席艷麗

(西安市軌道交通集團(tuán)有限公司運營分公司 陜西 西安 710016)

目前，我國地鐵裝備市場國產(chǎn)化率偏低，加快關(guān)鍵裝備國產(chǎn)化是城軌交通裝備市場的主要發(fā)展趨勢。西安地鐵為大力支持地鐵車輛關(guān)鍵裝備國產(chǎn)化[1]，在二號線增購車中選取5列進(jìn)行制動系統(tǒng)國產(chǎn)化，由中車青島四方車輛研究所有限公司(以下簡稱“中車四方所”)研發(fā)制造，主要包含制動控制系統(tǒng)、停放控制系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動裝置、防滑系統(tǒng)、空氣懸掛裝置及風(fēng)源系統(tǒng)等。

1 制動系統(tǒng)簡介

西安地鐵二號線增購車制動國產(chǎn)化項目由中車四方所研發(fā)制造?？紤]到需與西安地鐵二號線車輛既有機(jī)械接口、安裝接口及電氣接口相適應(yīng)，中車四方所在既有成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，經(jīng)過適應(yīng)性調(diào)整，完成了本項目的系統(tǒng)設(shè)計。主要包括風(fēng)源系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、停放控制系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動裝置、防滑系統(tǒng)、空氣懸掛裝置及附屬管路等。系統(tǒng)功能主要包含常用制動、快速制動、緊急制動、停放制動、防滑控制、制動不緩解檢測及強(qiáng)迫緩解、強(qiáng)迫供風(fēng)、坡道起動制動、保持制動及故障診斷、故障信息儲存等。

2 國產(chǎn)化制動系統(tǒng)重點故障含義

(1)制動不緩解(NRBD)。緩解指令時，制動壓力無法降到規(guī)定值以下，導(dǎo)致牽引切除，列車無法動車。主要是因充、排氣閥故障(空簧壓力、制動壓力未達(dá)到緊急制動壓力理論值)、緊急閥故障(空簧壓力、制動壓力達(dá)到緊急制動壓力理論值)、中繼閥故障(空簧壓力已降為0，但制動壓力未緩解)、EBCU中CB01A電路板故障導(dǎo)致。

(2)制動力不足(IBD)。下達(dá)最大常用和快速制動指令時，制動(BC)壓力達(dá)不到規(guī)定值以上的壓力，導(dǎo)致故障車自動施加緊急制動。產(chǎn)生該故障的原因主要有進(jìn)入制動控制柜總風(fēng)不足、充排氣閥故障、中繼閥故障等。

(3)常用制動控制閥異常(MCVF)。指令與反饋值不一致，導(dǎo)致不能進(jìn)行常用制動控制。產(chǎn)生的原因主要有制動控制裝置中電空轉(zhuǎn)換閥可能存在短路或斷路故障、發(fā)生制動力不足故障或制動不緩解故障、EBCU中制動板(簡稱CB01A)電路板故障。

3 典型故障分析及整改方案

通過統(tǒng)計分析，2016年1月至2019年8月期間，西安地鐵制動國產(chǎn)化車輛共發(fā)現(xiàn)故障44件：日常檢修發(fā)現(xiàn)故障25件，車輛調(diào)試發(fā)現(xiàn)故障13件，正線反饋故障6件，其中：典型故障為制動電源板失效、制動不緩解、正線多次列車停車位置未達(dá)到運營停車點(以下簡稱“欠標(biāo)”)，故障嚴(yán)重影響地鐵車輛的運行安全，故結(jié)合現(xiàn)場運用情況對這些故障進(jìn)行了深入分析[2-3]。

3.1 制動電源板失效

3.1.1故障描述

制動國產(chǎn)化車輛發(fā)生制動電源板失效2起，導(dǎo)致車輛制動裝置電源切斷。通過分析為共性問題。

3.1.2原因分析

上電瞬間，制動系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)就呈現(xiàn)出異常，此數(shù)據(jù)異常是由于各部件所需電源發(fā)生異常導(dǎo)致。

現(xiàn)場拆解檢查后，發(fā)現(xiàn)制動控制裝置電源板異常，電源板如圖1所示，后端起保護(hù)作用的TVS管損壞，前端保險絲呈斷路狀態(tài)。黑色物質(zhì)為高溫下氣化后的電路板表層絕緣漆冷凝物。

圖1 電源板燒損

(1)使用此電源模塊的外圍設(shè)備(防滑閥、速度傳感器、充排氣電磁閥)均發(fā)生短路情況。

(2)上電瞬間外部輸入電流過大。電路板中起保護(hù)作用的保險絲呈斷路狀態(tài)，一般是由于輸入電流過大，導(dǎo)致保險絲熔化斷開。在保險絲之后的TVS管，由于是浪涌保護(hù)器件中響應(yīng)時間最快的保護(hù)元器件，所以在保險絲未斷開前先起到保護(hù)作用而損壞。在電流過大后，TVS管會因高溫?fù)p壞。

(3)TVS管元件內(nèi)在失效，因電器元器件存在偶然的內(nèi)部質(zhì)量因素，如TVS管內(nèi)部焊料不均勻、產(chǎn)品自身質(zhì)量等因素，導(dǎo)致此TVS管使用壽命大大縮短，發(fā)生短路。

3.1.3整改措施

(1)對TVS管元件進(jìn)行分析，優(yōu)化制動電源板生產(chǎn)工藝，對制動電源板進(jìn)一步改善耐壓處理電路，批量更換后跟蹤效果良好。

(2)作為運用單位，一方面針對類似故障要結(jié)合制動原理編制故障處理指南，提高正線處置效率；另一方面要儲備足夠的備品備件，滿足現(xiàn)場需求。

3.2 制動不緩解

3.2.1故障檢測原理

常用制動時，制動控制裝置中氣動制動控制單元PBCU根據(jù)電子制動控制單元EBCU傳來的電信號，通過EP模塊將來自制動儲風(fēng)缸的壓縮空氣轉(zhuǎn)換成與電信號相對應(yīng)的預(yù)控壓力，然后預(yù)控壓力經(jīng)緊急閥(常用制動時相當(dāng)于通路)到達(dá)空重車調(diào)整閥(常用制動時相當(dāng)于通路)，從空重車調(diào)整閥出來的預(yù)控壓力到中繼閥，打開中繼閥中制動儲風(fēng)缸與制動風(fēng)缸的通路，最后使得制動缸獲得符合制動力要求的壓力。如圖2所示。

圖2 故障檢測原理圖

同樣，電子制動控制單元EBCU發(fā)出緩解指令時，制動控制裝置中EP模塊的排氣電磁閥打開，充氣電磁閥關(guān)閉，預(yù)控壓力經(jīng)排氣電磁閥排出，中繼閥膜板移動，切斷制動儲風(fēng)缸與制動缸通路，打開制動缸與大氣的通路，制動缸壓縮空氣排出。當(dāng)排氣電磁閥不動作時，會造成預(yù)控壓力無法通過排氣閥排出，導(dǎo)致制動不緩解。

發(fā)生制動不緩解故障時，即閥芯在復(fù)位彈簧的作用下未往上運動，原因有兩點，一是復(fù)位彈簧失效，二是閥芯卡滯，造成卡滯的原因為閥內(nèi)存在雜質(zhì)或者閥本身存在質(zhì)量問題。

3.2.2原因分析

根據(jù)國產(chǎn)化制動系統(tǒng)特點和原理，造成單車制動不緩解故障的主要原因如下：(1)充排氣電磁閥故障；(2)充氣電磁閥故障連接器短路或開路故障；(3)CB01A電路板故障。

3.2.3故障排查

(1)根據(jù)制動裝置制動不緩解的原理：制動指令為緩解時，5 s后BC壓力值無法下降至80 kPa以下，則會報制動裝置制動不緩解故障。結(jié)合CF卡數(shù)據(jù)，每次制動不緩解故障發(fā)生時均滿足該條件。

(2)列車回庫后，故障已恢復(fù)，進(jìn)行制動施加緩解試驗，故障不再重現(xiàn)，打開制動控制箱，EBCU顯示9999(表示制動系統(tǒng)無故障)，排除CB01A電路板故障。

(3)檢查全列充排氣電磁閥及連接器，發(fā)現(xiàn)排氣電磁閥電氣插口處存在銹跡且沒有安裝過濾網(wǎng)。

3.2.4整改措施

通過分析，原充排氣電磁閥(MAC閥)存在一定的缺陷，后經(jīng)中車四方所研究分析，統(tǒng)一更換為NASS閥，從更換后的效果來看，目前未再發(fā)生類似故障。兩者和外形對比如表1、圖3所示。

表1 MAC閥與NASS閥參數(shù)對比

圖3 MAC閥與NASS閥外形對比

關(guān)于NASS電磁閥，北京縱橫機(jī)電(鐵科院)在動車組及車控制動系統(tǒng)中一直批量使用該型號的電磁閥，且克諾爾、諾冠等知名系統(tǒng)/產(chǎn)品生產(chǎn)廠家也批量使用該品牌同系列/同型號電磁閥，運用情況良好。與MAC電磁閥相比，兩者接口不一致，通徑大小也不一致，換裝該型號電磁閥，需要整體更換EP模塊和連接器，并且控制程序需要適應(yīng)性更新。

對5列制動國產(chǎn)化車輛刷新匹配的控制程序，增加出現(xiàn)故障時充排氣電磁閥多次動作功能。程序刷新后列車通電并進(jìn)行制動功能測試及制動不緩解功能測試。一是施加各級常用制動及緊急制動，確認(rèn)制動缸壓力符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，且響應(yīng)過程中無延遲、波動等異?，F(xiàn)象。二是施加停放制動，將司控器手柄處于緩解位，按下司機(jī)臺緊急制動按鈕，待壓力穩(wěn)定后，拔下任一換裝新充排氣電磁閥的制動控制裝置內(nèi)緊急電磁閥的插頭，再執(zhí)行緊急制動緩解操作，8 s后在司機(jī)室顯示器上觀察是否有制動不緩解提示；觀察單車監(jiān)控軟件中排氣電磁閥的動作曲線，確認(rèn)程序是否增加了制動不緩解時排氣電磁閥進(jìn)行多次動作的功能。

3.3 正線多次發(fā)生欠標(biāo)

3.3.1故障描述

2017年9月1日至9月27日期間，制動國產(chǎn)化車輛先后發(fā)生15次欠標(biāo)。

3.3.2原因分析

通過讀取的監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，列車發(fā)生欠標(biāo)時2車的部分制動曲線確實出現(xiàn)異常，該部分實際制動缸壓力沒有跟隨目標(biāo)值的變化而調(diào)整，而5車制動缸壓力跟隨目標(biāo)值的變化而調(diào)整。

經(jīng)過對比，異常曲線只在2車上出現(xiàn)，其他車輛制動曲線正常。結(jié)合制動系統(tǒng)原理和現(xiàn)場運用情況，初步判斷該問題主要是由于制動控制裝置內(nèi)中繼閥異常(卡滯或者內(nèi)部存在異物)導(dǎo)致，現(xiàn)場更換故障件，返廠對故障中繼閥進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)中繼閥內(nèi)預(yù)控腔縮堵脫落,如圖4所示。

圖4 中繼閥內(nèi)預(yù)控腔縮堵脫落

此處縮堵為閥內(nèi)制動缸壓力腔縮堵，可以在中繼閥充排氣過程中輔助控制制動缸壓力腔的氣流速度，縮堵松動后會掉入中繼閥排氣口附近，并且受氣流沖擊而在閥內(nèi)小范圍移動時有一定的概率會影響閥芯動作，因此出現(xiàn)了中繼閥偶爾無法響應(yīng)的現(xiàn)象。

3.3.3整改措施

經(jīng)分析，此處所用縮堵螺紋為直管螺紋，且外形為筒形，在頻繁的氣流沖擊下存在松動的隱患。將原裝縮堵更換為帽型結(jié)構(gòu)后可避免此處縮堵向閥內(nèi)脫落的風(fēng)險。

由于更換縮堵過程涉及中繼閥的拆解、組裝和試驗，因此已裝車的中繼閥需返廠更換縮堵。

4 結(jié)束語

西安地鐵2號線制動國產(chǎn)化列車自運營以來，發(fā)生多起制動系統(tǒng)典型故障，文中經(jīng)過調(diào)查分析，提出了有效的解決方案，經(jīng)實際應(yīng)用驗證效果顯著，提高了制動系統(tǒng)可靠性，保證了地鐵車輛平安運營，可以從現(xiàn)場運用的角度為同行業(yè)提供參考依據(jù)。