地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)常見故障處理與分析

李靖 郭明月

摘?要：地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全的重要保證，本文介紹了城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)的功能及構(gòu)成，重點(diǎn)總結(jié)了正線車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng)常見的故障與應(yīng)急處理，并針對(duì)典型故障案例進(jìn)行了深入分析，為地鐵車輛運(yùn)營(yíng)制動(dòng)系統(tǒng)的故障處理及分析提供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;制動(dòng)系統(tǒng);故障處理

Abstract：The safety and reliability of the metro vehicle braking system is an important guarantee for the safety of urban rail transit operations.This article introduces the function and composition of the braking system of urban rail transit vehicles，focusing on summarizing the common failures and emergency treatments of the air braking system of mainline vehicles，and conducts an in-depth analysis of typical failure cases to brake the subway vehicles Provide reference for system troubleshooting and analysis.

Keywords：Urban rail transit;Brake system;Troubleshooting

1 制動(dòng)系統(tǒng)功能及構(gòu)成

城市軌道交通地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)一般采用架控式在ATO、ATP控制以及司控器的控制下進(jìn)行列車單次或階段性制動(dòng)與緩解的響應(yīng)，并使用硬線和網(wǎng)絡(luò)冗余的方式以列車為單元進(jìn)行制動(dòng)力管理[1]。主要有緊急制動(dòng)、常用制動(dòng)和快速制動(dòng)以及停放制動(dòng)等制動(dòng)模式，其中：常用制動(dòng)主要用于在列車運(yùn)行包含進(jìn)站過程中控制或調(diào)節(jié)車輛速度，常用制動(dòng)時(shí)優(yōu)先使用電阻制動(dòng)方式，當(dāng)制動(dòng)力不足時(shí)采用空氣進(jìn)行制動(dòng)力補(bǔ)充;緊急制動(dòng)是車輛快速停止而施加的制動(dòng)，正常行駛中不施加，由于緊急制動(dòng)采用“失電制動(dòng)，得電緩解”的設(shè)計(jì)原則考慮斷電、脫弓、斷鉤等緊急及意外情況，因此只應(yīng)用空氣制動(dòng)[2];快速制動(dòng)主要由司機(jī)控制器觸發(fā)指令能使列車盡快停車，其所需的制動(dòng)力控制方式和常用制動(dòng)一樣;停放制動(dòng)主要在庫(kù)內(nèi)施加用于防止車輛長(zhǎng)時(shí)間停放時(shí)有溜車的情況，通過司機(jī)操作臺(tái)按鈕控制，彈簧力作用施加停放制動(dòng)，緩解則由壓縮空氣緩解?？諝庵苿?dòng)作為車輛制動(dòng)系統(tǒng)的重要部分，其性能直接影響車輛正線運(yùn)用情況。

空氣制動(dòng)系統(tǒng)主要由供風(fēng)設(shè)備（空氣壓縮機(jī)組、空氣干燥器和風(fēng)缸）、制動(dòng)控制部分（EP2002閥）和執(zhí)行部分（閘瓦制動(dòng)裝置）組成，其中，制動(dòng)控制單元EP2002閥作為車輛制動(dòng)控制的核心部件安裝在其控制的轉(zhuǎn)向架附近，其內(nèi)部集成了各種壓力傳感器和氣動(dòng)閥部件以及制動(dòng)控制管理電子設(shè)備，用于負(fù)責(zé)控制相應(yīng)轉(zhuǎn)向架的車輪滑動(dòng)保護(hù)、緊急制動(dòng)和常用制動(dòng)等功能。

2 空氣制動(dòng)系統(tǒng)常見故障與應(yīng)急處理

在列車制動(dòng)力管理中，由制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算整車所需制動(dòng)力，TCMS接受來自司控器或ATC的制動(dòng)指令，并將制動(dòng)級(jí)位請(qǐng)求值實(shí)時(shí)傳輸給BECU。空氣制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)TCMS發(fā)送的電制動(dòng)實(shí)際發(fā)揮值計(jì)算并分配空氣制動(dòng)力[3]。在車輛正線運(yùn)用過程中，空氣制動(dòng)系統(tǒng)故障多發(fā)于頻繁響應(yīng)進(jìn)行制動(dòng)施加緩解工況下，因此常見的空氣制動(dòng)系統(tǒng)正線故障有常用制動(dòng)功能故障和緊急制動(dòng)故障。

2.1 常用制動(dòng)功能故障

在運(yùn)營(yíng)車輛制動(dòng)施加過程中，常用制動(dòng)優(yōu)先按照網(wǎng)絡(luò)需求進(jìn)行制動(dòng)力的施加。制動(dòng)控制單元根據(jù)的列車載重情況及制動(dòng)需求計(jì)算目前車輛制動(dòng)需要的總制動(dòng)力，根據(jù)電制動(dòng)的實(shí)施情況進(jìn)行空氣制動(dòng)[4]。隨后停車制動(dòng)發(fā)揮作用，停車制動(dòng)是常用制動(dòng)的一部分，速度低于設(shè)定值電制動(dòng)逐漸退出轉(zhuǎn)換為空氣制動(dòng)至有零速信號(hào)后轉(zhuǎn)變?yōu)榧兛諝獾谋３种苿?dòng)[5]。車輛常用制動(dòng)功能發(fā)生故障后，車輛屏將會(huì)顯示制動(dòng)圖標(biāo)報(bào)紅并伴隨故障信息條目提示，主要有以下幾個(gè)方面：

2.1.1 轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)無法緩解

制動(dòng)不緩解信號(hào)由網(wǎng)絡(luò)和硬線同時(shí)監(jiān)控，通常以制動(dòng)控制單元反饋網(wǎng)絡(luò)信號(hào)作為優(yōu)先采集并反饋在車輛屏上。車輛正常運(yùn)行過程中，制動(dòng)控制單元對(duì)其所控制的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)缸進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到相應(yīng)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)缸壓力均低于25KPa（不同線路有差異）時(shí)，指示常用制動(dòng)緩解繼電器得電，輸出制動(dòng)緩解信號(hào)，所有制動(dòng)緩解指示燈亮起。當(dāng)運(yùn)行過程中，非制動(dòng)工況下，制動(dòng)控制單元檢測(cè)到存在制動(dòng)缸壓力始終高于25KPa時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將判斷存在轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)不緩解，導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)報(bào)紅并指示報(bào)出相應(yīng)轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)不緩解故障條目。

常用制動(dòng)無法緩解發(fā)生后制動(dòng)控制系統(tǒng)無法滿足最低可接受的性能，如不采取有效措施繼續(xù)長(zhǎng)距離牽引將可能產(chǎn)生閘瓦和車輪無法接受的熱應(yīng)力，造成輪對(duì)磨損擦傷對(duì)車輛硬件造成損壞，且網(wǎng)絡(luò)將會(huì)觸發(fā)牽引封鎖控制車輛速度無法提升。發(fā)生該故障后，應(yīng)立即鎖定故障轉(zhuǎn)向架位置，硬線控制車輛強(qiáng)迫緩解嘗試排除制動(dòng)器偶發(fā)卡滯問題，必要時(shí)及時(shí)切除故障相應(yīng)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)，防止車輛抱閘牽引造成零部件的損傷，確保所有轉(zhuǎn)向架能正常緩解后如車輛仍無法正常運(yùn)行，需進(jìn)一步操作制動(dòng)不緩解旁路使車輛正常牽引返回車輛段進(jìn)行維修。

2.1.2 轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)未施加

制動(dòng)系統(tǒng)部分轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)未施加，通常由于制動(dòng)控制單元在車輛制動(dòng)過程中，BCP（制動(dòng)缸）壓力低于所需制動(dòng)缸壓力的70%并持續(xù)15秒以上，車輛屏制動(dòng)系統(tǒng)界面顯示存在轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)未正常施加。在地鐵車輛運(yùn)行過程中，若車輛發(fā)生管路漏泄、制動(dòng)控制單元檢測(cè)到內(nèi)部傳感器數(shù)據(jù)紊亂、排風(fēng)電磁閥異常排風(fēng)等一個(gè)或者多個(gè)制動(dòng)控制系統(tǒng)故障，制動(dòng)控制系統(tǒng)為避免故障擴(kuò)大對(duì)車輛運(yùn)行造成重大影響，將會(huì)自身對(duì)其功能進(jìn)行修改以發(fā)揮系統(tǒng)降級(jí)模式下可能的最好性能，控制故障轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)不再施加，相應(yīng)制動(dòng)力損失由其他轉(zhuǎn)向架進(jìn)行補(bǔ)償。單個(gè)轉(zhuǎn)向架發(fā)生該類故障后通常不會(huì)對(duì)車輛正常運(yùn)行造成影響，無需立即采取措施可正常運(yùn)行回庫(kù)后查找相應(yīng)管路連接有無漏泄情況，進(jìn)行密閉性試驗(yàn)后下載制動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，查看制動(dòng)控制單元內(nèi)部壓力傳感器或相關(guān)電磁閥有無異常記錄，必要情況下更換相應(yīng)制動(dòng)控制單元維修解決。

2.2 緊急制動(dòng)故障

緊急制動(dòng)為保證應(yīng)急情況下指令能夠準(zhǔn)確實(shí)施，采用雙線雙斷的安全設(shè)計(jì)原則，列車線環(huán)路貫穿于整列電客車并遵循“故障導(dǎo)向安全”的原則設(shè)計(jì)，完全獨(dú)立于列車的常用制動(dòng)系統(tǒng)[6]。緊急制動(dòng)不會(huì)在列車正常運(yùn)行過程中觸發(fā)，當(dāng)列車ATC系統(tǒng)發(fā)出緊急制動(dòng)指令、DC110V控制電源失電、緊急制動(dòng)列車線回路失電或中斷、緊急制動(dòng)按鈕按下、司機(jī)室警惕裝置觸發(fā)以及列車分離、列車運(yùn)行過程中方向手柄在零位、總風(fēng)缸壓力低于特定的安全值、車輛未完全離開車站時(shí)，啟用車門緊急解鎖以及列車超速的異常情況，列車將會(huì)緊制停車。

在列車運(yùn)行過程中，若以以上任一條件觸發(fā)緊急制動(dòng)，列車都將以緊急制動(dòng)相應(yīng)減速度進(jìn)行制動(dòng)并且無法撤除直至列車停止[7]。該情況下的應(yīng)急處理需立即根據(jù)車輛顯示的相應(yīng)緊急制動(dòng)故障信息進(jìn)行故障判斷，及時(shí)對(duì)相應(yīng)觸發(fā)條件進(jìn)行檢查修復(fù)，必要情況下如無法立即修復(fù)需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)旁路操作，以避免該車再次觸發(fā)緊急制動(dòng)影響全線車輛運(yùn)營(yíng)。安排車輛終點(diǎn)站回庫(kù)進(jìn)行維修。

3 典型案例分析

3.1 故障現(xiàn)象

2020年石家莊地鐵1號(hào)線發(fā)生1起車輛常用制動(dòng)無法緩解故障，列車正線運(yùn)行中車輛屏顯示制動(dòng)系統(tǒng)圖標(biāo)報(bào)紅并伴隨故障條目5車架2制動(dòng)不緩解，司機(jī)臺(tái)所有制動(dòng)緩解指示燈不能點(diǎn)亮。司機(jī)對(duì)該車故障對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)切除后故障仍未能消除且車輛速度提升緩慢，最終該車運(yùn)行至車輛段退出服務(wù)，造成了當(dāng)天該列車清客退出服務(wù)以及同線路多列車不同程度晚點(diǎn)情況。

3.2 故障分析與處理

考慮列車故障為常用制動(dòng)不能緩解，車輛回庫(kù)后立即組織對(duì)車輛閘瓦輪對(duì)進(jìn)行詳細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)抱閘運(yùn)行導(dǎo)致輪軌擦傷異常磨耗等現(xiàn)象，庫(kù)內(nèi)對(duì)車輛多次進(jìn)行常用制動(dòng)施加緩解試驗(yàn)，車下查看閘瓦執(zhí)行部件均能夠正常緩解動(dòng)作，但查看車輛屏顯示該轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)始終未能緩解，且期間司機(jī)操作臺(tái)所有制動(dòng)緩解指示燈均不亮考慮常用制動(dòng)反饋線路存在異常。

查找車輛電路圖分析（如圖1），所有制動(dòng)緩解指示燈與各轉(zhuǎn)向架常用制動(dòng)緩解繼電器串聯(lián)，查看故障時(shí)刻列車網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中各常用制動(dòng)緩解繼電器反饋數(shù)據(jù)信息，故障發(fā)生時(shí)該車5車架2常用制動(dòng)緩解繼電器（+241.10=28-K36）未得電，因此導(dǎo)致線路不通所有制動(dòng)緩解指示燈不亮。

制動(dòng)控制單元智能閥內(nèi)部設(shè)置制動(dòng)缸壓力傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控制動(dòng)缸壓力并提供繼電器觸點(diǎn)指示常用制動(dòng)施加或緩解（如圖2），當(dāng)智能閥中檢測(cè)到該閥控制的兩個(gè)制動(dòng)缸壓力傳感器的壓力值均低于25KPa時(shí)，智能閥中指示常用制動(dòng)施加和緩解的繼電器閉合，輸出制動(dòng)已緩解信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到兩制動(dòng)缸壓力傳感器的壓力值均高于40KPa時(shí)，指示制動(dòng)施加和緩解的繼電器閉合，輸出制動(dòng)施加信號(hào)。

根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)原理分析，下載制動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在故障發(fā)生時(shí)5車架2制動(dòng)缸壓力維持在43KPa，且司機(jī)根據(jù)相應(yīng)故障處理指南切除該轉(zhuǎn)向架B05后，智能閥檢測(cè)仍輸出制動(dòng)缸壓力為31KPa（如圖3）未達(dá)到制動(dòng)緩解壓力值，導(dǎo)致制動(dòng)控制單元不能指示對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向架繼電器得電，網(wǎng)絡(luò)采集壓力值信號(hào)后判斷該轉(zhuǎn)向架制動(dòng)無法緩解，列車回庫(kù)后模擬制動(dòng)施加緩解動(dòng)作并使用外接風(fēng)壓表測(cè)量該車轉(zhuǎn)向架制動(dòng)缸壓力實(shí)測(cè)值為0KPa，而智能閥反饋網(wǎng)絡(luò)信息為31KPa，由此判定為制動(dòng)閥內(nèi)部壓力傳感器故障，導(dǎo)致檢測(cè)制動(dòng)缸壓力數(shù)據(jù)異常未能輸出制動(dòng)已緩解信號(hào)。

聯(lián)系整個(gè)故障履歷進(jìn)行事件分析，列車報(bào)故障5車架2制動(dòng)不緩解故障后階段性觸發(fā)牽引封鎖，在后續(xù)進(jìn)行車輛故障轉(zhuǎn)向架切除操作后制動(dòng)不緩解故障仍存在，隨著車輛運(yùn)行速度攀升反復(fù)觸發(fā)牽引封鎖導(dǎo)致車輛行駛緩慢速度始終無法攀升至指定值。牽引封鎖為導(dǎo)致車輛及相應(yīng)線路其他車輛晚點(diǎn)的主要原因，其邏輯原理為當(dāng)車輛在非制動(dòng)工況下、車輛車輛運(yùn)行速度大于4km/h存在空氣制動(dòng)且“氣制動(dòng)緩解旁路”無效時(shí)保持5s后，觸發(fā)牽引封鎖條件（如圖4）導(dǎo)致車輛無牽引運(yùn)行速度無法升高，當(dāng)車輛再次滿足ATO模式、DTB模式激活、制動(dòng)有效、惰行有效、零速有效的任一種條件時(shí)，車輛解除牽引封鎖可以再次牽引。在該情況下，及時(shí)操作車輛氣制動(dòng)緩解旁路可解決車輛速度低導(dǎo)致的車輛行駛緩慢問題。

3.3 防范措施

在確定制動(dòng)閥故障后更換制動(dòng)閥，多次進(jìn)行制動(dòng)施加緩解試驗(yàn)車輛故障消除，檢測(cè)制動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)無異常。為防止該類故障再次發(fā)生造成車輛運(yùn)營(yíng)事件，對(duì)所有車輛進(jìn)行了制動(dòng)施加緩解試驗(yàn)并查看數(shù)據(jù)，確定其他制動(dòng)閥無監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常情況，在日常檢修中定期查看制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)缸壓力數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)異常立即更換進(jìn)行防范。

總結(jié)

對(duì)于現(xiàn)在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)，車輛制動(dòng)系統(tǒng)早已不僅僅是車輛運(yùn)營(yíng)安全的重要影響因素，隨著地鐵車輛硬件及軟件的不斷優(yōu)化以及安全系數(shù)的不斷提升，制動(dòng)性能也成為列車牽引及車輛運(yùn)行速度等性能的重要限制因素[8]。城市人口的不斷擴(kuò)充、軌道交通線網(wǎng)的不斷延伸以及車輛運(yùn)用年限增加，軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)的故障率也在逐漸升高。目前國(guó)內(nèi)地鐵多采用克諾爾公司的制動(dòng)控制系統(tǒng)，存在零部件集成度高且技術(shù)封鎖等特點(diǎn)。本文通過分析車輛制動(dòng)系統(tǒng)的功能及構(gòu)成，總結(jié)了正線車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng)常見的故障與應(yīng)急處理措施，并通過對(duì)典型故障案例深入分析，為解決地鐵車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng)常見故障提供應(yīng)急解決參考與檢修防范思路。

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作者簡(jiǎn)介：李靖（1985—?），男，本科，研究方向：城市軌道交通。

通訊作者：郭明月（1993—?），女，碩士，研究方向：城市軌道交通。