董兆兵，孫小康

（南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，江蘇 南京210012）

0 引言

南京地鐵1號(hào)線國產(chǎn)化四列車自2011年上線運(yùn)營后，制動(dòng)系統(tǒng)故障逐漸增多，供應(yīng)商售后資源配置少，很難保證高質(zhì)量的售后服務(wù)和技術(shù)支持，經(jīng)常發(fā)生制動(dòng)系統(tǒng)故障導(dǎo)致整列車不能繼續(xù)投入運(yùn)營的情況，且該部件如需深度檢修，必須返回至歐洲原廠，存在檢修周期長，成本高等諸多困難。為此，地鐵公司決定聯(lián)合國內(nèi)制動(dòng)系統(tǒng)專業(yè)供應(yīng)商對(duì)原列車的進(jìn)口制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行替換改造，降低運(yùn)營故障，提高列車的使用率。

1 需求分析

制動(dòng)系統(tǒng)是軌道交通車輛的重要組成部分，決定著車輛的重要性能，直接影響到車輛的行車安全，且與牽引、網(wǎng)絡(luò)、配電等設(shè)備均有接口，所以制動(dòng)系統(tǒng)替換改造需求應(yīng)從整車技術(shù)規(guī)范要求及改造的接口匹配性方面進(jìn)行分析研究，提出改造的要求。

設(shè)計(jì)輸入在覆蓋原項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，增加了以下要求：①分析原制動(dòng)系統(tǒng)的功能、接口以及在運(yùn)營過程中的故障，做為一項(xiàng)設(shè)計(jì)輸入條件；②需增設(shè)以太網(wǎng)維護(hù)接口，便于車上軟件維護(hù)；③對(duì)改造過程中涉及的與制動(dòng)相關(guān)的產(chǎn)品及其他與制動(dòng)接口產(chǎn)品的匹配性負(fù)責(zé)。

2 制動(dòng)系統(tǒng)的功能組成

2.1 主要配置及功能

系統(tǒng)采用成熟的EPC02型車控制動(dòng)系統(tǒng)，主要由空氣供給設(shè)備、制動(dòng)控制設(shè)備、基礎(chǔ)制動(dòng)設(shè)備、空氣懸掛設(shè)備、車輪滑行保護(hù)設(shè)備、汽笛設(shè)備及車鉤驅(qū)動(dòng)設(shè)備等部件組成，具有常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊急制動(dòng)、保持制動(dòng)、遠(yuǎn)程緩解、載荷補(bǔ)償、空壓機(jī)控制等功能。

2.2 與原系統(tǒng)的區(qū)別

與原系統(tǒng)的區(qū)別如下：

（1）制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)通信采用CAN網(wǎng)絡(luò)。

（2）結(jié)合線路實(shí)際運(yùn)營特點(diǎn)（大客流、地上高架），在電空制動(dòng)分配策略上采用平均分配（等磨耗）原則，即電制動(dòng)力不足部分由各車的氣制動(dòng)平均補(bǔ)充。

（3）車上增加維護(hù)接口，可直接從車上連接上位機(jī)進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。

3 現(xiàn)車改造及試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 系統(tǒng)分析計(jì)算與接口確認(rèn)

在項(xiàng)目開展初期，即進(jìn)行了制動(dòng)性能計(jì)算、供風(fēng)能力計(jì)算、基礎(chǔ)制動(dòng)熱容量計(jì)算等相關(guān)計(jì)算，并逐步開展了各接口形式的確認(rèn)工作，見表1。

表1 接口形式確認(rèn)Tab.1 Interface form confirmation

3.2 試驗(yàn)策劃

制動(dòng)系統(tǒng)替換改造與整車接口較多，所有涉及到制動(dòng)的功能試驗(yàn)均按策劃開展，見表2。

表2 試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)策劃Tab.2 Test point planning

3.3 主要試驗(yàn)內(nèi)容

（1）靜態(tài)試驗(yàn)。靜態(tài)試驗(yàn)主要針對(duì)功能性要求開展，依次完成了氣密性試驗(yàn)、風(fēng)源系統(tǒng)試驗(yàn)、輔助控制功能測試 ，分別在AW0空載和AW3超載條件下，完成停放能力測試、不同級(jí)位下制動(dòng)壓力測試及緊急制動(dòng)狀態(tài)下的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間測試，同時(shí)確認(rèn)故障診斷條件和復(fù)位條件。

圖1 緊急制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間Fig.1 Emergency braking response time

（2）動(dòng)調(diào)試驗(yàn)。測試AW0和AW3工況下的常用、快速和緊急制動(dòng)距離和平均減速度，在AW3配重工況下，在線路上根據(jù)實(shí)際限速（60km/h）要求，每站進(jìn)行一次最大常用制動(dòng)，運(yùn)行一個(gè)往返，確認(rèn)車輪踏面和閘瓦溫度。純空氣制動(dòng)下，閘瓦最高溫度為92.4℃，車輪踏面最高溫度為212.2℃，熱容量滿足試驗(yàn)要求。

圖2 純空氣制動(dòng)下熱容量Fig.2 Thermal capacity under pure air brake

（3）防滑專項(xiàng)試驗(yàn)。在試車線及正線上，分別開展了電空復(fù)合及純空氣狀態(tài)下的防滑性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，最大常用制動(dòng)級(jí)位工況下，電空復(fù)合制動(dòng)及純空氣制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)過程均較好的利用了輪軌間的粘著，滑行控制效果較好，防滑效率滿足要求。

圖3 防滑控制曲線Fig.3 Antiskid control curve

（4）ATO對(duì)站停車試驗(yàn)。ATO模式列車的停車過程，是跟蹤一條恒定制動(dòng)率的推薦速度曲線的過程，ATO系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的實(shí)際速度和列車位置，計(jì)算實(shí)際速度和推薦速度的差值，使實(shí)際速度不斷的跟隨推薦速度。在信號(hào)及牽引系統(tǒng)不變的條件下，通過制動(dòng)特性調(diào)整滿足ATO模式的對(duì)站停車要求。根據(jù)動(dòng)調(diào)數(shù)據(jù)確認(rèn)電制動(dòng)淡出的起始速度、完成速度以及淡出斜率并結(jié)合不同速度點(diǎn)和進(jìn)站距離條件下的指令值，通過分階段調(diào)整制動(dòng)特性，完成ATO精確停車。

圖4 對(duì)門停車邏輯Fig.4 Door parking logic

通過制動(dòng)特性調(diào)整后，開展了10次ATO正線對(duì)門試驗(yàn)，各站均能正常開關(guān)門，且停車精度完全滿足運(yùn)營要求。

（5）5000km穩(wěn)定性試驗(yàn)。為充分驗(yàn)證制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性及制動(dòng)系統(tǒng)與車輛其他系統(tǒng)之間的匹配性，在完成各項(xiàng)功能確認(rèn)測試后，開展了正線5000km空載運(yùn)行的穩(wěn)定性試驗(yàn)，期間列車運(yùn)行穩(wěn)定、無制動(dòng)系統(tǒng)故障，5000km試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)各部件進(jìn)行檢查，各部運(yùn)行狀態(tài)良好，功能正常。

4 總結(jié)

完成替換改造的列車已正式投入載客運(yùn)營，運(yùn)營狀態(tài)良好。通過車輛核心系統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)替換改造，成功地完成了一次行業(yè)運(yùn)用的突破，積累了設(shè)計(jì)及替換改造方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)，從運(yùn)營的角度為行業(yè)內(nèi)其他單位處理在車輛使用過程的問題提供了改進(jìn)思路和方法。