彈簧推動(dòng)停放制動(dòng)活塞，通過(guò)推力軸承推動(dòng)離合器轉(zhuǎn)盤的齒相嚙合，彈簧力以停放制動(dòng)活塞、推力軸承、離合器、離合器轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸的順序傳遞，使停放制動(dòng)施加。

2.2 故障分析

在2號(hào)線列車牽引指令控制回路中，牽引指令分別通過(guò)HCR(頭車?yán)^電器)、方向手柄(F、R位)、主控手柄(牽引位P1～P4)、門選擇按鈕(0位)、門關(guān)閉繼電器常開(kāi)觸電、停放制動(dòng)施加/緩解按鈕、緊急制動(dòng)繼電器邏輯判斷后，通過(guò)ATI(自律分散綜合系統(tǒng)，相當(dāng)于歐洲的列車管理系統(tǒng)TMS)控制網(wǎng)絡(luò)將牽引指令給VVVF(牽引逆變器)，其中在方向手柄后的A點(diǎn)取方向手柄的位置信號(hào)作為ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)模式釋放和自動(dòng)折返釋放的條件給CC(車載信號(hào)系統(tǒng))，具體見(jiàn)圖4。在ATI網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，則需要司機(jī)按壓操縱臺(tái)上的ATIFS(ATI失效按鈕)，使?fàn)恳到y(tǒng)轉(zhuǎn)入后備模式，牽引指令通過(guò)硬線給各動(dòng)車的VVVF。

圖4 司機(jī)室牽引控制指令回路

停放制動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)視通過(guò)圖3空氣管路中的PBPS采集與停放制動(dòng)空氣管路的壓力后，將電信號(hào)傳給BECU，再通過(guò)RS485監(jiān)視通道傳送給ATI顯示畫面(HMI)來(lái)監(jiān)視停放制動(dòng)的狀態(tài)，具體過(guò)程如圖5所示。

圖5 各車停放制動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)視過(guò)程

停放制動(dòng)的手動(dòng)施加/緩解通過(guò)操縱臺(tái)上的PBS按鈕，控制每個(gè)車上的停放制動(dòng)電磁閥(PBMV)，從而控制停放制動(dòng)缸的充氣或排氣來(lái)實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)施加和緩解功能，具體見(jiàn)圖6所示。

圖6 停放制動(dòng)施加/緩解控制

在列車配合相關(guān)專業(yè)調(diào)試時(shí)，司機(jī)人工手動(dòng)駕駛停車時(shí)按壓操縱臺(tái)上的停放制動(dòng)施加/緩解非自復(fù)位按鈕(PBS)，通過(guò)PBS控制PBMV電磁閥來(lái)施加/緩解停放制動(dòng)。在司機(jī)未完全緩解停放制動(dòng)的情況下，列車可以進(jìn)行牽引，這種情況本身是不允許的。同時(shí)，在司機(jī)進(jìn)行牽引前，ATI顯示畫面顯示停放制動(dòng)處于緩解狀態(tài)，這給司機(jī)造成誤導(dǎo)。

從控制、監(jiān)視、操作方面綜合分析，造成此種故障的原因有3點(diǎn):一是停放制動(dòng)給ATI的狀態(tài)采集信號(hào)未能精確地反映停放制動(dòng)的實(shí)際狀態(tài)。二是牽引使能回路中將PBS串入使能回路，但未能將檢測(cè)停放制動(dòng)未完全緩解牽引封鎖的邏輯串入使能回路，同時(shí)列車ATI內(nèi)也缺少牽引時(shí)此邏輯的判斷。三是制動(dòng)系統(tǒng)要求司機(jī)在緩解停放制動(dòng)時(shí)，首先使空氣制動(dòng)作用(需要停放制動(dòng)作用前的常用BC壓力的50%以上的壓力)以確保制動(dòng)力。因要求BC壓力的50%以上的壓力，沒(méi)有一個(gè)具體操作的定量說(shuō)明，所以有時(shí)司機(jī)會(huì)將主控手柄推至制動(dòng)的B4級(jí)再按停放制動(dòng)的緩解按鈕(PBS)，但其實(shí)有可能沒(méi)有達(dá)到BC壓力的50%以上。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 故障后的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)

在故障出現(xiàn)后，針對(duì)列車車輪和閘瓦所造成的過(guò)熱，用硬度計(jì)對(duì)輪對(duì)表面的硬度進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)出故障前后材料的物理參數(shù)無(wú)變化，同時(shí)拆開(kāi)軸箱，對(duì)軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑脂和軸承進(jìn)行外觀檢查，均無(wú)異樣。后期對(duì)過(guò)熱的閘瓦進(jìn)行更換。

3.2 現(xiàn)車設(shè)計(jì)改造的應(yīng)對(duì)

1)控制方面。在牽引使能(含ATO模式)回路中的A點(diǎn)和方向手柄之間，串入能真正反映空氣制動(dòng)和停放制動(dòng)緩解狀態(tài)的繼電器BRDR(制動(dòng)緩解繼電器)的常閉觸點(diǎn)，從而保證在各種模式下停放制動(dòng)未緩解時(shí)牽引封鎖，具體見(jiàn)圖4。

2)監(jiān)視方面。要求NABTESCO準(zhǔn)確地采集停放制動(dòng)缸內(nèi)的壓力狀態(tài)給列車控制監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。

3)操作方面。在制動(dòng)系統(tǒng)操作說(shuō)明中增加具體的操作定量描述。

(1)施加停放制動(dòng)的操作:施加常用7級(jí)制動(dòng)后，操作停放制動(dòng)開(kāi)關(guān)，使停放制動(dòng)缸內(nèi)空氣壓力被擠出。然后緩解常用制動(dòng)，停放制動(dòng)會(huì)被正確施加。

(2)緩解停放制動(dòng)的操作:施加常用7級(jí)制動(dòng)后，操作停放制動(dòng)開(kāi)關(guān)，使停放制動(dòng)缸內(nèi)充入空氣壓力。然后緩解常用制動(dòng)，停放制動(dòng)會(huì)同時(shí)被緩解。

4 結(jié)語(yǔ)

西安地鐵2號(hào)線在車輛調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了停放制動(dòng)施加允許牽引的現(xiàn)象，造成車輪擦傷，其原因既有設(shè)計(jì)上的缺陷，又有司機(jī)操作不當(dāng)?shù)囊蛩?。因此，在車輛設(shè)計(jì)階段，應(yīng)全面、充分地考慮各種邏輯的嚴(yán)密性;在首建城市地鐵線的乘務(wù)人員培訓(xùn)方面，初期培訓(xùn)只能依靠其他地鐵運(yùn)營(yíng)城市，讓乘務(wù)人員熟悉乘務(wù)管理模式、基本駕駛技能、應(yīng)急處置方法等;在后期針對(duì)自身列車的駕駛培訓(xùn)時(shí)，應(yīng)對(duì)不同列車設(shè)備系統(tǒng)供貨商的設(shè)備功能和操作一一對(duì)比，做到針對(duì)未來(lái)駕駛列車的學(xué)習(xí)和實(shí)操。

［1］NABTESCO.西安地鐵TG型踏面制動(dòng)單元使用說(shuō)明書(shū)［G］.西安，2011.

［2］長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司.西安地鐵二號(hào)線司機(jī)室控制電路圖［G］.西安，2010.

［3］NABTESCO.西安地鐵二號(hào)線制動(dòng)空氣管路設(shè)計(jì)圖［G］.西安，2010.

［4］長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司.西安地鐵二號(hào)線車輛接口設(shè)計(jì)資料［G］.西安，2010.

［5］何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通車輛運(yùn)用與維修［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007:189.