廣州地鐵B7型車閘片異常磨耗問題分析研究

冉春燕

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部，廣東 廣州 510000）

0 引言

廣州地鐵14號(hào)線采用電空混合的制動(dòng)方式，空氣制動(dòng)采用盤式制動(dòng)，通過閘片與制動(dòng)盤摩擦生熱將列車動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能消散于大氣中。14號(hào)線列車最高運(yùn)行速度為120km/h，正常工況下，優(yōu)先使用電制動(dòng)，電制動(dòng)力不足時(shí)使用空氣制動(dòng)。14號(hào)線自開通運(yùn)營以來，電空制動(dòng)配合較好，閘片及制動(dòng)盤磨耗量小且未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。在一次制動(dòng)閘片專項(xiàng)作業(yè)中（列車運(yùn)行3萬公里）發(fā)現(xiàn)，14B07007008車的B08車二架閘片存在異常磨耗情況。其中一個(gè)制動(dòng)夾鉗閘片出現(xiàn)內(nèi)外側(cè)嚴(yán)重偏磨的情況，其他三個(gè)位置閘片及制動(dòng)盤出現(xiàn)較深劃痕情況。閘片磨耗異常將影響列車行車安全及維修成本，故查清故障原因及解決故障具有極大的意義[1]。

1 原因分析

1.1 空氣制動(dòng)系統(tǒng)簡介

空氣制動(dòng)采用EP2002制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分散式制動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，如圖1 所示，每個(gè)轉(zhuǎn)向架配置一套EP2002閥，每個(gè)轉(zhuǎn)向架有2根軸，4個(gè)輪對(duì)，每個(gè)輪對(duì)配置一套制動(dòng)夾鉗、鋁制動(dòng)盤及一套粉末冶金閘片，如圖2所示。當(dāng)一個(gè)EP2002閥出現(xiàn)故障時(shí)，只有一個(gè)轉(zhuǎn)向架上的空氣制動(dòng)失效，減小了對(duì)車輛產(chǎn)生的影響。每個(gè)制動(dòng)供風(fēng)風(fēng)源與EP2002閥之間還設(shè)置了一個(gè)B09截?cái)嗳T，當(dāng)EP2002故障時(shí)可操作B09閥，切斷風(fēng)源至EP2002之間的連接路，緩解該架空氣制動(dòng)[2]。

圖1 EP2002分布式控制

圖2 制動(dòng)系統(tǒng)配置

1.2 異常磨耗現(xiàn)象

故障現(xiàn)象如下：

（1）B08三軸左側(cè)輪對(duì)閘片內(nèi)外側(cè)磨耗異常，外側(cè)閘片厚度最小位置僅7mm，內(nèi)側(cè)閘片厚度為23mm，厚度及狀態(tài)詳見圖3。且閘片表面磨損較嚴(yán)重。

圖3 B08三軸左側(cè)輪對(duì)閘片

（2）B08車二架其他位置閘片表面磨痕較深，如圖4 所示。該車其他位置轉(zhuǎn)向架閘片磨損狀態(tài)較好，如圖5所示。該架閘片厚度及其他架閘片檢查結(jié)果如表1所示。

圖4 B08車二架閘片狀態(tài)

圖5 其他輪對(duì)閘片狀態(tài)

由表1可以看出，B08車三軸左側(cè)閘片磨耗量較大，且存在偏磨的問題，B08車二架其他閘片厚度暫無異常。

表1 閘片檢查結(jié)果

（3）檢查B08車二架制動(dòng)盤狀態(tài)，表面劃痕較深，有明顯摩擦痕跡，制動(dòng)盤部件有明顯高溫后變色的現(xiàn)象，如圖6所示。

圖6 B08二架制動(dòng)盤狀態(tài)

1.3 原因分析

根據(jù)故障現(xiàn)象本次故障主要集中在一個(gè)轉(zhuǎn)向架上的制動(dòng)盤有明顯的磨損痕跡，且有高溫后變色情況，制動(dòng)閘片磨損較為嚴(yán)重，故障原因可鎖定在該轉(zhuǎn)向架的空氣制動(dòng)系統(tǒng)故障導(dǎo)致，初步分析有以下幾個(gè)原因。

（1）EP2002智能閥故障導(dǎo)致抱閘動(dòng)車，閘片磨耗異常；

（2）制動(dòng)夾鉗卡滯導(dǎo)致磨耗異常問題；

（3）制動(dòng)缸殘余壓力抱閘動(dòng)車，閘片磨耗異常。

1.4 抱閘動(dòng)車分析

（1）查看近3個(gè)月制動(dòng)閥內(nèi)部數(shù)據(jù)，無相關(guān)故障信息，列車制動(dòng)施加緩解功能正常。

（2）檢查二架制動(dòng)夾鉗安裝無傾斜現(xiàn)象，平衡桿動(dòng)作正常，外觀無異常，夾鉗動(dòng)作正常。停放制動(dòng)施加緩解功能正常，測(cè)試常用制動(dòng)、緊制制動(dòng)、快速制動(dòng)下制動(dòng)缸壓力值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[3]。切除B09閥，制動(dòng)夾鉗功能正常。

通過以上分析，閘片磨耗異?？赡苁钱惓９r抱閘動(dòng)車引起的。需對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)及制動(dòng)缸壓力進(jìn)行排查。

（3）制動(dòng)缸殘余壓力導(dǎo)致抱閘動(dòng)車排查。

排查制動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)12月26日15:06:45至16:25:35間，列車B08二架制動(dòng)缸壓力維持在2.94bar左右（緊急制動(dòng)壓力），其他軸無制動(dòng)壓力，且列車最高運(yùn)行速度接近40km/h，制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸壓力在7.35至8.86bar變化，其他轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)缸壓力為0bar。根據(jù)數(shù)據(jù)判斷B08車二架處于抱閘運(yùn)行狀態(tài)。

圖7 制動(dòng)數(shù)據(jù)

核查發(fā)現(xiàn)12月26日下午該車用于救援演練，切除整車B09，用另一列車進(jìn)行救援拖行。

緊急制動(dòng)功用異常故障邏輯：當(dāng)列車處于緊急制動(dòng)狀態(tài)，但EP2002閥檢測(cè)到制動(dòng)缸壓力為0。

查看列車故障履歷，12月26日14:53:04至16:26:19列車整車B09球閥被切除，所有車B09切除均有記錄，如圖8所示。其他節(jié)車故障信息均正常，但僅B08車2架未報(bào)出“緊急制動(dòng)功用異?！毙畔?，說明該架B09切除后，制動(dòng)缸內(nèi)仍有殘余壓力，未報(bào)出“緊急制動(dòng)功用異?！毙畔ⅰ：罄m(xù)列車被救援拖行導(dǎo)致列車抱閘運(yùn)行，閘片與制動(dòng)盤表面出現(xiàn)嚴(yán)重的摩擦痕跡且溫度上升，導(dǎo)致制動(dòng)盤與閘片表面留下嚴(yán)重的摩擦痕跡及高溫后鋁制動(dòng)盤變色的情況[4]。

圖8 故障履歷

綜上分析可判斷本次閘片異常磨耗的原因?yàn)榍谐直鶥09切除異常導(dǎo)致制動(dòng)缸壓力未排除，導(dǎo)致該架出現(xiàn)抱閘運(yùn)行狀態(tài)。

2 B09截止閥原理分析

2.1 B09球閥機(jī)械結(jié)構(gòu)

14號(hào)線列車B09球閥是SK-DN型帶開關(guān)模塊的球閥，型號(hào)為II58614/1A3E。其外觀如圖8所示。

圖9 B09球閥

通過轉(zhuǎn)動(dòng)手柄可讓球閥處于“通路位置” 和 “截?cái)辔恢谩眱煞N工作狀態(tài)。當(dāng)手柄與球閥體縱向角度為0°，球閥處于通路位置，壓縮空氣從P1口進(jìn)入P2口，即儲(chǔ)風(fēng)缸壓縮空氣通過B09球閥進(jìn)入EP2002閥，然后流向制動(dòng)缸。球閥的狀態(tài)如圖10（a）所示。

當(dāng)手柄與球閥體縱向角度為90°，即垂直方向，此時(shí)B09球閥處于截?cái)辔恢?，如圖10（b)所示，壓縮空氣從P2口流向O口，P1口壓縮空氣截止，制動(dòng)缸的壓力流過EP2002閥，然后排向大氣。

圖10 B09球閥的兩種狀態(tài)

2.2 B09球閥狀態(tài)檢測(cè)

根據(jù)B09球閥的安裝圖紙，該球閥有兩對(duì)檢測(cè)觸點(diǎn)，當(dāng)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)10±5°時(shí)，觸發(fā)第一對(duì)檢測(cè)開關(guān)，當(dāng)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)80±5°時(shí)，觸發(fā)第二對(duì)檢測(cè)開關(guān)。

圖11 B09球閥電路開關(guān)

14號(hào)線列車控制系統(tǒng)B09切除檢測(cè)：檢測(cè)采集B09球閥截?cái)嗳T常閉觸點(diǎn)2/6的狀態(tài)作為進(jìn)行判斷，當(dāng)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)10±5°時(shí)，觸發(fā)常閉觸點(diǎn)2/6斷開，列車監(jiān)測(cè)判斷B09球閥處于截?cái)啵ㄇ谐顟B(tài)，判斷B09切除成功，該邏輯存在一個(gè)隱患點(diǎn)，即B09切除未動(dòng)作到位（未動(dòng)作至90°垂直位置），但列車控制系統(tǒng)從電路檢測(cè)邏輯上判斷該架制動(dòng)已緩解。設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)B09閥恢復(fù)到手柄與初始位置超過10±5°時(shí)，此時(shí)雖然手柄未恢復(fù)到位，但P1至P2的通路已導(dǎo)通，不影響列車的制動(dòng)功能[5]。

2.3 原因分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)試B09切除閥無異常，功能正常。綜上分析制動(dòng)缸內(nèi)有殘余壓力的主要原因是B09球閥手柄未動(dòng)作至90°的位置導(dǎo)致制動(dòng)缸壓力無法排除，制動(dòng)未緩解，抱閘動(dòng)車[6]。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)理論分析，對(duì)B09轉(zhuǎn)動(dòng)角度顯示情況及制動(dòng)缸壓力進(jìn)行測(cè)試。

（1）操作B09球閥手柄轉(zhuǎn)動(dòng)約10°，可以聽到球閥動(dòng)作，此時(shí)檢查排氣口O不排風(fēng)，列車記錄顯示“轉(zhuǎn)向架切除”，未顯示該架緊急制動(dòng)功能異常。

圖12 操作手柄10°

（2）操作B09球閥手柄轉(zhuǎn)動(dòng)至30°、45°和60°時(shí)，排氣口O均有排氣現(xiàn)象，制動(dòng)缸壓力（BCP）維持在2.77bar不變，制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸壓力(BSRP)和主風(fēng)壓力（MRP）壓力因球閥排氣口排氣一直下降，如圖13，當(dāng)主風(fēng)下降到7.5bar時(shí)，壓縮機(jī)啟動(dòng)，制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸壓力(BSRP)和主風(fēng)壓力（MRP）上升，當(dāng)主風(fēng)壓力達(dá)9.0bar時(shí)，壓縮機(jī)停止打風(fēng)，制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸壓力(BSRP)和主風(fēng)壓力（MRP）逐漸下降，一直重復(fù)上升下降的過程，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與12月26日下午B08車數(shù)據(jù)曲線基本一致。

圖13 試驗(yàn)壓力數(shù)據(jù)曲線

4 結(jié)語

（1）本次閘片異常磨耗為一個(gè)架，根據(jù)排查發(fā)現(xiàn)為該架在救援演練時(shí)由于B09未動(dòng)作到位，導(dǎo)致制動(dòng)缸內(nèi)壓力無法排出，進(jìn)而導(dǎo)致該架閘片抱閘運(yùn)行，閘片與制動(dòng)盤異常磨耗。

（2）通過試驗(yàn)?zāi)M故障現(xiàn)象，當(dāng)B09切除閥未動(dòng)作到90°，將導(dǎo)致制動(dòng)缸壓力無法全部排出。

（3）B08車二架均抱閘動(dòng)車，但除B08車三軸左側(cè)閘片外其他位置閘片表面存在較深的磨痕，與抱閘不緩解動(dòng)車實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合；B08車三軸左側(cè)閘片偏磨問題檢查制動(dòng)夾鉗結(jié)構(gòu)、參數(shù)及功能未發(fā)現(xiàn)異常，后續(xù)將持續(xù)跟進(jìn)研究該位置閘片磨耗運(yùn)用情況。

（4）評(píng)估制動(dòng)盤技術(shù)狀態(tài)滿足技術(shù)要求，對(duì)發(fā)生偏磨的閘片進(jìn)行更換，其他位置閘片繼續(xù)運(yùn)用跟蹤運(yùn)用情況，截至目前未出現(xiàn)異常。

（5）改進(jìn)措施：通過以上分析可知B09切除成功判斷條件存在邏輯缺陷，為避免出現(xiàn)制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣未排出抱閘動(dòng)車情況，切除B09球閥后，增加轉(zhuǎn)向架制動(dòng)缸壓力為0條件后才可判斷B09切除成功。