昆明地鐵3號線電客列車高度閥差異導致頻報空壓機打風超時故障的分析

王亮亮 余云鵬

昆明地鐵運營有限公司 云南 昆明 650000

1 引言

2018年下半年以來，昆明地鐵3號線電客列車在正線運行過程中頻報“空壓機打風超過20分鐘故障”，隨著客流量的增加，該故障呈上升趨勢，其中T07車報此故障尤為頻繁。列車運營結束回庫后首先對管路進行保壓試驗并對空壓機進行初充風試驗均無異常，據(jù)此推測該打風超時故障為多方面原因造成，為徹底解決該問題，需從多方面多角度考慮，采取多種有效措施，保障正線運營質量。

2 故障分析

2.1 空壓機打風超時故障判斷邏輯

單臺空壓機在總風壓低于750kPa后啟動運行，若該臺空壓機在20分鐘內沒有將總風壓打至900kPa，TCMS將上報空壓機打風超時故障，但TCMS判斷空壓機輸出溫度（115±5℃斷開，95±5℃閉合，斷開不超過14s）及壓力（3bar斷開，2bar閉合，停機后斷開時間不超過14s）無異常時，仍將由該空壓機持續(xù)進行打風。

2.2 典型故障

2018年09月29日T07車08：30在昌源中路站下行HMI報“空壓機打風超過20分鐘”故障。車輛人員上車查看HMI空壓機正常工作，仍持續(xù)打風，后續(xù)打到900kPa后空壓機停止工作。

2.2.1 初充風試驗

回庫后進行初充風試驗時間為16min54s，滿足相關時間要求（初充風時間要求低于18min）。

2.2.2 管路泄露排查

進行保壓試驗5min，總風壓力下降0.07bar（標準5min內壓降不超過0.2bar），且初充風時間為16min54s，空壓機啟停邏輯正常。通過上述測試數(shù)據(jù)可證明T07車供風設備靜態(tài)測試正常，且靜態(tài)條件下壓縮空氣無泄漏情況。

下載事件記錄分析相關數(shù)據(jù)，截取正線08：04：58至08：05：24共計26s的數(shù)據(jù)，該時間段內空壓機1未啟動，空壓機2正常運行，列車平穩(wěn)運行，空簧壓力無明顯變動，無制動，列車速度由6.5km/h提升到74.3km/h，總風壓力由P0=780.288kPa，上升至P1=796.290kPa，ΔP=P1-P0=16.002kPa。根據(jù)昆明海拔高度的現(xiàn)場情況，可近似將昆明海拔系數(shù)估算為0.79，同時根據(jù)昆明地鐵3號線空壓機相關資料，供風模塊理論排氣量Q≥0.745m3/min，則實際排氣量：

若忽略空壓機輸出后端壓力及整車管路輕微泄露的影響，則在該時間段內整車充氣量可近似估算為：

列車在該時間段內總風實際充入量：

兩項數(shù)據(jù)基本吻合，該數(shù)據(jù)可說明T07車在正線動態(tài)運行過程中壓縮空氣無明顯泄露。上述靜態(tài)及動態(tài)測試數(shù)據(jù)可基本排除T07車由于管路泄露的原因而導致空壓機頻報打風超時故障。

2.2.3 制動數(shù)據(jù)分析

根據(jù)故障統(tǒng)計，空壓機打風超時故障多發(fā)生于早晚高峰期間，其中早高峰較為突出，因此考慮是否是較大客流導致的空氣制動系統(tǒng)異常耗風。下載事件記錄分析，空車重為215.306t，選取載荷較少的西山公園站及載荷最高的東風廣場站作對比。

其中西山公園站進站時載荷為219.966t，于08：45：18準備減速進站，到速度減小到10.1km/h氣制動開始介入，列車08：45：22停穩(wěn)，隨后司機將手柄打至快制位。在整個進站停車的過程中，從氣制動開始施加至列車停穩(wěn)，總風下降約為0.2bar，開門后操作快速制動總風下降0.13bar。

08：18：03準備減速進入五一路站，此時載荷為273.402t，速度為10.1km/h氣制動開始介入，列車08：18：07停穩(wěn)，隨后司機將手柄至快制位。在整個進站停車過程中，從氣制動開始施加至列車停穩(wěn)，總風下降約為0.225bar，開門后操作快速制動總風下降0.185bar。

從上述數(shù)據(jù)中可知載荷的差異會影響氣制動施加的壓力，但氣制動實際介入時車速已經低于10km/h，因此影響有限。停穩(wěn)后操作快速制動，根據(jù)載荷情況對總風會造成不同程度的下降，由于昆明地鐵3號線站間距相對較短，每個站在停穩(wěn)后都操作快速制動，會消耗部分的壓縮空氣，略小于一次進站氣制動所需的壓縮空氣量。

2.2.4 對全線空簧耗風量的估算

由于列車僅能對空簧壓力進行監(jiān)控，要對該時間段內空簧耗風估算即空簧充氣量的估算，假定空簧體積在整個充放氣過程中基本為恒定常數(shù)，則空簧充氣量的估算可近似轉化為空簧壓力的增加量的估算。由于空簧在實際使用過程中壓力并非呈直線增長或衰減，直接計算難度較大，且由于數(shù)據(jù)無規(guī)律，不便于積分計算，因此采取近似計算的方法。在一段時間內，以1s為單位時間，從記錄起始點開始算起，用第（n+1）s時的壓力值減去（n）s時的壓力值，若結果為正則說明在這1s內空簧處于充氣狀態(tài)，如果為負則說明空簧處于排氣狀態(tài)。即：ΔPn=PT（n+1）- PTn，其中n=1、2、3……，待所有空簧壓力差值數(shù)據(jù)篩選完后，將其正ΔP求和即可以得出該時間段內空簧壓力上升的總和，即可通過該數(shù)據(jù)直接對比出不同車之間在某一時間段內空簧充氣量的大小。

采用上述方法，截取T07車2018年10月12日早08：25：00至09：15：00下行完整的ERM數(shù)據(jù)，計算得出下行全程中空簧壓力累計增加量約為8064kPa。同時選取了從未發(fā)生過空壓機打風超時故障的T10車10月16日早08：00：00至08：50：00全程的ERM數(shù)據(jù)進行對比，下行全程中空簧壓力累計增加量約為7431kPa。

從上述兩個數(shù)據(jù)結果可以得出T07車全程運行空簧耗風量相較于車況較好的T10車的耗氣量均較大，要找到耗氣量較大的根本原因，還需從其它地方考慮。

2.2.5 充風曲線對比

導致整車空簧耗氣量大的因素還可能有空簧充氣特性以及高度閥特性等因素。對比3號線空簧和首期列車空簧相關資料及材質和軟硬程度等參數(shù)完全一致，由此可初步排除由于空簧導致的耗風量大的可能性，故考慮高度閥對耗氣量的影響。通過現(xiàn)場檢查排除高度閥卡滯、受損等外部因素后，須從高度閥充放氣特性進行考慮。因沒有專用的閥類測試臺，因此對于高度閥的測試僅能在車上進行。測試為以下幾個步驟：

1、截斷整列車所有LSS塞門，排出所有空簧內氣體，保證測試準確性；

2、通過強迫泵風將列車總風打至10bar，保證測試高度閥時不會因為總風不夠而影響準確性；

3、順序恢復每節(jié)車LSS塞門，每恢復一節(jié)車LSS塞門，須重新將總風打至10bar；

4、下載相關數(shù)據(jù)，對比充氣曲線。

通過上述測試方法，將T07車及從未發(fā)生故障的T04車所有空簧進行充風測試并下載數(shù)據(jù)。整理數(shù)據(jù)時選取空簧自然狀態(tài)下排空的壓力值作為對比起始點，持續(xù)充氣直至壓力穩(wěn)定作為終止點。以T07和T04車TC1車數(shù)據(jù)為例，在確保記錄起始壓力相同的情況下，將壓力值數(shù)據(jù)形成散點曲線，對比TC1車轉向架1和轉向架2的空簧充風曲線如下圖所示：

如上圖所示可以明顯看出T07車TC1車1架和2架空簧的充風曲線斜率明顯大于T04車，即充氣速率明顯更快。采用相同方法對比其它轉向架，結果均為T07車空簧充風速率更快，T07車正線運行過程中全程空簧充氣量過大很可能主要是由于此原因所導致。

空簧充放氣速率快意味著在過彎道、坡道或載荷出現(xiàn)波動等影響列車平衡，需要空簧進行調整，由于T07車空簧充放氣速率快，可以很快調整至目標壓力，從而恢復平衡，而T04車由于充放氣速率相對較慢，可能在側傾結束時還處在調整過程中，側傾結束后，有了新的目標壓力，空簧不需再進一步充氣，故在第一次目標值還未達到時便結束該過程，進入新的調整階段。相對來說空簧在同一次調整的充氣量及排氣量均小于T07，因此運行全程下來空簧總的耗氣量會更小。

第三章 現(xiàn)場排查

后續(xù)對T07車及T04車所有裝車的高度閥進行拆下排查時發(fā)現(xiàn)T07車所有高度閥節(jié)流孔均為3mm，T04車所有高度閥節(jié)流孔均為2mm。如下圖所示：

第四章 更換驗證

為確保數(shù)據(jù)分析的真實性及準確性，將T07車高度閥全部更換為節(jié)流孔是2mm的高度閥進行試驗，從測試結果可知T07車更換2mm節(jié)流孔的高度閥后空簧充氣速率明顯下降，可確認T07車頻報空壓機打風超時的主要原因是整車所有高度閥節(jié)流孔過大，空簧充放氣速率過快進而造成列車空簧用風量過大導致。

第五章 結論

結合昆明地鐵三號線線路圖及客流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，站間距短，彎多，載客變化量大等客觀因素均會使空簧頻繁進行充放氣，客觀上增加了耗風量，且在每次進站列車停穩(wěn)后將手柄打至快制位也進一步增大了列車的耗氣量，而列車上所裝高度閥由于節(jié)流孔過大，使上述現(xiàn)象進一步放大，最終導致耗氣量過大，列車報出空壓機打風超時故障。

高度閥的主要作用是在列車運行過程中，根據(jù)載荷、彎道等情況，控制空簧的充放氣，使列車保持相對平穩(wěn)及平衡。①使用3mm節(jié)流孔的高度閥可在列車遇到上述情況時迅速進行充放氣，及時調整平衡，有效快速的確定實時載客量，但會導致空簧充放氣量過大，增大空壓機使用頻率，報出打風超時故障。②使用2mm節(jié)流孔的高度閥則相對耗氣量較小但調整速度會相對受影響。

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)來看，使用3mm節(jié)流孔的高度閥全程運行下來空壓機工作使用率約為62.5%，使用2mm節(jié)流孔的高度閥列車全程運行下來空壓機使用率約為52.8%，查詢相關資料，目前空壓機推薦使用率為60%。

建議意見：

① 保持安裝3mm節(jié)流孔高度閥，修改空壓機打風超時故障判斷邏輯，將現(xiàn)有20min故障時間增長；

② 換裝2mm節(jié)流孔高度閥，可避免此類故障的發(fā)生；

③ 采用2mm及3mm節(jié)流孔高度閥搭配安裝的方式，確定合理配比數(shù)量，盡可能的使列車能迅速調整平衡但又不會因此導致耗風量過大，使運行全程空壓機占空比最小，報出相關故障。