盧劍鴻

(西安市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司 陜西 西安 710016)

0 引言

地鐵車輛在日常運(yùn)行過程中，因車輛故障或其他原因造成的列車救援是不可避免的，在救援過程中一般存在兩種風(fēng)險(xiǎn)：第一種發(fā)生在救援車與被救援車的連掛過程中；第二種是被救援車發(fā)生抱閘動(dòng)車的問題。本文結(jié)合西安地鐵車輛的實(shí)際情況，對(duì)如何保證列車的正常連掛和制動(dòng)切除進(jìn)行了研究分析，提出了一些針對(duì)性措施。

目前，西安地鐵1、2、3、4號(hào)線均采用B2型地鐵電動(dòng)客車(車體長(zhǎng)度為19 000 mm、寬度為2 800 mm、高度為3 800 mm)，其中1、3號(hào)線由中車大連機(jī)車車輛有限公司生產(chǎn)制造，2、4號(hào)線由中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司生產(chǎn)制造。列車頭尾兩端車鉤均采用的是中車青島四方車輛研究所有限公司制造的半自動(dòng)鉤緩裝置，其作用是保證列車之間的自動(dòng)機(jī)械連接、自動(dòng)風(fēng)路連接和手動(dòng)機(jī)械分解及自動(dòng)風(fēng)路分解。

1 列車曲線連掛及通過研究

正常情況下列車可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連掛，若列車連掛區(qū)域正好處在曲線上，將會(huì)對(duì)半自動(dòng)鉤緩裝置自動(dòng)連掛，對(duì)列車順利通過曲線產(chǎn)生一定影響，下面結(jié)合西安地鐵線路特點(diǎn)和車輛尺寸，對(duì)列車曲線連掛和通過進(jìn)行計(jì)算分析[1]。

1.1 計(jì)算條件

1.1.1線路參數(shù)

最小平面曲線半徑：區(qū)間正線一般為400 m、困難地段為350 m，車場(chǎng)線一般為150 m，輔助線一般為200 m，困難地段為150 m。

最小豎曲線半徑：正線區(qū)間一般為5 000 m，困難地段為3 000 m，車場(chǎng)線、折返線為2 000 m。

1.1.2電動(dòng)客車的相關(guān)參數(shù)

車輛長(zhǎng)度(車鉤連接面之間長(zhǎng)度)：Tc車(帶司機(jī)室的拖車)為20 140 mm，Mp車(帶受電弓的動(dòng)車)為19 520 mm，M車(動(dòng)車)為19 520 mm，列車長(zhǎng)度(6輛編組)為118 360 mm；車輛最大寬度為2 800 mm，轉(zhuǎn)向架中心距為12 600 mm，轉(zhuǎn)向架固定軸距為2 200 mm。

車鉤的相關(guān)參數(shù)：頭車半自動(dòng)車鉤連掛面到回轉(zhuǎn)中心距離為1 460 mm，頭車半自動(dòng)車鉤回轉(zhuǎn)中心到安裝底面的距離為210 mm，頭車半自動(dòng)車鉤回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)最大主動(dòng)對(duì)中角為±15°，頭車半自動(dòng)車鉤回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)最大垂直轉(zhuǎn)角為±6°，機(jī)械車鉤水平連掛范圍±170 mm，機(jī)械車鉤垂直連掛范圍±90 mm。

1.2 模擬計(jì)算

通過采用SolidWorks軟件繪制線路與車輛模擬圖進(jìn)行計(jì)算，模擬車輛在曲線上的狀態(tài)，查看車鉤連掛時(shí)的角度及兩側(cè)車鉤縱向中心面距離，從而得出列車能否連掛并通過曲線的結(jié)論。

模擬連掛選擇在出入段線的最小曲線半徑上進(jìn)行，出入段線最小半徑為150 m，可分為R150 m定圓、R150 m圓與直線相切、S型(R150 m)曲線3種工況。

1.2.1在R150 m定圓上連掛情況

如圖1所示，兩側(cè)車鉤轉(zhuǎn)動(dòng)角度均為3.87°，小于車鉤允許的最大水平擺角(15°)，說明車鉤連掛時(shí)不會(huì)與車體相干涉，列車可以順利通過此種曲線線路。

圖1 R150 m定圓連掛情況

在連掛前，車鉤與車體保持在一條直線上，兩車鉤都同時(shí)向曲線的外側(cè)偏轉(zhuǎn)，由于同步偏轉(zhuǎn)，故兩車鉤總是在連掛范圍內(nèi)。

假定兩個(gè)待連掛的車鉤中，由于某種原因，在連掛前其中一個(gè)車鉤相對(duì)車體中心線已經(jīng)水平偏轉(zhuǎn)了3.87°，經(jīng)計(jì)算，該車鉤連掛面中心點(diǎn)偏移量為98.5 mm，該偏移量小于車鉤的最大水平偏移量170 mm，完全能夠?qū)崿F(xiàn)連掛。

1.2.2在R150 m圓與直線相切上連掛情況

如圖2所示，一側(cè)車鉤轉(zhuǎn)動(dòng)角度為2.18°，另一側(cè)車鉤轉(zhuǎn)動(dòng)角度為6.05°，小于車鉤允許的最大水平擺角(15°)，說明車鉤連掛時(shí)不會(huì)與車體相干涉，列車可以順利通過此種曲線線路。

兩側(cè)車鉤縱向中心面距離為209.76 mm，大于車鉤允許的最大主動(dòng)對(duì)中范圍170 mm，說明兩側(cè)車鉤不能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)連掛，可以手動(dòng)完成連掛。

圖2 R150 m圓與直線相切連掛情況

1.2.3在S型曲線(R150 m)上連掛情況

如圖3所示，兩側(cè)車鉤轉(zhuǎn)動(dòng)角度均為8.23°，小于車鉤允許的最大水平擺角(15°)，說明車鉤連掛時(shí)不會(huì)與車體相干涉，列車可以順利通過此種曲線線路。

兩側(cè)車鉤縱向中心面距離為419.10 mm，大于車鉤允許的最大主動(dòng)對(duì)中范圍(170 mm)，說明兩側(cè)車鉤不能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)連掛，可以手動(dòng)完成連掛。

圖3 S型(R150 m)曲線連掛情況

1.3 結(jié)論

經(jīng)過計(jì)算，說明西安地鐵列車半自動(dòng)車鉤的連掛范圍能夠順利通過R150 m曲線；連掛范圍能夠保證在R150 m的定圓上兩列車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連掛，在R150 m圓與直線相切上和S型曲線(R150 m)上需要在外界作用下進(jìn)行連掛。

2 列車救援制動(dòng)相關(guān)問題研究

西安地鐵1號(hào)線、2號(hào)線增購車、3號(hào)線、4號(hào)線車輛的制動(dòng)截?cái)嗳T布置在車廂內(nèi)部，列車發(fā)生故障需要連掛救援時(shí)，司機(jī)可直接在車上操作制動(dòng)截?cái)嗳T緩解制動(dòng)，節(jié)省救援時(shí)間。但在車上操作制動(dòng)截?cái)嗳T，無法準(zhǔn)確判斷閘瓦與踏面脫離情況，存在抱閘動(dòng)車的風(fēng)險(xiǎn)，下面對(duì)車上操作制動(dòng)截?cái)嗳T的可實(shí)施性進(jìn)行測(cè)試及驗(yàn)證；同時(shí)對(duì)救援動(dòng)車過程中，被救援車停放制動(dòng)是否存在異常施加的情況進(jìn)行了研究[2]。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法

現(xiàn)場(chǎng)切除車上制動(dòng)截?cái)嗳T，確認(rèn)是否可以通過司機(jī)臺(tái)顯示(壓力表或狀態(tài)指示燈)及列車監(jiān)控信息判斷列車制動(dòng)已緩解，避免司機(jī)下車操作，影響救援效率。

通過人工對(duì)踏面制動(dòng)單元停放制動(dòng)缸風(fēng)壓進(jìn)行排風(fēng)的方式，模擬被救援車在救援動(dòng)車過程中出現(xiàn)停放制動(dòng)異常施加的工況，驗(yàn)證是否存在停放制動(dòng)施加的可能性。

模擬被救援車主風(fēng)壓泄漏，確認(rèn)主風(fēng)壓力降低對(duì)救援車的影響，對(duì)被救援車停放制動(dòng)的影響。然后接通兩列車主風(fēng)壓管路，通過救援車為被救援車提供風(fēng)源，最大化地避免停放制動(dòng)異常施加情況的發(fā)生。

2.2 試驗(yàn)情況

結(jié)合西安地鐵列車制動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)，其中1號(hào)線、3號(hào)線、4號(hào)線車輛制動(dòng)系統(tǒng)均采用的是德國克諾爾(KNORR)公司生產(chǎn)的EP2002制動(dòng)控制系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果如下：

(1)制動(dòng)截?cái)嗳T切除工況下，列車監(jiān)控信息能夠準(zhǔn)確顯示每節(jié)車常用制動(dòng)(BC)和停放制動(dòng)(PB)壓力值，司機(jī)可通過該兩組數(shù)據(jù)對(duì)車輛制動(dòng)緩解狀態(tài)進(jìn)行判斷，如圖4中“BC壓1”和“BC壓2”均顯示為0。

(2)制動(dòng)截?cái)嗳T切除，閘瓦、輪對(duì)踏面脫開狀態(tài)下，將單車停放制動(dòng)缸風(fēng)壓由8.6 bar降至3.4 bar時(shí)，閘瓦有抱閘動(dòng)作，說明列車救援過程中存在停放制動(dòng)異常施加的風(fēng)險(xiǎn)，且施加氣壓下限值約為3.4 bar(見圖4)，PB氣壓低于該值時(shí)車輛將施加制動(dòng)力，不能再動(dòng)車。

圖4 制動(dòng)風(fēng)壓監(jiān)控信息

(3)降低被救援車主風(fēng)壓力，對(duì)停放制動(dòng)風(fēng)壓變化情況進(jìn)行確認(rèn)。由于車輛在主風(fēng)管和停放管路之間設(shè)置單向閥，主風(fēng)壓力的驟降對(duì)停放管路的影響較小；此外，停放管路由于自身供風(fēng)不足，存在一定的降幅。將兩列車風(fēng)源聯(lián)掛接通后，救援車空壓機(jī)啟動(dòng)，隨著被救援車主風(fēng)恢復(fù)的同時(shí)，停放制動(dòng)風(fēng)壓得到了補(bǔ)充，恢復(fù)停放制動(dòng)緩解狀態(tài)。

西安地鐵2號(hào)線增購車制動(dòng)系統(tǒng)采用的是日本納博特斯克(Nabtesco)公司生產(chǎn)的HRA型電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果如下：

(1)制動(dòng)截?cái)嗳T切除工況下，通過列車監(jiān)控信息上的BC塞門狀態(tài)信息(均為“OFF”)和總風(fēng)壓力，完全可以判斷車輛制動(dòng)緩解狀態(tài)，如圖5所示，無須下車底確認(rèn)閘瓦、踏面脫離情況。

圖5 制動(dòng)截?cái)嗳T和總風(fēng)壓狀態(tài)信息

(2)在車輛停放制動(dòng)處于緩解狀態(tài)，制動(dòng)截?cái)嗳T切除閘瓦脫開工況下，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)整列車停放制動(dòng)缸風(fēng)排出(模擬被救援車主風(fēng)泄漏)后，輪對(duì)閘瓦無抱閘動(dòng)作，說明車輛常用制動(dòng)被切除后，停放制動(dòng)不會(huì)因主風(fēng)壓降低而出現(xiàn)施加現(xiàn)象，故列車運(yùn)行中不存在停放制動(dòng)異常施加的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

西安地鐵1號(hào)線、2號(hào)線增購車、3號(hào)線、4號(hào)線車輛發(fā)生故障后，需要連掛救援時(shí)，可直接在列車車廂內(nèi)部操作制動(dòng)截?cái)嗳T緩解制動(dòng)，無須下車底確認(rèn)閘瓦狀態(tài)和操作停放制動(dòng)拉環(huán)，但須注意以下事項(xiàng)。

(1)列車因故障需要救援時(shí)，司機(jī)在切制動(dòng)截?cái)嗳T前，必須在監(jiān)控信息中確認(rèn)列車停放制動(dòng)處于緩解狀態(tài)及其總風(fēng)壓力；切制動(dòng)截?cái)嗳T后，要確認(rèn)制動(dòng)壓力為零或制動(dòng)截?cái)嗳T狀態(tài)為OFF，否則存在抱閘動(dòng)車的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)為避免1號(hào)線、3號(hào)線、4號(hào)線車輛停放制動(dòng)異常施加，救援動(dòng)車過程中司機(jī)需通過列車監(jiān)控信息關(guān)注PB壓力狀態(tài)。根據(jù)多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，結(jié)合PB壓力理論值，同時(shí)考慮踏面制動(dòng)單元機(jī)械特性偏差余量，為確保安全，如被救援車司機(jī)發(fā)現(xiàn)PB壓力值下降至4.5 bar時(shí)，須立即聯(lián)系救援車司機(jī)停車，到對(duì)應(yīng)車車下操作停放制動(dòng)手動(dòng)緩解拉環(huán)，緩解該車轉(zhuǎn)向架停放制動(dòng)；此外，在救援過程中應(yīng)保證兩列車風(fēng)源接通，保證被救援車主風(fēng)管路、停放制動(dòng)管路供風(fēng)的連續(xù)性，避免行車過程中停放制動(dòng)異常施加情況的發(fā)生。

(3)通過試驗(yàn)，2號(hào)線增購車在救援過程中，如出現(xiàn)被救援車發(fā)生風(fēng)源泄漏導(dǎo)致救援車風(fēng)壓被拉低的情況時(shí)，司機(jī)應(yīng)立即停車，下車關(guān)閉救援車和被救援車之間的氣路塞門，截?cái)嘀黠L(fēng)氣路。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合西安地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，對(duì)地鐵車輛發(fā)生故障后，需要連掛救援時(shí)的相關(guān)問題進(jìn)行了研究分析，提出了一些針對(duì)性的建議及措施。通過計(jì)算分析，列車在線路曲線半徑較小的區(qū)域連掛時(shí)，如在R150 m圓與直線相切處和S型曲線(R150 m)處，車鉤無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連掛，需借助外力，因此作為運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)提前考慮，準(zhǔn)備專用工具，以備不時(shí)之需。此外，本文根據(jù)西安地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)原理，對(duì)不同制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，對(duì)救援過程中抱閘動(dòng)車會(huì)出現(xiàn)的可能性進(jìn)行了總結(jié)歸納，提高列車故障情況下的救援效率，做到最大程度減少損失，降低事件影響。