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        城市軌道交通車控制動(dòng)系統(tǒng)故障分析

        2018-11-02 06:35:20范榮巍武青海王群偉
        城市軌道交通研究 2018年10期
        關(guān)鍵詞:故障系統(tǒng)

        范榮巍 武青海 王群偉

        (中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司機(jī)車車輛研究所,100081,北京//第一作者,助理研究員)

        目前,國內(nèi)各大城市交通擁堵現(xiàn)象日益突出,軌道交通在人們?nèi)粘3鲂兴急壤絹碓酱?。因此,保證城市軌道交通車輛的正常運(yùn)營成為了車輛維護(hù)部門的頭等大事。對于城市軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)來說,在運(yùn)營中可能出現(xiàn)的故障有兩種:一種是制動(dòng)力不足,另一種是制動(dòng)不緩解。制動(dòng)力不足故障可能造成運(yùn)營車輛降速運(yùn)行,而制動(dòng)不緩解故障將可能造成運(yùn)營車輛的救援。而引起這兩種故障的影響因素較多,但是多數(shù)情況是由于制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件發(fā)生故障所導(dǎo)致。因此,本文著重分析城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)象和原因,以及對制動(dòng)系統(tǒng)兩種運(yùn)營故障所產(chǎn)生的影響,并提出合理的處理措施,降低對城市軌道交通車輛正常運(yùn)營的影響。

        1 城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)簡介

        城市軌道交通車輛通常采用微機(jī)控制的直通式電-空制動(dòng)系統(tǒng),能在司機(jī)控制器、ATO(列車自動(dòng)駕駛)或ATP(列車自動(dòng)防護(hù))的控制下,對列車進(jìn)行階段性或一次性的制動(dòng)與緩解。制動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)制動(dòng)指令對應(yīng)的制動(dòng)減速度、列車速度和重量,計(jì)算出制動(dòng)力的大小,然后進(jìn)行空氣制動(dòng)與電制動(dòng)的配合控制,實(shí)現(xiàn)列車的精確停車。

        車控制動(dòng)系統(tǒng)是以每輛車為單位來設(shè)置制動(dòng)控制單元的制動(dòng)控制方式,即每輛車均配置有1個(gè)獨(dú)立的制動(dòng)控制單元,用于控制本車的制動(dòng)力。下面著重介紹車控制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)控制單元原理。

        圖1為城市軌道交通車控制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)控制單元原理圖。制動(dòng)控制單元主要由濾清器(01)、常用制動(dòng)充風(fēng)電磁閥(02)、常用制動(dòng)緩解電磁閥(03)、中繼閥(06)、空重閥(09)、緊急電磁閥(10)、壓力傳感器(05/07/11)、壓力開關(guān)(13)和相關(guān)壓力測點(diǎn)(04/08/12)等部件組成。圖1中,AS1、AS2表示空簧壓力管路,R表示總風(fēng),AC表示常用制動(dòng)預(yù)控壓力管路,EM表示緊急制動(dòng)預(yù)控壓力管路、EX表示排氣口,BC表示制動(dòng)缸壓力管路。

        圖1 制動(dòng)控制單元原理示意圖

        常用制動(dòng)時(shí),制動(dòng)控制單元接收到制動(dòng)指令,通過控制充風(fēng)電磁閥和緩解電磁閥的得電和失電,得到相應(yīng)的常用預(yù)控壓力輸出到中繼閥,通過中繼閥的流量放大作用,將制動(dòng)壓力輸出到制動(dòng)缸中。

        緊急制動(dòng)時(shí),緊急電磁閥失電(正常緩解時(shí),緊急電磁閥為得電常閉狀態(tài)),空重閥根據(jù)空簧壓力調(diào)整緊急預(yù)控壓力,輸出到中繼閥,通過中繼閥的流量放大作用,將緊急壓力輸出到制動(dòng)缸中,實(shí)現(xiàn)車輛的緊急制動(dòng)。

        制動(dòng)控制單元對電磁閥預(yù)控壓力、中繼閥輸出的制動(dòng)缸壓力進(jìn)行閉環(huán)控制,同時(shí),微機(jī)診斷系統(tǒng)對電磁閥的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,有助于對制動(dòng)系統(tǒng)故障進(jìn)行更精準(zhǔn)的定位。

        2 制動(dòng)系統(tǒng)故障影響因素

        2.1 制動(dòng)力不足故障判斷邏輯

        在城市軌道交通車控制動(dòng)控制系統(tǒng)中,制動(dòng)力不足故障判斷邏輯為:在常用制動(dòng)狀態(tài)下(無電制動(dòng)),制動(dòng)指令大于一定值(目前常規(guī)設(shè)定為制動(dòng)缸壓力的目標(biāo)值在150 kPa以上),如果制動(dòng)缸壓力在一定時(shí)間內(nèi)不能上升到規(guī)定壓力值(目前常規(guī)設(shè)定為3.5 s內(nèi)制動(dòng)缸壓力不能上升到60 kPa)時(shí),則制動(dòng)系統(tǒng)上報(bào)制動(dòng)力不足故障。

        2.2 制動(dòng)不緩解故障判斷邏輯

        在城市軌道交通車控制動(dòng)控制系統(tǒng)中,制動(dòng)不緩解故障判斷邏輯為:在非制動(dòng)狀態(tài)下,如果制動(dòng)缸壓力實(shí)際值大于一定值(目前常規(guī)設(shè)定為40 kPa左右),持續(xù)時(shí)間超過一定值(目前常規(guī)設(shè)定為5 s左右),則制動(dòng)系統(tǒng)上報(bào)制動(dòng)不緩解故障。

        2.3 制動(dòng)力不足故障影響因素

        由于車控制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的故障而引起制動(dòng)力不足故障情況匯總見表1。

        2.4 制動(dòng)力不緩解故障影響因素

        由于車控制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的故障而引起制動(dòng)力不緩解故障情況匯總見表2。

        表2 制動(dòng)力不緩解故障情況匯總表

        3 制動(dòng)系統(tǒng)故障原因分析以及應(yīng)急處理措施建議

        3.1 制動(dòng)力不足故障

        現(xiàn)從可能引起制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力不足故障的關(guān)鍵部件進(jìn)行分析。

        3.1.1 常用制動(dòng)充風(fēng)電磁閥

        故障現(xiàn)象:車輛在制動(dòng)時(shí),TCMS(列車監(jiān)控管理系統(tǒng))顯示無制動(dòng)缸壓力。

        故障原因分析:在常用制動(dòng)時(shí),制動(dòng)系統(tǒng)控制常用制動(dòng)充風(fēng)電磁閥和緩解電磁閥產(chǎn)生常用制動(dòng)的預(yù)控壓力;初始階段,充風(fēng)電磁閥得電開啟,同時(shí)緩解電磁閥得電關(guān)閉,將總風(fēng)輸入到中繼閥常用預(yù)控腔;當(dāng)常用預(yù)控壓力達(dá)到目標(biāo)值時(shí),此時(shí)充風(fēng)電磁閥失電關(guān)閉。在制動(dòng)系統(tǒng)得到緩解指令后,此時(shí)充風(fēng)電磁閥失電關(guān)閉,緩解電磁閥失電,常用預(yù)控壓力通過緩解電磁閥排空。當(dāng)常用制動(dòng)充風(fēng)電磁閥故障,得電后無法開啟,常用預(yù)控壓力為零,中繼閥無制動(dòng)壓力輸出,造成制動(dòng)力不足故障。

        應(yīng)急處理措施建議:當(dāng)1輛車發(fā)生制動(dòng)力不足故障時(shí),可適當(dāng)提高制動(dòng)指令,列車其余車輛來補(bǔ)充不足的制動(dòng)力,在列車到達(dá)終點(diǎn)后再退出運(yùn)營;當(dāng)2輛或以上車輛發(fā)生制動(dòng)力不足故障時(shí),可根據(jù)現(xiàn)場情況以及運(yùn)營要求,采取下站清客退出運(yùn)營或限速運(yùn)營的方式到達(dá)終點(diǎn)再退出運(yùn)營。

        3.1.2 常用制動(dòng)緩解電磁閥

        故障現(xiàn)象:車輛在常用制動(dòng)時(shí),常用制動(dòng)緩解電磁閥常排風(fēng),充風(fēng)電磁閥開啟和閉合切換頻繁;制動(dòng)系統(tǒng)上報(bào)制動(dòng)力不足故障后,制動(dòng)缸壓力將在目標(biāo)壓力下出現(xiàn)循環(huán)波動(dòng)。

        故障原因分析:在常用制動(dòng)時(shí),緩解電磁閥故障,得電后不能正常關(guān)閉,開始階段充風(fēng)電磁閥向中繼閥常用預(yù)控腔充風(fēng),同時(shí)通過緩解電磁閥排風(fēng),常用預(yù)控壓力上升緩慢,無法在規(guī)定時(shí)間上升到設(shè)定值,制動(dòng)系統(tǒng)將上報(bào)制動(dòng)力不足故障;之后預(yù)控壓力還將上升并達(dá)到目標(biāo)值,充風(fēng)電磁閥斷電關(guān)閉,不再充風(fēng);但由于緩解電磁閥故障而一直處于排風(fēng)狀態(tài),預(yù)控壓力將很快下降,充風(fēng)電磁閥得電后再次充風(fēng);此狀態(tài)將一直循環(huán)直到制動(dòng)緩解。

        應(yīng)急處理措施建議:此種電磁閥故障造成的制動(dòng)力不足故障,無須采取其他措施,可正常運(yùn)行到終點(diǎn)后再退出運(yùn)營。

        3.1.3 中繼閥

        故障現(xiàn)象:車輛在制動(dòng)時(shí),預(yù)控壓力正常,但中繼閥無制動(dòng)缸壓力輸出。

        故障原因分析:制動(dòng)時(shí),中繼閥預(yù)控腔內(nèi)壓力正常,而沒有制動(dòng)缸壓力輸出,最大可能的原因是勾貝卡滯沒有動(dòng)作,無法打開總風(fēng)閥口將壓縮空氣輸出到制動(dòng)缸,造成制動(dòng)力不足故障。

        應(yīng)急處理措施建議:與常用制動(dòng)充風(fēng)電磁閥故障時(shí)處理措施相同。

        3.2 制動(dòng)不緩解故障

        現(xiàn)從可能引起制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)不緩解故障的關(guān)鍵部件進(jìn)行分析。

        3.2.1 常用制動(dòng)充風(fēng)電磁閥

        故障現(xiàn)象:車輛在常用制動(dòng)時(shí),制動(dòng)缸壓力高出目標(biāo)值,在接收到制動(dòng)緩解指令后,制動(dòng)缸壓力沒有下降。

        故障原因分析:在常用制動(dòng)時(shí),充風(fēng)電磁閥故障,失電后不能正常關(guān)閉,總風(fēng)一直通過充風(fēng)電磁閥向中繼閥常用預(yù)控腔充風(fēng),同時(shí)通過緩解電磁閥排風(fēng),在壓力穩(wěn)定后,一般情況下實(shí)際預(yù)控壓力高于目標(biāo)壓力值;在接收到緩解指令后,由于充風(fēng)電磁閥故障,預(yù)控壓力將保持原來壓力,導(dǎo)致中繼閥輸出的制動(dòng)缸壓力沒有下降,造成制動(dòng)不緩解故障。

        3.2.2 常用制動(dòng)緩解電磁閥

        故障現(xiàn)象:車輛在接收到常用制動(dòng)緩解指令后,制動(dòng)缸壓力沒有下降。

        故障原因分析:在常用制動(dòng)緩解時(shí),緩解電磁閥故障,失電后不能排風(fēng),常用預(yù)控壓力保持原來壓力,導(dǎo)致中繼閥輸出的制動(dòng)缸壓力沒有下降,造成制動(dòng)不緩解故障。

        3.2.3 緊急電磁閥

        故障現(xiàn)象:車輛在接收到緊急制動(dòng)緩解指令后,制動(dòng)缸壓力沒有下降。

        故障原因分析:在緊急制動(dòng)緩解時(shí),緊急電磁閥故障,得電后不能排風(fēng),中繼閥緊急預(yù)控腔壓力得不到緩解,導(dǎo)致中繼閥輸出的制動(dòng)缸壓力沒有下降,造成制動(dòng)不緩解故障。

        3.2.4 中繼閥

        故障現(xiàn)象:車輛緩解狀態(tài)下,制動(dòng)缸壓力一直保持80 kPa左右的壓力。

        故障原因分析:中繼閥在出現(xiàn)總風(fēng)口關(guān)閉不嚴(yán)、向制動(dòng)缸漏風(fēng)故障時(shí),中繼閥此時(shí)的狀態(tài)是總風(fēng)通過總風(fēng)閥口向中繼閥下游制動(dòng)缸內(nèi)充風(fēng),由于處于緩解狀態(tài),中繼閥制動(dòng)腔內(nèi)的壓縮空氣同時(shí)向外排風(fēng);當(dāng)總風(fēng)泄漏量較大時(shí),中繼閥制動(dòng)腔內(nèi)的壓力超過制動(dòng)不緩解邏輯判斷的設(shè)定值時(shí),制動(dòng)系統(tǒng)將上報(bào)制動(dòng)不緩解故障。

        3.2.5 應(yīng)急處理措施建議

        在發(fā)生制動(dòng)不緩解故障時(shí),可人工按下“強(qiáng)迫緩解”按鈕進(jìn)行緩解,此時(shí)通過故障車的防滑閥將制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣排空,實(shí)現(xiàn)故障車的強(qiáng)迫緩解;制動(dòng)不緩解故障不影響制動(dòng)時(shí)的正常施加,在列車到達(dá)終點(diǎn)后再退出運(yùn)營。

        如果故障車報(bào)“防滑閥故障”,則按下“強(qiáng)迫緩解”按鈕后也無法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)緩解,此時(shí)需對該故障車進(jìn)行制動(dòng)切除操作,故障車喪失制動(dòng)功能;切除1輛車制動(dòng),可在列車到達(dá)終點(diǎn)后再退出運(yùn)營;切除2輛或以上車輛制動(dòng),可根據(jù)現(xiàn)場情況以及運(yùn)營要求,采取下站清客退出運(yùn)營或限速運(yùn)營的方式到終點(diǎn)后再退出運(yùn)營。

        4 結(jié)語

        本文從關(guān)鍵部件故障角度出發(fā),分析制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)營故障產(chǎn)生的原因,并提出應(yīng)急處理措施建議,以提高運(yùn)營維護(hù)部門對制動(dòng)系統(tǒng)的認(rèn)識,及時(shí)有效地處理出現(xiàn)的運(yùn)營故障,降低故障對線路正常運(yùn)營的影響。

        另外,為降低制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)營故障,提高制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的可靠性是重中之重,對關(guān)鍵部件的可靠性研究是一項(xiàng)需長期堅(jiān)持的工作。

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