王強(qiáng)

摘要：地鐵列車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)在列車(chē)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中具有非常重要的作用，緊急制動(dòng)由列車(chē)的緊急制動(dòng)環(huán)路失電觸發(fā)，并最終由空氣制動(dòng)基礎(chǔ)裝置執(zhí)行，是通過(guò)一個(gè)安全回路控制的純空氣制動(dòng)模式，是列車(chē)運(yùn)行安全導(dǎo)向保證中最重要的環(huán)節(jié)。論文著重介紹杭州地鐵1號(hào)線地鐵車(chē)輛緊急制動(dòng)氣路和電路控制原理以及列車(chē)動(dòng)調(diào)的試驗(yàn)步驟，然后通過(guò)西門(mén)子SIBAS軟件采集的數(shù)據(jù)，試車(chē)線軌道狀況及車(chē)輛閘瓦等因素來(lái)分析列車(chē)減速度，緊急制動(dòng)距離等指標(biāo)并重點(diǎn)分析引起列車(chē)緊急制動(dòng)距離超標(biāo)的原因。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)輛，緊急制動(dòng)距離，減速度，閘瓦

一 背景

目前國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的城市發(fā)展軌道交通來(lái)解決日益擁堵的交通壓力，其地鐵車(chē)輛的制動(dòng)系統(tǒng)多采用由德國(guó)克諾爾公司提供的EP2002型制動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以轉(zhuǎn)向架為單位的“架控式”制動(dòng)控制系統(tǒng)，內(nèi)設(shè)監(jiān)控終端，具有自診斷和故障記錄功能，它能在司機(jī)控制器或ATO的控制下對(duì)列車(chē)進(jìn)行階段或一次性的制動(dòng)與緩解。在正常制動(dòng)過(guò)程中，電制動(dòng)和空氣制動(dòng)在列車(chē)級(jí)隨時(shí)協(xié)調(diào)配合以滿足制動(dòng)指令的要求，并且優(yōu)先采用電制動(dòng)，電制動(dòng)包括電阻制動(dòng)和再生制動(dòng).如果電制動(dòng)不能滿足總制動(dòng)力的需求，由空氣制動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)充，并且優(yōu)先補(bǔ)充拖車(chē)的空氣制動(dòng)。

空氣制動(dòng)的典型就是緊急制動(dòng)，為保證列車(chē)運(yùn)行安全而設(shè)有緊急制動(dòng)，緊急制動(dòng)由列車(chē)的緊急制動(dòng)環(huán)路失電觸發(fā)，當(dāng)緊急制動(dòng)環(huán)路斷開(kāi)導(dǎo)致緊急電磁閥失電時(shí)施加緊急制動(dòng)，并最終由空氣制動(dòng)基礎(chǔ)裝置執(zhí)行，是通過(guò)一個(gè)安全回路控制的純空氣制動(dòng)模式，是列車(chē)運(yùn)行安全保證中最重要的環(huán)節(jié)。

二 電制動(dòng)原理

司控器由角度傳感器對(duì)應(yīng)牽引180度，制動(dòng)0度，經(jīng)司控器內(nèi)編碼器對(duì)應(yīng)4mA-20mA電流送至車(chē)載譯碼器，經(jīng)解調(diào)譯碼成PWM對(duì)10%-90%占空比，最終對(duì)應(yīng)出司控器手柄在惰性位輸出電壓值DC2.4V，在常用制動(dòng)位DC-18V，在快速制動(dòng)位DC-22V，及全牽引位DC22V，車(chē)輛在牽引過(guò)程中，牽引器接收到由司控器發(fā)出的牽引信號(hào)，電機(jī)定子繞組通入三相對(duì)稱(chēng)交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電流，在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用會(huì)產(chǎn)生電磁力F，形成電磁轉(zhuǎn)矩T，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)n。>n1定子轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，車(chē)輛在制動(dòng)時(shí)，牽引器收到由司控器手柄輸出的制動(dòng)信號(hào)，經(jīng)牽引器內(nèi)VVVF調(diào)頻調(diào)壓裝置改變電機(jī)定子頻率，進(jìn)行調(diào)速，（根據(jù)公式n。=60f/P）但車(chē)輛由于慣性原因速度不會(huì)立刻就降下來(lái)，此時(shí)n。〈n1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，利用列車(chē)的慣性由輪對(duì)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而發(fā)電，（右手定則），轉(zhuǎn)子有電流流過(guò)，在定子的磁場(chǎng)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反轉(zhuǎn)力矩，（左手定則），消耗列車(chē)的動(dòng)能，達(dá)到產(chǎn)生制動(dòng)作用的目的，而電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電流一部分返回到接觸網(wǎng)經(jīng)能量吸收裝置被再次利用，一部分通過(guò)制動(dòng)電阻器，采用通風(fēng)散熱將熱量消散于大氣。

三 空氣制動(dòng)原理

（1）緊急制動(dòng)氣路原理

制動(dòng)供氣風(fēng)缸BSR壓力進(jìn)入氣動(dòng)閥單元PVU，并被分為兩條單獨(dú)的線。第一條較粗的線將空氣供應(yīng)給一次調(diào)節(jié)階段。此階段主要為中繼閥根據(jù)控制壓力將 BSR 壓力下調(diào)到一個(gè)中間壓力。該控制壓力來(lái)自 BSR 的第二條線，并在稱(chēng)重電子裝置硬件的控制之下經(jīng)過(guò)了一套 EP 閥的調(diào)節(jié)?？刂茐毫νㄟ^(guò)二次調(diào)節(jié)器而被限制在一定的數(shù)值以內(nèi)。該數(shù)值即是能夠在一次調(diào)節(jié)器輸出情況下提供滿載緊急制動(dòng)壓力的數(shù)值。這就保證了制動(dòng)缸不會(huì)供給一個(gè)大于緊滿載緊急制動(dòng)壓力值。

壓力空氣經(jīng)過(guò)一次調(diào)節(jié)器后，分別供給軸1和軸2。每路供氣都通過(guò)常用制動(dòng)SB/WSP EP 閥，之后進(jìn)入制動(dòng)缸。在緊急制動(dòng)情況下，這些 EP 閥處于非啟動(dòng)狀態(tài)，使得一次調(diào)節(jié)器輸出階段中提供的 EB 壓力具有一個(gè)無(wú)限制的路徑。這些閥門(mén)的狀態(tài)采用電子硬件連續(xù)監(jiān)視，防止過(guò)度的 WSP 保持或放氣操作影響 EB 的性能。每根軸通過(guò)鏈接EP閥實(shí)現(xiàn)氣路連接，而鏈接 EP 閥通常對(duì)緊急制動(dòng)和常用制動(dòng)氣流都是敞開(kāi)的。當(dāng)一根軸的 EP 閥失靈時(shí)，此閥使得兩根軸的制動(dòng)缸由一根軸的氣源供氣。所有的 EP 閥都是由控制電子裝置控制的。

一次調(diào)節(jié)階段需要進(jìn)行稱(chēng)重調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，控制電子裝置將會(huì)測(cè)量提供給PVU的空氣懸掛系統(tǒng)壓力，然后通過(guò)稱(chēng)重 EP 閥的運(yùn)行將適當(dāng)?shù)目刂茐毫μ峁┙o一次調(diào)節(jié)器。ASP壓力和控制壓力之間的關(guān)系儲(chǔ)存在PAL裝置中，正是這種邏輯控制著EP閥。

列車(chē)緊急制動(dòng)通過(guò)EP2002內(nèi)運(yùn)行（如圖1）后由基礎(chǔ)制動(dòng)裝置完成如圖2。

列車(chē)緊急制動(dòng)功能采用硬線控制，在制動(dòng)控制單元上裝備了由列車(chē)安全環(huán)路硬線控制的緊急制動(dòng)部分。若列車(chē)安全環(huán)線斷開(kāi)，產(chǎn)生緊急制動(dòng)。總體上緊急制動(dòng)采用執(zhí)行電路和控制電路分開(kāi)設(shè)計(jì)：

（1）控制電路：

當(dāng)列車(chē)出現(xiàn)以下情況時(shí)，控制電路將失電，從而導(dǎo)致緊急制動(dòng)接觸器失電。緊急制動(dòng)通過(guò)常帶電的緊急制動(dòng)環(huán)路的得失電來(lái)控制的，緊急制動(dòng)是純空氣制動(dòng)。

在下列任何一種情況下都將施加緊急制動(dòng)：

非 ATO 模式下，未按下司機(jī)室中的警惕裝置超過(guò)3s;

按下司機(jī)室臺(tái)上緊急制動(dòng)按鈕;

列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，方向手柄到 0 位;

列車(chē)分離（在聯(lián)掛或者解掛過(guò)程中，施加緊急制動(dòng);在正常運(yùn)行時(shí)列車(chē)脫鉤施加緊急制動(dòng)）;

總風(fēng)欠壓（總風(fēng)缸壓力低于 5.5bar 施加緊急制動(dòng)，高于7bar 時(shí)緩解）;

緊急制動(dòng)電氣列車(chē)線環(huán)路中斷或失電（緊急環(huán)路硬線中斷）;

DC110V 控制電源失電;

ATP 系統(tǒng)發(fā)出緊急制動(dòng)指令：

超速（超過(guò) 88km/h 時(shí)施加緊急制動(dòng)，速度值待定）;

后溜（列車(chē)施加保持制動(dòng)后，向后運(yùn)行 5m）;

進(jìn)入錯(cuò)誤的運(yùn)行區(qū)間（反向運(yùn)行、同一安全區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)兩輛列車(chē)等）;

兩個(gè)車(chē)載 ATP 故障;

VCU 發(fā)出緊急制動(dòng)指令;

超速（當(dāng)列車(chē)速度超過(guò)83km/h 時(shí)，發(fā)出警報(bào);超過(guò)85km/h 時(shí)，列車(chē)惰行;超過(guò)86km/h時(shí)，施加常用制動(dòng);超過(guò)88km/h 時(shí)施加緊急制動(dòng)）;

列車(chē)運(yùn)行時(shí)方向手柄過(guò) 0 位;

沒(méi)有激活司機(jī)室;

制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力施加不足;

主風(fēng)缸壓力低;

檢測(cè)到緊急制動(dòng)環(huán)路斷電;

緊急操作開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

（2）執(zhí)行電路：

緊急制動(dòng)列車(chē)線低電平信號(hào)給GV 閥和SV 閥將觸發(fā)緊急制動(dòng)。

緊急制動(dòng)功能可以擴(kuò)展到救援模式下的故障列車(chē)，救援時(shí)在救援列車(chē)和被救援列車(chē)的任何一個(gè)司機(jī)室都可以觸發(fā)緊急制動(dòng)。

在緊急制動(dòng)過(guò)程中，不受沖擊極限（0.75m/S3）的限制。WSP 功能在緊急制動(dòng)過(guò)程中仍然有效。

緊急制動(dòng)的施加是不可逆的，僅當(dāng)所有緊急制動(dòng)觸發(fā)條件都消失，列車(chē)到達(dá)零速，且牽引桿拉到快速制動(dòng)位時(shí)，緊急制動(dòng)自動(dòng)緩解。

在司機(jī)臺(tái)上設(shè)置一個(gè)緊急制動(dòng)測(cè)試按鈕，在列車(chē)零速時(shí)，可以旁路警惕按鈕;另外緊急制動(dòng)測(cè)試按鈕可以用作測(cè)試緊急制動(dòng)，零速時(shí)，按下此按鈕超過(guò)一段時(shí)間，列車(chē)將產(chǎn)生緊急制動(dòng)。

四 典型故障及分析

1.蘇州三號(hào)線03列車(chē)在動(dòng)調(diào)過(guò)程中，動(dòng)調(diào)前期所有數(shù)據(jù)一切正常，車(chē)輛沒(méi)報(bào)故障，但當(dāng)做80km/h快速制動(dòng)和80km/h常用制動(dòng)時(shí)，DDU界面會(huì)跳出0304車(chē)制動(dòng)電阻超溫故障，且0304車(chē)高速斷路器會(huì)跳開(kāi)，0304車(chē)牽引器報(bào)故障，開(kāi)始以為車(chē)輛運(yùn)行時(shí)間久了，車(chē)輛在不停的施加電制動(dòng)，而變電所能量吸收裝置未開(kāi)啟，（正常情況能量吸收裝置不開(kāi)啟），能量全被制動(dòng)電阻吸收，制動(dòng)電阻溫度太高起了保護(hù)作用，造成牽引器高速斷路器跳閘，然后我們把車(chē)輛休眠，重新喚醒啟動(dòng)，再次按下合高段按鈕，四個(gè)動(dòng)車(chē)牽引器高速斷路器重新閉合，于是再次進(jìn)行80km/h制動(dòng)試驗(yàn)，當(dāng)車(chē)輛速度達(dá)到80km/h時(shí)將司控手柄拉到快速制動(dòng)位，此時(shí)0304車(chē)又報(bào)了同樣的故障，之后我們把車(chē)子低速開(kāi)回停車(chē)區(qū)域和牽引供應(yīng)商針對(duì)0304車(chē)進(jìn)行檢查，用專(zhuān)用測(cè)溫儀發(fā)現(xiàn)0304車(chē)制動(dòng)電阻溫度比其它三個(gè)動(dòng)車(chē)的制動(dòng)電阻溫度高出很多，懷疑0304車(chē)制動(dòng)電阻風(fēng)機(jī)沒(méi)有工作，沒(méi)有起到散熱作用，（因?yàn)橹苿?dòng)電阻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)向在靜態(tài)調(diào)試時(shí)已讓牽引供應(yīng)商用電腦強(qiáng)制啟動(dòng)過(guò)，工作正常，且方向正確），于是安排專(zhuān)人在動(dòng)調(diào)試驗(yàn)區(qū)外在車(chē)輛動(dòng)起來(lái)的時(shí)候，對(duì)0304車(chē)制動(dòng)電阻風(fēng)機(jī)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛在制動(dòng)時(shí)，0304車(chē)制動(dòng)電阻風(fēng)機(jī)根本就沒(méi)工作，后經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)0304車(chē)制動(dòng)電阻進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的溫度傳感器位置裝反，進(jìn)風(fēng)口檢測(cè)的是環(huán)境外溫，出風(fēng)口檢測(cè)的是制動(dòng)電阻溫度達(dá)到一定數(shù)值后風(fēng)扇工作時(shí)的溫度，位置裝反后，風(fēng)機(jī)是不會(huì)工作的，后讓供應(yīng)商把傳感器位置對(duì)調(diào)，重新進(jìn)行試驗(yàn)，車(chē)輛狀態(tài)一切正常0304車(chē)沒(méi)報(bào)故障，問(wèn)題得以解決。

2.杭州一號(hào)線第21列車(chē)動(dòng)調(diào)試驗(yàn)時(shí)，列車(chē)以80km/h初速度緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離及減速度數(shù)據(jù)，不符合試驗(yàn)大綱要求，（試驗(yàn)大綱要求：其緊急制動(dòng)距離L和制動(dòng)減速度a須滿足L≤205m，a≥1.20 m/s*s）。

根據(jù)公司生產(chǎn)計(jì)劃分別又對(duì)杭州地鐵1號(hào)線第19、20列車(chē)進(jìn)行動(dòng)調(diào)試驗(yàn)，以上三列車(chē)都沒(méi)有安裝輪緣潤(rùn)滑裝置，動(dòng)調(diào)前天氣狀況良好，軌道干燥，適宜列車(chē)調(diào)試，試驗(yàn)首先進(jìn)行了往返5次的40km/h運(yùn)行，并施加緊急制動(dòng)停車(chē)，使閘瓦與輪對(duì)之間能夠充分接觸。然后進(jìn)行電制動(dòng)試驗(yàn)，常用制動(dòng)和快速制動(dòng)的制動(dòng)試驗(yàn)距離及減速度數(shù)值均符合標(biāo)準(zhǔn)。

在低速緊急制動(dòng)和電制動(dòng)結(jié)束后，開(kāi)始進(jìn)行初速度為80km/h的緊急制動(dòng)試驗(yàn)，總共進(jìn)行了三次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)結(jié)束，列車(chē)以低速返回，盡量降低閘瓦和輪對(duì)的表面溫度。

由表1、表2及表3的數(shù)據(jù)可知，第19列，20列車(chē)的初速度80km/h的緊急制動(dòng)距離與減速度均符合標(biāo)準(zhǔn)，但第21列車(chē)的三次初速度為80km/h的緊急制動(dòng)距離與減速度均不符合標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程西門(mén)子軟件監(jiān)測(cè)列車(chē)沒(méi)有滑行現(xiàn)象。

在第21列在緊急制動(dòng)試驗(yàn)期間，下車(chē)用專(zhuān)用測(cè)溫儀器測(cè)量閘瓦溫度的情況，發(fā)現(xiàn)輪對(duì)表面有一層油污的東西，并查看未動(dòng)調(diào)新車(chē)的輪對(duì)情況，發(fā)現(xiàn)部分輪對(duì)表面確實(shí)有類(lèi)似油污的東西，且油標(biāo)簽在輪對(duì)凹槽里沒(méi)有清理干凈如圖3所示。

在清理列車(chē)車(chē)輪油污后繼續(xù)動(dòng)調(diào)，數(shù)據(jù)仍然不符合標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)克諾爾、西門(mén)子確認(rèn)，第21列車(chē)制動(dòng)缸壓力正常，制動(dòng)系統(tǒng)反饋的總制動(dòng)力正常;通過(guò)記錄的曲線分析如下圖所示：

圖4中藍(lán)色曲線為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到的加速度曲線，得到車(chē)輛的實(shí)際平均減速度約值為-1.1377 m/s*s;而制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)制動(dòng)缸壓力，反饋的總制動(dòng)力值為289.2KN，杭州線列車(chē)在AW0工況下，車(chē)輛重約218.9t，因此，理論上列車(chē)的制動(dòng)減速度約為289.2/218.9=1.32 m/s*s，而由軟件得到的減速度為1.1377 m/s*s由此可以推論在制動(dòng)過(guò)程中閘瓦與車(chē)輛車(chē)輪的摩擦系數(shù)變小了。

由上分析，對(duì)第21列車(chē)的所有閘瓦進(jìn)行更換，然后重新動(dòng)調(diào)，對(duì)新閘瓦進(jìn)行充分磨合，保證閘瓦與車(chē)輪表面有80%的接觸面積，待閘瓦降溫后再次進(jìn)行三次初速度為80km/h的緊急制動(dòng)試驗(yàn)，得到緊急制動(dòng)距離及減速度數(shù)據(jù)如表4所示且數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。

五 總結(jié)

論文介紹了地鐵車(chē)輛電制動(dòng)和空氣制動(dòng)的原理，電制動(dòng)與空氣制動(dòng)（踏面制動(dòng)）相比，電制動(dòng)的使用能有效降低輪對(duì)踏面磨耗，延長(zhǎng)閘瓦和輪對(duì)的壽命，由于機(jī)械摩擦系數(shù)隨著溫度的提高而下降，空氣制動(dòng)（踏面制動(dòng)）的效率與機(jī)車(chē)速度成反比;而電制動(dòng)相反，速度越高制動(dòng)效果越明顯。

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