總風(fēng)低壓引起地鐵車輛緊急制動分析

李洪

摘 要：分析了一種總風(fēng)壓力不足引起的緊急制動停車;對出現(xiàn)的緊急制動現(xiàn)象進(jìn)行了描述;通過車上觀察，結(jié)合平時(shí)運(yùn)用中出現(xiàn)的問題，對坡道出現(xiàn)緊急制動現(xiàn)象的原因進(jìn)行了分析;分別從車輛設(shè)備和信號設(shè)備側(cè)進(jìn)行了分析，并提出了解決方法，對工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理具有一定的參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;風(fēng)源;制動;緩解;信號系統(tǒng);緊急制動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.002

0 引言

B型地鐵車輛供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備配置為每列配備兩臺排量720L/min的空壓機(jī)，每輛車一個(gè)150L的總風(fēng)缸，一個(gè)100L的制動風(fēng)缸。正?？傦L(fēng)壓力范圍為7.5bar-9bar，總風(fēng)壓力小于7.5bar時(shí)一臺主空壓機(jī)啟動工作，總風(fēng)壓力小于7.0bar時(shí)兩臺空壓機(jī)同時(shí)啟動工作;兩臺空壓機(jī)按照一定的時(shí)間周期，輪流作為主空壓機(jī)工作。某種情況下，在運(yùn)行過程中，當(dāng)總風(fēng)壓力小于7.0bar，兩臺空壓機(jī)同時(shí)工作的情況下，如果供風(fēng)量依然小于耗風(fēng)量，總風(fēng)壓力會持續(xù)下降;壓力小于6.0bar時(shí)，總風(fēng)壓力開關(guān)動作，緊急制動控制回路斷開，列車施加緊急制動。停車后列車必須在總風(fēng)壓力上升到7.0bar以上時(shí)，壓力開關(guān)復(fù)位，緊急制動回路閉合，才可以重新啟動牽引。這種情況的頻繁出現(xiàn)會影響列車的正常運(yùn)行。因此必須對出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，找到解決措施，保證車輛設(shè)備正常安全的運(yùn)營。

1 緊急制動現(xiàn)象的出現(xiàn)

車輛安裝的設(shè)備為國外某廠家的牽引控制和空氣制動系統(tǒng);列車編組六輛，四動兩拖，制動系統(tǒng)負(fù)責(zé)制動力運(yùn)算。車輛運(yùn)行初期，ATO模式AW3工況下，在通過一較大凹形坡度區(qū)段時(shí)，頻繁出現(xiàn)列車運(yùn)行到坡底時(shí)風(fēng)壓不足引起緊急停車現(xiàn)象，直到風(fēng)壓上升到7.0bar以上時(shí)，列車才能重新啟動，牽引列車上坡。為分析原因，采用運(yùn)行過程中在司機(jī)室通過TCDS顯示屏觀察制動施加及空壓機(jī)的工作狀況，以下為觀察到的情況。

1.1 ATO運(yùn)行模式

在正常區(qū)間運(yùn)行時(shí)，列車為滿足信號系統(tǒng)的限速要求，使實(shí)際速度曲線更好的貼合目標(biāo)速度曲線，時(shí)刻處于加速牽引或減速制動過程中;在區(qū)間兩分鐘左右的運(yùn)行過程中，通過顯示屏觀察統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)施加制動操作達(dá)十次左右，制動級別大多為5-6級;兩個(gè)空壓機(jī)時(shí)刻處于工作狀態(tài);總風(fēng)壓力保持在6.5bar到7.0bar左右。列車通過前述坡度區(qū)段，運(yùn)行到坡道底部時(shí)，風(fēng)壓出現(xiàn)低于6.0bar現(xiàn)象，觸發(fā)緊急制動，列車停于坡底，直到風(fēng)壓上升到7.0bar以上時(shí)，才能重新啟動牽引列車上坡。

1.2 ATP運(yùn)行模式

為順利通過該區(qū)間，采用ATP人工駕駛模式，在該模式下，司機(jī)合理使用牽引及制動的時(shí)機(jī)及級位，利用惰行，平均制動作用次數(shù)減為六次左右，制動級別大多為4-5級左右，總風(fēng)壓力始終保持在7.5bar以上，能正常通過該坡度區(qū)間。

2 原因分析

從以上所述看出，ATO模式下，列車施加制動次數(shù)較ATP模式多，制動級別較ATP模式大，因此制動耗風(fēng)量大很多。在坡度區(qū)段疊加空簧的額外耗風(fēng)增加量，造成總風(fēng)壓力瞬時(shí)低于6.0bar;結(jié)合平時(shí)列車檢修發(fā)現(xiàn)的閘瓦磨耗量異常大，平均四個(gè)月左右所有閘瓦磨耗到限，判斷與空氣制動過度施加有關(guān)。下面進(jìn)一步從車輛系統(tǒng)和信號系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2.1 車輛電空制動配合情況

圖1為AW3工況時(shí)，在動車上測得初速100km/h時(shí)的電空混合一次最大常用制動曲線，從曲線上看出，制動指令發(fā)出后，制動缸壓力迅速上升到5bar左右，2-3s后電制動力開始上升，隨著電制動力上升，空氣制動壓力開始緩解，電制動力達(dá)到最大值時(shí)，空氣制動壓力緩解到1bar左右。制動初始瞬間空氣制動的率先施加及逐步緩解動作消耗了壓力空氣。

圖2為AW0工況時(shí)，在動車上測得初速100km/h時(shí)的電空混合最大常用制動曲線，從曲線上看出，制動指令發(fā)出后，制動缸壓力迅速上升到3.0bar左右，2-3s后隨著電制動力開始上升，空氣制動缸壓力逐步緩解到0.5bar左右。制動初始瞬間制動缸壓力的一升一降同樣消耗了部分壓縮空氣。

通過TCDS顯示屏觀察到這樣的空氣制動動作在每次調(diào)速制動中都會出現(xiàn)，這與在電空混合制動中電制動優(yōu)先施加，空氣制動在電制動力不足時(shí)予以補(bǔ)充原則不符。說明在ATO模式下，列車區(qū)間兩分鐘左右的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行十次左右的空氣制動，致使壓力空氣大量消耗。針對出現(xiàn)的問題，可采取以下方法解決。

方法一，提高電制動力的反應(yīng)速度。由于牽引系統(tǒng)消磁、勵磁的特性，在消磁-勵磁時(shí)間內(nèi)若發(fā)送制動需求，牽引系統(tǒng)將無法快速響應(yīng)電制動力，因此可對牽引系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)牽引進(jìn)入制動時(shí)，不進(jìn)行消磁，電制動直接響應(yīng)。

方法二，空氣制動力延遲投入。如果在電制動力的反應(yīng)速度沒有改善前，延遲空氣制動的投入，會引起空走距離延長，影響列車制動減速度。

因此提高電制動力的反應(yīng)速度，同時(shí)結(jié)合空氣制動的延遲投入，是避免制動初期空氣制動施加的有效方法。根據(jù)上面所述通過對制動軟件進(jìn)行修改，在施加制動時(shí)，空氣制動延遲2-3s判斷電制動力是否滿足列車要求，若不足，根據(jù)電空混合原則，施加空氣制動進(jìn)行補(bǔ)充。避免空氣制動的提前施加，在電制動力足夠時(shí)避免空氣摩擦制動力作用。

當(dāng)然在列車低速運(yùn)行時(shí)，比如進(jìn)站停車速度低于10km/h時(shí)，由于電制動力減小甚至消失，這時(shí)空氣制動應(yīng)該迅速動作，保證列車在站臺的精確停車。

2.2 信號系統(tǒng)運(yùn)用分析

為使列車實(shí)際速度曲線與目標(biāo)速度曲線一致，信號系統(tǒng)不斷發(fā)送牽引制動指令對列車速度進(jìn)行控制，但未考慮牽引電機(jī)消磁與勵磁引起的電制動力滯后，每次調(diào)速制動中都會有空氣制動的參與。因此信號系統(tǒng)可對線路地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)線路地形優(yōu)化線路限速。避免短時(shí)間高限速的線路限速出現(xiàn)。在電制動力滯后未解決的情況下，多采用惰行，減少調(diào)速制動的施加頻次。由惰行到制動時(shí)，信號系統(tǒng)可提前2s左右發(fā)出制動指令，補(bǔ)償電制動施加的遲滯，結(jié)合空氣制動的延遲投入進(jìn)行制動施加。

3 結(jié)語

通過以上分析看出，ATO模式下列車坡道緊急制動停車的原因?yàn)榭諝庵苿宇l繁施加造成的耗風(fēng)量過大。因此應(yīng)對車輛的電制動性能進(jìn)行改善，提高電制動的反應(yīng)速度，結(jié)合空氣制動的延遲投入，使電空混合制動滿足運(yùn)用要求，避免在發(fā)出制動指令后空氣制動的提前施加。信號系統(tǒng)應(yīng)考慮車輛牽引電制動設(shè)備實(shí)際狀況，根據(jù)地形對線路限速進(jìn)行優(yōu)化，充分利用惰行，減少ATO模式下制動施加次數(shù)，避免電空制動配合不良車輛出現(xiàn)空氣制動的過度施加。當(dāng)然做到信號、線路和車輛的完美匹配需要經(jīng)過大量的試驗(yàn)和進(jìn)一步的分析研究。

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