王定飛

（南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210000）

1 案例概述

南京地鐵高架區(qū)段主要為郊區(qū)線路，其中寧高線列車高架區(qū)間ATO 模式駕駛過程中制動打滑故障較為頻繁。機場線與寧天線自2022 年初至2022 年12月，多次發(fā)生ATO 模式駕駛期間打滑，產(chǎn)生EB（無法自動緩解的緊急制動）。據(jù)故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021 年12月至2022 年12 月期間，寧高線共出現(xiàn)16 次打滑緊制降級故障，造成正線晚點事件9 起；機場線共出現(xiàn)14次打滑緊制降級故障，造成正線晚點事件10 起；寧天線共出現(xiàn)17 次打滑緊制降級故障，造成正線晚點事件4 起。故障多發(fā)生在秋冬季節(jié)雨雪天氣，且多為高架區(qū)間，列車ATO 駕駛時，制動打滑，造成列車超速產(chǎn)生EB。由于寧高線、機場線和寧天線區(qū)間距離較長，且列車運行速度較高，極易造成列車晚點事件。

根據(jù)正線站點信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計，列車制動時打滑區(qū)間較大，寧高線打滑區(qū)間主要集中在明覺至翔宇路南上下行，明覺至石湫上行、銅山至翔宇路南上行區(qū)間打滑數(shù)量明顯高于其他區(qū)間；機場線打滑區(qū)間主要集中在正方到吉印區(qū)間與翔南至翔北區(qū)間，寧天線主要集中在高新開發(fā)區(qū)到化工園高架區(qū)間，均為高架區(qū)間，且多為雨雪天氣，主要是軌道較為濕滑時，其上容易形成一層水膜，導致打滑。

2 情況分析

2.1 數(shù)據(jù)分析

列車ATO 打滑故障多在雨雪天氣下發(fā)生且多發(fā)于高架線路，由于涉及濕滑天氣輪軌黏著系數(shù)降低、制動觸發(fā)時機等多重因素，故障原因較為復雜[1-2]。

打滑車輛回庫后，車輛分公司均對車下走行部進行檢查，并對相關(guān)牽引制動參數(shù)進行檢驗，未發(fā)現(xiàn)異常，相關(guān)參數(shù)均符合設(shè)計要求。通過對以往數(shù)據(jù)分析及對表格數(shù)據(jù)進行對比，得出如下結(jié)論：發(fā)生打滑的列車號并不固定，多輛車出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，非單一列車特殊問題，結(jié)合FDL、EVR 事件分析（見圖1～圖4）確認所有打滑事件中車輛系統(tǒng)均正常。

圖1 寧高線EVR 數(shù)據(jù)

圖2 寧高線FDL 記錄

圖3 機場線EVR 數(shù)據(jù)

圖4 寧天線ATO 進站打滑ERM 數(shù)據(jù)

根據(jù)寧高線FDL 數(shù)據(jù)可知，故障原因為列車在高架區(qū)段ATO 模式駕駛期間，制動時列車有DCU 電制動滑行，各轉(zhuǎn)向架隨即介入空氣制動防滑控制。通號分公司下載數(shù)據(jù)顯示，滑行期間ATP 判定列車超速，間接觸發(fā)ATPEB。在ATO 模式下，發(fā)生滑行時，列車仍按設(shè)定速度曲線運行，不進行制動級位任何調(diào)整。根據(jù)機場線EVR 數(shù)據(jù)可知，故障原因為列車在高架段ATO 模式駕駛時，制動時列車有電制動滑行，隨即空氣制動防滑控制，產(chǎn)生EB，通號分公司下載數(shù)據(jù)顯示為打滑超速。根據(jù)寧天線ATO 進站打滑ERM 數(shù)據(jù)可知，故障原因為列車在高架區(qū)段ATO 模式駕駛制動時列車有DCU 電制動滑行，各轉(zhuǎn)向架隨即介入空氣制動防滑控制，通號分公司下載數(shù)據(jù)顯示為打滑超速，ATP 觸發(fā)EB。查看事件記錄可知，在ATC 觸發(fā)緊制前，列車空氣制動檢測到滑行后會開始介入修正滑行，在初期會有一定改善，但隨著后續(xù)制動指令的繼續(xù)施加，會再次檢測到列車打滑，打滑加劇最終導致ATC 觸發(fā)緊制。

2.2 技術(shù)分析

寧高線及機場線空氣制動系統(tǒng)均采用蘇州克諾爾制動設(shè)備有限公司的EP2002 型空氣制動系統(tǒng)；寧天線空氣制動系統(tǒng)采用的是北京縱橫機電技術(shù)開發(fā)公司的EP09 型空氣制動系統(tǒng)。系統(tǒng)均是以轉(zhuǎn)向架為單位的“架控式”制動控制系統(tǒng)，內(nèi)設(shè)監(jiān)控終端，具有自診斷和故障記錄功能，能在司機控制器或ATO 的控制下對列車進行階段或一次性的制動與緩解。列車制動方式包括電制動、空氣制動和停放制動。其中，電制動和空氣制動具有防滑保護功能，車輪防滑保護采用“軸控”的模式，電制動防滑控制和空氣制動防滑控制各自獨立完成，若空氣制動系統(tǒng)檢測到滑行時間超過規(guī)定時間，則發(fā)送相應(yīng)轉(zhuǎn)向架電制動切除信號，并由空氣制動接管該轉(zhuǎn)向架。機場線采用的是ALSTOM 的牽引系統(tǒng)，采用“車控”方式，運行最高速度為100km/h，沖動極限：≤0.75m/s3（在ATO 模式下由ATO 控制）。寧高線采用的是株洲時代電氣的牽引系統(tǒng)，采用“架控”方式，運行最高速度為120km/h，沖動極限：≤0.75m/s3。寧天線采用的是株洲時代電氣的牽引系統(tǒng)，采用“車控”方式，運行最高速度為100km/h，沖動極限：≤0.75m/s3（在ATO 模式下由ATO 控制）。

非雨雪天氣下滑行主要集中在清晨，且當天氣溫均為多云低溫天氣，雨雪天氣下全時間段均可能發(fā)生打滑，結(jié)合環(huán)境溫度較低現(xiàn)象，判斷較低的環(huán)境溫度對軌道工況有明顯影響，軌道浮冰、霜凍將極大程度地降低輪軌黏著系數(shù)，甚至超出制動系統(tǒng)設(shè)計時參照的正常范圍。綜合判斷電客車打滑主要原因為：雨雪天氣下軌道濕滑，輪軌黏著系數(shù)下降，進而導致打滑。

3 地鐵高架區(qū)段制動時打滑改善措施

3.1 故障處置措施

第一，日常檢修過程中加強對列車走行部，尤其是車輪及輪對踏面的維護，定期對輪對尺寸進行復測鏇修，建立輪對跟蹤數(shù)據(jù)表，保證列車輪對尺寸正常，踏面與鋼軌接觸良好。目前，機場線、寧高線、寧天線已對所有列車進行了一輪復測鏇輪。

第二，故障發(fā)生后，對車下走行部及相關(guān)牽引制動參數(shù)進行檢查，確保各項參數(shù)符合設(shè)計要求。

第三，與克諾爾、北京縱橫及通號分公司做好技術(shù)交流，共享故障發(fā)生后的列車數(shù)據(jù)，做好故障分析，配合通號分公司采取“濕軌模式”（根據(jù)軌道條件的不同，將列車在干軌條件下的常用制動率0.8m/s2改成濕軌條件下的常用制動率0.4m/s2），并做好“濕軌模式”效果驗證跟蹤。

第四，與乘務(wù)分公司進行技術(shù)交流，建議司機在雨雪天氣高架區(qū)段轉(zhuǎn)手動駕駛，防止出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

第五，為盡可能降低撒砂裝置對道岔、軌道、轉(zhuǎn)轍機的影響，同時兼顧安全、經(jīng)濟等因素，綜合考慮全自動、半自動和人工控制撒砂裝置的優(yōu)缺點及可行性[3]。

3.2 故障處置效果

寧高線、機場線信號系統(tǒng)采用“濕軌模式”后打滑發(fā)生次數(shù)已顯著減少，后續(xù)將配合通號分公司做好寧天線“濕軌模式”研究相關(guān)工作。目前，已對寧天線既有26 輛列車進行一輪復測鏇輪，并對所有列車進行常態(tài)化輪對數(shù)據(jù)跟蹤管理，確保輪軌配合良好。2022 年5 月至2022 年12 月寧天線與寧高線正線未再報高架區(qū)段雨雪天ATO 駕駛制動時打滑故障，機場線僅發(fā)生2 起制動打滑故障，故障率明顯下降。

4 輪軌黏著狀態(tài)改善方案

列車防滑控制系統(tǒng)是一種自適應(yīng)自調(diào)整（調(diào)整當前制動力與當前輪軌黏著水平接近）系統(tǒng)，能夠有效避免軸速突變導致車輪擦傷，但其防滑保護功能存在一定的局限性，如難以有效改善輪軌黏著狀態(tài)（在防滑控制過程中有部分改善）。

撒砂是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、最成熟也是輪軌表面狀況改善效果最直接的方案，主要應(yīng)用于高鐵、鐵路機車、動車及輕軌車輛。撒砂裝置分為全自動控制撒砂裝置、半自動控制撒砂和全人工控制撒砂。

4.1 全自動控制撒砂裝置

在DDU 上增設(shè)撒砂功能啟用及相應(yīng)撒砂裝置工作狀態(tài)監(jiān)控圖標，通過ATC 提供的列車位置信號確定撒砂區(qū)域。

長期在隧道內(nèi)撒砂會在隧道內(nèi)積累大量碎砂，列車運行時帶起的煙塵會影響隧道環(huán)境，影響乘客上下車時的空氣環(huán)境。同時，在道岔、折返線位置撒砂可能影響正線道岔、轉(zhuǎn)轍機動作。基于以上兩點，不在道岔、折返線及隧道內(nèi)撒砂。由于寧高線為露天線路，因此無需考慮隧道內(nèi)控制邏輯，可在車輛與信號設(shè)備之間增設(shè)位置信號接口，車輛將信號專業(yè)提供的道岔、站臺、折返線位置地圖寫入列控系統(tǒng)軟件，信號系統(tǒng)提供車輛實時位置信息，將列車實時位置與地圖比對，在接近道岔、折返線的情況下，將道岔、折返線信號置于高電平，撒砂命令撤銷，列車離開道岔、折返線后，將信號置于低電平，恢復撒砂命令。

將撒砂控制分為兩級撒砂控制，通過撒砂控制單元向撒砂器提供不同供風壓力，產(chǎn)生不同的撒砂量，假定一級撒砂（低撒砂量）為650g/30s，二級撒砂（高撒砂量）1300g/30s，列車運行時僅在頭端砂箱撒砂。

撒砂控制模塊配置兩個減壓閥，以控制不同的撒砂量，電磁閥分別用于砂干燥及不同等級撒砂壓縮空氣供給控制，由制動系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)閥輸出撒砂信號。根據(jù)實際滑行情況及制動狀態(tài)，輸出或撤銷撒砂信號。正常情況下，根據(jù)撒砂信號控制低撒砂；緊急制動情況下，根據(jù)撒砂信號及緊急制動信號控制高撒砂[4]。

方案優(yōu)點：可實現(xiàn)完全自動化控制，定位精度高，能夠避開道岔及轉(zhuǎn)轍機，無需人工干預(yù)，對軌道提前撒砂預(yù)防打滑。

方案缺點：項目改造費用較高，后期砂子消耗量大，維護成本高，且砂子易在軌道旁堆積。

4.2 半自動控制撒砂裝置

在DDU 上增設(shè)撒砂控制圖標，司機在雨天激活撒砂功能，TCMS 根據(jù)列車位置、打滑情況、速度、EB 狀態(tài)綜合判斷進行撒砂控制，可與全自動控制撒砂結(jié)合使用。

方案優(yōu)點：需人工根據(jù)天氣情況激活撒砂系統(tǒng)，激活后可實現(xiàn)全自動化控制，結(jié)合ATC 所給位置信號提高定位精度，可避開道岔及轉(zhuǎn)轍機。

方案缺點：項目改造費用較高，需人工干預(yù)，但相較于全自動裝置，可節(jié)省后期砂子用量。

4.3 人工控制撒砂裝置

在DDU 上增設(shè)撒砂圖標或在司機臺上增設(shè)撒砂按鈕，司機根據(jù)天氣情況，在電客車將駛?cè)胍桩a(chǎn)生滑行的區(qū)段進行人工撒砂。并且，可以在易打滑區(qū)段旁增設(shè)相應(yīng)提醒標志，提醒司機在雨天進行人工撒砂操作。

在列車施加EB 同時產(chǎn)生滑行，且速度大于一定值時，列車自動控制撒砂，用于縮短緊急制動距離，保障乘客安全。

方案優(yōu)點：項目改造費用較低，砂子消耗量較少。

方案缺點：需司機手動進行操作，無法提前預(yù)防黏著系數(shù)降低后電客車滑行現(xiàn)象。

5 結(jié)論

第一，日常檢修過程中需加強對列車走行部，尤其是車輪及輪對踏面的維護，定期對輪對尺寸進行復測鏇修，建立輪對跟蹤數(shù)據(jù)表，保證列車輪對尺寸正常，踏面與鋼軌接觸良好。

第二，在雨雪、低溫天氣情況下，應(yīng)按要求做好軋道車安排，正線運營及時啟用“濕軌模式”，降低軌面濕滑對列車運營的影響，避免列車滑行加劇導致ATC觸發(fā)緊急制動。

第三，撒砂裝置作為輪軌增黏設(shè)備，可改善惡劣天氣下輪軌黏著系數(shù)，防止列車滑行，是列車安全運行的重要保障。目前我國相關(guān)領(lǐng)域已積累豐富的撒砂裝置使用經(jīng)驗。為保證惡劣天氣下列車運行安全，建議結(jié)合現(xiàn)場實際情況，制訂相應(yīng)的撒砂控制方案，并及時做好后續(xù)相關(guān)的試驗驗證，了解撒砂裝置性能，持續(xù)積累撒砂裝置使用經(jīng)驗。