城軌車輛防滑系統(tǒng)控制原理及失效模式分析

張貝貝

摘? 要：防滑控制系統(tǒng)是城軌車輛的基本組成部分，其在城軌車輛的安全運(yùn)用過(guò)程中至關(guān)重要，一旦列車運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生防滑系統(tǒng)故障，將對(duì)整列車乘客的人身安全造成威脅，文章介紹了城軌車輛防滑控制系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理及控制過(guò)程，從嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度三個(gè)方面對(duì)防滑控制系統(tǒng)組成部件的潛在失效模式進(jìn)行分析，為解決防滑系統(tǒng)故障保證列車安全運(yùn)行提供了一種新思路。

關(guān)鍵詞：城軌車輛? 防滑系統(tǒng)? 防滑故障? 失效模式分析

中圖分類號(hào)：U463.6 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（b）-0063-03

Control Principle and Failure Mode Analysis of Anti-skid System of Urban Rail Vehicles

ZHANG Beibei

（Hunan Vocational College of Railway Technology， Zhuzhou， Hunan Province， 412006 China）

Abstract： The anti-skid control system is a basic part of urban rail vehicles. It is very important in the safe use of urban rail vehicles. Once the anti-skid system fails during train operation， it will threaten the personal safety of the entire train passengers. The article introduces the composition， control principle and control process of the anti-skid control system of urban rail vehicles. The potential failure modes of the components of the anti-skid control system are analyzed from the three aspects of severity， frequency and detection. It provides a new idea for solving the failure of the anti-skid system to ensure the safe operation of the train.

Key Words： Urban rail vehicle; Anti-skid system; Slip failure; Failure mode analysis

城軌車輛作為目前城市軌道交通中的重要構(gòu)成，不僅承擔(dān)著輸運(yùn)旅客和緩解城市交通壓力的職能，而且需要將旅客安全、快速、舒適地送達(dá)目的地，防滑控制系統(tǒng)作為保證車輛運(yùn)行的主要系統(tǒng)，在列車正常穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中起著重要的作用。

防滑系統(tǒng)作為列車制動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成部分，它的重要功能是預(yù)防由于制動(dòng)缸壓力大于輪軌黏著力而導(dǎo)致的車輪滑行或者抱死，進(jìn)而避免車輪踏面損傷。在制動(dòng)缸壓力大于輪軌黏著力時(shí)，車輪在軌道上的運(yùn)動(dòng)由滾動(dòng)變?yōu)榛瑒?dòng)，防滑控制系統(tǒng)能夠探測(cè)出此滑行狀態(tài)，同時(shí)降低作用在車軸上的制動(dòng)力，從而使有滑行情況的車輪的滑行程度降低，在預(yù)防車輪損傷的同時(shí)，最大化地利用黏著力，在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)列車制動(dòng)。因此對(duì)城軌車輛防滑控制系統(tǒng)進(jìn)行失效模式分析具有十分重要的意義，便于采取有效措施避免防滑控制系統(tǒng)失效[1]。

1? 防滑系統(tǒng)控制原理

1.1 防滑系統(tǒng)的組成

當(dāng)前各地鐵公司在段運(yùn)行列車的防滑系統(tǒng)雖然型號(hào)不盡相同，但是組成部件相似，通常由制動(dòng)控制器、空氣管路、防滑排風(fēng)閥、制動(dòng)器部件、速度傳感器等部件構(gòu)成，如圖1所示。

其中速度傳感器的作用是采集各節(jié)車車軸運(yùn)行的速度信號(hào)，傳送給制動(dòng)控制裝置;制動(dòng)控制裝置內(nèi)的防滑控制模塊能夠根據(jù)速度差值以及減速度的差值等輸入實(shí)現(xiàn)是否滑行的判斷，可以及時(shí)的監(jiān)測(cè)滑行狀態(tài)并進(jìn)行防滑的控制。防滑排風(fēng)閥的功能是在列車出現(xiàn)滑行狀態(tài)時(shí)對(duì)出現(xiàn)滑行的車軸的制動(dòng)缸壓力值進(jìn)行調(diào)節(jié);制動(dòng)器部件的功能是施加制動(dòng)力。

依據(jù)施加制動(dòng)指令時(shí)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，防滑閥有如下3種工作模式。

（1）非滑行狀態(tài)：制動(dòng)缸管路和整車制動(dòng)系統(tǒng)管路正常連通，防滑排風(fēng)閥不對(duì)制動(dòng)缸內(nèi)空氣壓力調(diào)節(jié)。

（2）緩解狀態(tài)：防滑排風(fēng)閥阻斷制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣的來(lái)源，并排出制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣，控制對(duì)應(yīng)車軸上的制動(dòng)力降低。

（3）保壓狀態(tài)：防滑排風(fēng)閥阻斷風(fēng)源到制動(dòng)缸的壓縮空氣，保證制動(dòng)缸內(nèi)壓力不變。

1.2 防滑控制過(guò)程

城軌車輛防滑控制系統(tǒng)通過(guò)采集速度差值和減速度值來(lái)監(jiān)測(cè)車輪是否存在滑行。當(dāng)列車其中某個(gè)車軸的運(yùn)行速度小于列車運(yùn)行的參考速度時(shí)，或者某個(gè)車軸的減速度值接近設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)判斷該車軸存在滑行。以減速度值為標(biāo)準(zhǔn)判斷車軸滑行后，防滑系統(tǒng)控制該車軸的制動(dòng)缸階段排風(fēng);以速度差值為依據(jù)判斷車軸滑行后，防滑控制系統(tǒng)控制該車軸的制動(dòng)缸快速排風(fēng)，使該車軸的制動(dòng)缸壓力值迅速降低。當(dāng)存在滑行狀態(tài)的車軸上的加速度值重新達(dá)到正常值范圍內(nèi)時(shí)，控制制動(dòng)缸進(jìn)行階段充風(fēng)，使該車軸上的制動(dòng)力達(dá)到正常要求。當(dāng)車軸的速度重新達(dá)到參考速度值，則系統(tǒng)判斷該車軸不存在滑行，切除防滑控制。列車采用空氣制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的防滑控制，單個(gè)車軸持續(xù)排風(fēng)的時(shí)間不大于5s，且可以調(diào)節(jié)。在空氣滑行控制不正常工作時(shí)也不會(huì)引起緊急制動(dòng)或者常用制動(dòng)[2]。

2? 防滑控制系統(tǒng)失效模式分析

針對(duì)城軌車輛防滑控制系統(tǒng)的構(gòu)成部件、電路連接、氣路連接等部件的故障機(jī)理，對(duì)城軌車輛防滑功能進(jìn)行失效分析，如表1所示。

表1中S為嚴(yán)重度（Severity）其數(shù)值越高表明失效造成的后果越嚴(yán)重、O為頻度（Occurrence）越大表明失效模式越容易發(fā)生，D為探測(cè)度（Detection）越大表明失效模式越難被探測(cè)到。風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)RPN=（S）× （O）×（D），其值越高，表明該失效模式造成風(fēng)險(xiǎn)越嚴(yán)重，需要采取一定的措施來(lái)避免該失效模式的發(fā)生。

通過(guò)上述表格中的分析，防滑控制系統(tǒng)的程序故障的RPN值為最高，表明程序故障是造成系統(tǒng)失效的重要因素，因此設(shè)計(jì)或使用防滑控制系統(tǒng)是需要重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)的程序，盡量避免程序問(wèn)題引起的整個(gè)系統(tǒng)的失效。

3? 防滑控制系統(tǒng)典型故障分析

3.1 非制動(dòng)工況下誤報(bào)防滑異常

該故障導(dǎo)致列車控制系統(tǒng)報(bào)空氣制動(dòng)系統(tǒng)存在故障，某一個(gè)車軸防滑異常，當(dāng)列車停車后故障解除，系統(tǒng)恢復(fù)正常。經(jīng)后續(xù)分析，該問(wèn)題主要是由于防滑控制程序中判斷防滑系統(tǒng)存在異常的邏輯沒(méi)有包含在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到車軸滑行后，同時(shí)在車軸的滑行狀態(tài)未被處理前，車輛存在不能施加常用制動(dòng)的情況，此時(shí)車輛為牽引或惰行工況，同時(shí)在5s內(nèi)不能恢復(fù)。從而使車輛在運(yùn)行情況下未進(jìn)行制動(dòng)時(shí)系統(tǒng)也報(bào)出防滑系統(tǒng)存在異常，同時(shí)也將相應(yīng)車軸的防滑功能失效，在列車停穩(wěn)后故障才消失，后續(xù)對(duì)程序進(jìn)行更新后即解決該問(wèn)題[3]。

3.2 地鐵車輛多次停車誤差較大

車輛運(yùn)行過(guò)程中有速度傳感器信號(hào)的跳變，從而引起電制動(dòng)狀態(tài)下的滑行，2s后由BCU控制使電制動(dòng)失效，使空氣制動(dòng)的防滑控制功能來(lái)調(diào)節(jié)整車的滑行狀態(tài)，實(shí)際上2s后經(jīng)過(guò)電制動(dòng)的防滑狀態(tài)調(diào)節(jié)，車輛已經(jīng)處于正常狀態(tài)，此時(shí)施加空氣制動(dòng)滑行，導(dǎo)致停車誤差較大。后續(xù)把BCU切斷電制動(dòng)作用的時(shí)間由2s調(diào)整為4s，以使電制動(dòng)調(diào)節(jié)整車的滑行狀態(tài)的時(shí)間充足，4s后調(diào)節(jié)不到正常狀態(tài)時(shí)才啟動(dòng)空氣制動(dòng)防滑控制系統(tǒng)進(jìn)行車輛的滑行狀態(tài)調(diào)節(jié)[4]。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)城軌車輛的防滑控制系統(tǒng)的組成部分以及控制原理進(jìn)行分析介紹，并對(duì)引起防滑控制系統(tǒng)失效的因素進(jìn)行分析，明確導(dǎo)致防滑系統(tǒng)失效的各種因素，為排除城軌車輛的防滑系統(tǒng)故障和解決由防滑系統(tǒng)故障引起的問(wèn)題提供思路，以確保車輛能夠運(yùn)行正常，保障車輛的行車安全。

參考文獻(xiàn)

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