呼功崛， 馬永靖， 王學(xué)文， 辛志強(qiáng)

(中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司 國(guó)家軌道客車(chē)工程研究中心轉(zhuǎn)向架研發(fā)部， 長(zhǎng)春 130000)

近年來(lái)，高速鐵路運(yùn)輸已經(jīng)成為促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加強(qiáng)區(qū)域協(xié)調(diào)，構(gòu)建綜合交通軌道運(yùn)輸體系的樞紐。高鐵技術(shù)的不斷發(fā)展完善了我國(guó)綜合運(yùn)輸體系，隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求的不斷增大，推動(dòng)了高鐵動(dòng)車(chē)組技術(shù)的快速發(fā)展。

制動(dòng)系統(tǒng)是與車(chē)輛運(yùn)行安全直接相關(guān)的重要系統(tǒng)，動(dòng)車(chē)組的制動(dòng)形式分兩種：空氣制動(dòng)和電制動(dòng)。無(wú)論空氣制動(dòng)或電制動(dòng)，都屬于黏著制動(dòng)。黏著制動(dòng)最大的缺陷就是黏著力有限，同時(shí)輪軌黏著受輪軌間狀態(tài)影響較大，如果制動(dòng)力超過(guò)了黏著限制，車(chē)輪轉(zhuǎn)速急劇降低甚至停轉(zhuǎn)而車(chē)速降得較慢，這叫“滑行”或“抱死輪”[1]。一旦發(fā)生這種現(xiàn)象則很有可能導(dǎo)致輪軌擦傷，車(chē)輪擦傷后會(huì)產(chǎn)生偏心，踏面產(chǎn)生多邊形效應(yīng)，不僅降低運(yùn)行的平穩(wěn)性和乘車(chē)的舒適度，還會(huì)增加對(duì)轉(zhuǎn)向架的沖擊振動(dòng)，縮短轉(zhuǎn)向架部件的使用壽命，影響行車(chē)安全[2]。為保證動(dòng)車(chē)組能夠安全可靠地行車(chē)，動(dòng)車(chē)組防滑系統(tǒng)必須響應(yīng)迅速，防止車(chē)輪滑行，恢復(fù)輪軌的黏著狀態(tài)。

將結(jié)合CRH3A型動(dòng)車(chē)組ASC模式下空氣制動(dòng)和電制動(dòng)的防滑控制和軸不旋轉(zhuǎn)檢測(cè)原理，針對(duì)CRH3A型動(dòng)車(chē)組發(fā)生滑行和軸抱死的實(shí)際案例，分析原因并給出解決措施。

1 ASC模式下的防滑控制和不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)

1.1 制動(dòng)指令

在A(yíng)SC(Automatic Speed Control)模式下，由TCMS(Train Control Management System)進(jìn)行列車(chē)制動(dòng)力計(jì)算，TCMS僅使用電制動(dòng)力來(lái)調(diào)節(jié)列車(chē)速度。TCMS計(jì)算的電制動(dòng)力指令直接發(fā)給TCU(Traction Control Unit)，不通過(guò)BCU(Brake Control Unit)中轉(zhuǎn)。TCU將單車(chē)的電制動(dòng)力能力值(信號(hào)C)和電制動(dòng)力實(shí)際值(信號(hào)E)發(fā)給BCU，見(jiàn)圖1。

圖1 TCU與BCU相關(guān)接口圖

1.2 防滑控制

BCU僅在非牽引(制動(dòng)或惰行)狀態(tài)時(shí)才激活防滑功能，將本車(chē)4個(gè)軸中速度最高的軸速作為參考速度，BCU根據(jù)參考速度及各軸的軸速對(duì)每個(gè)軸進(jìn)行防滑判斷，并通過(guò)防滑閥進(jìn)行緩解、保壓和制動(dòng)的控制。

如果正常制動(dòng)過(guò)程中，BCU檢測(cè)到列車(chē)出現(xiàn)滑行，TCU響應(yīng)BCU發(fā)出的電制減少百分比值信號(hào)(信號(hào)F)。本車(chē)TCU執(zhí)行的電制動(dòng)力實(shí)際減小值發(fā)給BCU，電制動(dòng)力實(shí)際減小值=信號(hào)E(kN)×信號(hào)F(%)，見(jiàn)圖1。

由上述防滑的原理可知，牽引狀態(tài)決定了防滑功能是否激活，BCU判斷牽引施加的條件為：

自動(dòng)速度控制牽引位CCU_ASC_Traction =1 或手柄牽引位TL_R_Traction=1，并且無(wú)任何制動(dòng)激活，無(wú)任何制動(dòng)激活，是指以下任一制動(dòng)都不激活：

①緊急制動(dòng)UB;

②緊急制動(dòng)EB;

③制動(dòng)手柄級(jí)位>0;

④制動(dòng)手柄處于制動(dòng)位(TL_R_Braking);

只要BCU判斷本車(chē)處于非牽引狀態(tài)，即視為本車(chē)處于制動(dòng)或惰行狀態(tài)，防滑功能就會(huì)激活。

1.3 不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)

不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)功能不論在牽引或非牽引狀態(tài)均會(huì)進(jìn)行檢測(cè)，并且與防滑控制功能相互獨(dú)立。將本車(chē)速度第2高的軸速作為參考速度v2nd，參考速度v2nd與最低軸速vmin的差值同v(v=50+0.3v2nd)進(jìn)行比較，如果差值大于v并持續(xù)10 s，則報(bào)出低速軸的軸抱死故障，不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)邏輯見(jiàn)圖2。

圖2 CRH3A型動(dòng)車(chē)組不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)邏輯圖

2 案例分析

2.1 事件經(jīng)過(guò)與數(shù)據(jù)記錄

CRH3A型動(dòng)車(chē)組在A(yíng)SC模式下正常運(yùn)行，因下雨而發(fā)生滑行，06車(chē)報(bào)軸抱死故障(00車(chē)占用)，未發(fā)生擦輪。

事件過(guò)程如下：

06:39:20時(shí)，00車(chē)牽引電機(jī)M1速度傳感器故障，00車(chē)逆變封鎖，電制動(dòng)失效。

06:58:42時(shí)，06車(chē)牽引電機(jī)M1、M2速度傳感器故障，06車(chē)逆變封鎖，電制動(dòng)失效。

06:58:50時(shí)，06車(chē)報(bào)軸1、軸2抱死。

2.2 數(shù)據(jù)分析

事發(fā)時(shí)天氣為小雨，造成軌道濕滑，隨著運(yùn)行速度的增加，黏著系數(shù)將急劇下降[3]。當(dāng)實(shí)際黏著系數(shù)低于利用的黏著系數(shù)時(shí)，列車(chē)發(fā)生滑行，00車(chē)報(bào)出牽引電機(jī)M1速度傳感器故障，持續(xù)運(yùn)行中由于滑行嚴(yán)重，導(dǎo)致06車(chē)TCU報(bào)牽引電機(jī)M1、M2傳感器故障，BCU報(bào)出軸1、軸2抱死，但根據(jù)CCU數(shù)據(jù)，BCU在報(bào)出軸抱死故障前未報(bào)滑行。

根據(jù)CCU數(shù)據(jù)顯示，06:58:26至06:58:35時(shí)，06車(chē)施加電制動(dòng)；06:58:42至06:58:50時(shí)，列車(chē)的恒速設(shè)定值為194 km/h。

根據(jù)下載的BCU數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)軸抱死故障發(fā)生時(shí)，06車(chē)軸1～軸4速度值分別為29.3 km/h、 40.9 km/h 、122.5 km/h 、131.2 km/h(見(jiàn)圖3)，根據(jù)不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)診斷邏輯，報(bào)出軸1和軸2抱死。

通過(guò)以上分析得出：

06:39:20時(shí)，00車(chē)電制動(dòng)失效，車(chē)組恒速運(yùn)行時(shí)，00車(chē)轉(zhuǎn)為拖車(chē)，06車(chē)轉(zhuǎn)為首個(gè)牽引動(dòng)車(chē)。

圖3 軸抱死故障時(shí)06車(chē)BCU軸1～軸4速度數(shù)據(jù)

06:58:26至06:58:35時(shí)，電制動(dòng)力施加造成06車(chē)速度降低，單車(chē)滑行，而實(shí)際車(chē)速為194 km/h。06車(chē)滑行，1、2軸滑行嚴(yán)重，3、4軸滑行較輕。從而在06:58:42時(shí)，06車(chē)報(bào)牽引電機(jī)M1、M2速度傳感器故障。06:58:50時(shí)，06車(chē)報(bào)軸1、軸2抱死。

2.3 故障結(jié)論

針對(duì)BCU在報(bào)出軸抱死故障前未報(bào)出滑行的問(wèn)題，分析后的結(jié)論如下：

在A(yíng)SC模式下，牽引手柄一直置于牽引位，“牽引位狀態(tài)列車(chē)線(xiàn)TL_R_Traction”信號(hào)一直保持激活狀態(tài)，且BCU未收到任何制動(dòng)指令，此時(shí)BCU判斷本車(chē)處于牽引狀態(tài)。故在A(yíng)SC模式下，即使TCMS發(fā)送制動(dòng)指令給TCU進(jìn)行調(diào)速控制，列車(chē)實(shí)際施加電制動(dòng)的工況下，BCU的滑行檢測(cè)與控制功能始終未激活，進(jìn)而導(dǎo)致列車(chē)在沒(méi)有防滑控制的情況下，軸速滿(mǎn)足了軸抱死檢測(cè)判據(jù)，報(bào)出了軸抱死故障。

3 優(yōu)化方案

通過(guò)上述分析，在A(yíng)SC模式下，若TCU因故障導(dǎo)致防滑功能失效，列車(chē)存在因無(wú)防滑控制而發(fā)生軸抱死的風(fēng)險(xiǎn)。為解決此問(wèn)題，對(duì)CRH3A型動(dòng)車(chē)組進(jìn)行如下優(yōu)化：

在A(yíng)SC模式下，BCU不再考慮來(lái)自牽引手柄的“牽引位狀態(tài)列車(chē)線(xiàn)”信號(hào)；增加“進(jìn)入ASC模式”MVB信號(hào)，當(dāng)“進(jìn)入ASC模式”MVB信號(hào)激活且“ASC模式牽引”信號(hào)未激活時(shí)，BCU判斷本車(chē)處于非牽引狀態(tài)，激活BCU的滑行檢測(cè)與控制功能。

4 結(jié) 論

介紹了CRH3A型動(dòng)車(chē)組ASC模式下防滑控制及不旋轉(zhuǎn)軸檢測(cè)的原理，結(jié)合原理針對(duì)案例分析出造成軸抱死事件的原因，并據(jù)此制定了ASC模式下的防滑優(yōu)化方案，解決了該問(wèn)題，對(duì)其他動(dòng)車(chē)組的防滑設(shè)計(jì)具有借鑒意義。