蘇州軌道交通一號(hào)線列車典型緊急制動(dòng)故障分析與處理

徐新玉

(1.蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 江蘇 蘇州 215021；2.蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇 蘇州 215124)

1 列車編組與制動(dòng)系統(tǒng)

1.1 列車編組

蘇州軌道交通一號(hào)線列車采用由2個(gè)列車單元(Tc*Mp)組成的2動(dòng)2拖4輛編組(見(jiàn)圖1)，每個(gè)(Tc*Mp)為最小可動(dòng)單元，當(dāng)整列車解編為2個(gè)(Tc*Mp)單元時(shí)，每個(gè)(Tc*Mp)單元在人工簡(jiǎn)單操作下可迅速形成端車回路，在Tc車可操控(Tc*Mp)單元。編組形式為=Tc*Mp=Mp*Tc=(其中：=為半自動(dòng)車鉤，*為半永久牽引桿)。

圖1 基本編組示意圖

1.2 制動(dòng)系統(tǒng)概況

一號(hào)線列車采用克諾爾公司的EP2002空氣制動(dòng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、保持制動(dòng)、緊急制動(dòng)、停放制動(dòng)、車輪防滑保護(hù)、載荷補(bǔ)償、制動(dòng)混合等功能?？刂品绞綖橐赞D(zhuǎn)向架為單位的“架控式”，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(jī)控制器或自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(ATO)的控制下對(duì)列車進(jìn)行階段性或一次性的制動(dòng)與緩解。

在正常制動(dòng)過(guò)程中，電制動(dòng)和空氣制動(dòng)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)充拖車的空氣制動(dòng)。為保證列車運(yùn)行安全而設(shè)有的緊急制動(dòng)，通過(guò)帶電的緊急制動(dòng)環(huán)路來(lái)控制，并最終由空氣制動(dòng)基礎(chǔ)裝置執(zhí)行，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)，緊急制動(dòng)采用純空氣摩擦制動(dòng)。緊急制動(dòng)是故障安全環(huán)路，不可逆，當(dāng)所有緊急制動(dòng)觸發(fā)條件都消失，在零速時(shí)緊急制動(dòng)緩解。在常用制動(dòng)和緊急制動(dòng)過(guò)程中，該系統(tǒng)都具有防滑控制功能和載荷補(bǔ)償功能。

1.3 緊急制動(dòng)控制原理

緊急制動(dòng)的控制原理為緊急制動(dòng)接觸器EBK高電平得電緩解，低電平觸發(fā)，由緊急制動(dòng)列車環(huán)路控制(見(jiàn)圖2)，環(huán)路上任意一點(diǎn)斷開(kāi)將觸發(fā)緊急制動(dòng)。觸發(fā)條件主要有：(1)緊急制動(dòng)斷路器EBCB斷開(kāi)；(2)非ATO模式下，未按下司機(jī)室中的警惕裝置超過(guò)3 s；(3)在非零速狀態(tài)下方向手柄過(guò)零位；(4)車輛控制單元(VCU)觸發(fā)緊急制動(dòng)；(5)斷開(kāi)鑰匙；(6)按下蘑菇按鈕；(7)總風(fēng)壓力低于5.5 bar；(8)列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)(ATP)觸發(fā)緊急制動(dòng)(以上8種情況在圖中的安全回路標(biāo)識(shí)依次為A、B、C、D、E、F、G、H)；(9)緊急制動(dòng)環(huán)路上連接器虛接、繼電器故障等硬線故障。

2 列車緊急制動(dòng)故障現(xiàn)象

2.1 緊急制動(dòng)不緩解故障

圖2 緊急制動(dòng)回路

2012年1月31日，0105車在下行金楓路出站后發(fā)生緊急制動(dòng)停車，當(dāng)時(shí)列車氣壓、網(wǎng)壓正常，Tc1車一位端為激活端，司機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)各斷路器正常，蘑菇按鈕沒(méi)有被按下，嘗試隔離Tc1車一位端ATP，按壓警惕按鈕旁路開(kāi)關(guān)與主風(fēng)缸低壓旁路開(kāi)關(guān)后仍無(wú)法緩解緊急制動(dòng)，重啟列車也無(wú)法消除故障，最終列車被救援回庫(kù)。2月1日上午該列車上正線試運(yùn)行，10∶30，該車上行至文化博覽中心到東方之門(mén)區(qū)間觸發(fā)緊急制動(dòng)且無(wú)法緩解，司機(jī)申請(qǐng)并嘗試切除ATP后發(fā)現(xiàn)緊急制動(dòng)仍無(wú)法緩解。

2.2 OBCU冗余造成緊急制動(dòng)

2012年2月10日，0115車在鐘南街下行線進(jìn)存車線時(shí)，在AM模式下，車輛顯示屏顯示“警惕按鈕松開(kāi)”，施加緊急制動(dòng)。司機(jī)緩解緊急制動(dòng)后，以AM模式仍然不能動(dòng)車，改用SM模式能動(dòng)車。

2.3 不明原因緊急制動(dòng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年4月6日至18日，0110車?yán)塾?jì)發(fā)生19起緊急制動(dòng)故障。故障特點(diǎn)：(1)故障均在列車停穩(wěn)后便立即消失；(2)上、下行線路均有發(fā)生，故障發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)沒(méi)有規(guī)律；(3)列車回庫(kù)后，車輛狀態(tài)顯示一切正常，故障無(wú)法重現(xiàn)，故障排除比較困難。

2.4 ATO模式丟失造成緊急制動(dòng)

2012年12月1日，0110車在桐涇北路至西環(huán)路上行區(qū)間100 m標(biāo)091處車輛顯示屏顯示緊急制動(dòng)，正常緩解動(dòng)車。

3 列車緊急制動(dòng)故障分析與處理

3.1 緊急制動(dòng)不緩解故障排查與處理

故障車輛回庫(kù)后，下載列車相關(guān)故障數(shù)據(jù)記錄，排除了VCU、ATP觸發(fā)緊急制動(dòng)的可能；根據(jù)司機(jī)操作也可以排除主風(fēng)管低壓、斷路器脫扣而造成的緊急制動(dòng)。司機(jī)曾申請(qǐng)并嘗試按壓警惕按鈕旁路開(kāi)關(guān)后仍無(wú)法緩解緊急制動(dòng)，排除了警惕按鈕故障。根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)的推斷，有針對(duì)性地對(duì)列車Tc2車一位端的低壓箱連接器、壓力開(kāi)關(guān)連接器進(jìn)行晃動(dòng)，觀察緊急制動(dòng)是否觸發(fā)。最終在晃動(dòng)主風(fēng)管低壓壓力開(kāi)關(guān)旁邊線纜時(shí)發(fā)現(xiàn)緊急制動(dòng)觸發(fā)，因此將故障點(diǎn)定位到該連接器。連接器的母針有一明顯缺口造成公、母針配合后松動(dòng)(見(jiàn)圖3)，故障線號(hào)為G700U(見(jiàn)圖4)。后來(lái)壓力開(kāi)關(guān)供應(yīng)商克諾爾公司更換了該針，沒(méi)有再發(fā)生此故障。

圖3 故障母針位置 圖4 故障線纜位置

3.2 OBCU冗余造成緊急制動(dòng)故障分析

在AM駕駛模式下，OBCU-ATO驅(qū)動(dòng)模式繼電器AMR(見(jiàn)圖5)會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)失電，即當(dāng)OBCU切換主從狀態(tài)，進(jìn)行冗余時(shí)，不能做到無(wú)縫切換。根據(jù)電氣原理圖(見(jiàn)圖6)，AMR瞬時(shí)失電會(huì)造成緊急制動(dòng)列車線失電，觸發(fā)緊急制動(dòng)，同時(shí)觸發(fā)“警惕按鈕松開(kāi)”故障。這是設(shè)計(jì)缺陷，在AM駕駛模式下，一旦OBCU切換冗余就會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象。

圖5 AMR繼電器驅(qū)動(dòng)

圖6 AMR觸點(diǎn)與DMR觸點(diǎn)

3.3 不明原因緊急制動(dòng)故障排查與處理

根據(jù)故障發(fā)生頻率和特點(diǎn)，通過(guò)跟蹤排查列車電器元件、接線狀態(tài)，并在正線開(kāi)展跟車測(cè)試，初步查找出3個(gè)故障點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，使得緊急制動(dòng)問(wèn)題得到有效控制。為了盡快縮短故障排除時(shí)間，又采用部件替換法來(lái)確定其他故障點(diǎn)，但是故障仍未解決。

由于緊急制動(dòng)回路電氣連接點(diǎn)較多，同時(shí)電氣接線不良的現(xiàn)象比較特殊，接線不良瞬間發(fā)生又瞬間恢復(fù)，通過(guò)常規(guī)的目視檢查手段已無(wú)法查到接線不良故障點(diǎn)，在對(duì)多種方案進(jìn)行可行性分析后，決定采用示波儀監(jiān)視控制環(huán)路上的節(jié)點(diǎn)，以此來(lái)定位故障點(diǎn)?？傮w思路是在環(huán)路上設(shè)置10個(gè)監(jiān)視點(diǎn)，用示波儀記錄這10個(gè)點(diǎn)的電壓信號(hào)狀態(tài)，分析在緊急制動(dòng)施加時(shí)這10個(gè)節(jié)點(diǎn)的失電順序來(lái)定位故障點(diǎn)。

在第3次測(cè)試過(guò)程中，在Mp1車二位端電氣柜內(nèi)矩形連接器CM04C2LD-21上增加了1個(gè)監(jiān)視點(diǎn)11。4月18日14∶35，列車由金楓路上行出站觸發(fā)緊急制動(dòng)且不能緩解，示波儀記錄數(shù)據(jù)顯示監(jiān)視點(diǎn)7先失電，而監(jiān)視點(diǎn)11延時(shí)失電，因此，將故障疑點(diǎn)鎖定在Mp1車二位端電氣柜內(nèi)CF04C2LD-21矩形連接器上，如圖7所示。

圖7 矩形連接器

該連接器針的瞬間中斷故障導(dǎo)致列車施加緊急制動(dòng)，庫(kù)內(nèi)對(duì)該連接器進(jìn)行檢查，初步判斷該連接器存在以下問(wèn)題：(1)連接器安裝支架設(shè)計(jì)不合理，支架采用兩點(diǎn)線性固定方式，不牢固，在正線容易引起共振；(2)連接器自身設(shè)計(jì)不合理，連接器金屬外殼較塑料絕緣體超高，導(dǎo)致公母連接器塑料絕緣體無(wú)法插接到位，公母針配合深度不夠，僅3 mm左右，在正線振動(dòng)工況下很容易瞬間中斷；(3)連接器針壓接工藝存在問(wèn)題，容易造成接線虛接甚至脫落。

列車回庫(kù)后對(duì)6、7點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排查，首先檢查Mp1車二位端電氣柜內(nèi)CF04C2LD-23矩形連接器，發(fā)現(xiàn)公母針搭接量為4 mm左右，符合要求，但個(gè)別配合有間隙，這與之前晃動(dòng)連接器支架可以模擬出緊急制動(dòng)的說(shuō)法相吻合。其次對(duì)列車進(jìn)行單元解編，發(fā)現(xiàn)Mp2車車鉤連接器內(nèi)下部彈性觸點(diǎn)萎縮，Mp1車正常。該處各有2組活動(dòng)觸點(diǎn)，分別與2個(gè)平面相接觸，列車接線時(shí)使用了下部2組觸點(diǎn)。該連接器的1根進(jìn)線通過(guò)短接橋連接到2個(gè)觸點(diǎn)上，屬于冗余設(shè)計(jì)，列車振動(dòng)引發(fā)下部右側(cè)連接不足，由于下部左側(cè)觸點(diǎn)萎縮無(wú)法導(dǎo)通，因而緊急制動(dòng)控制環(huán)路失電,如圖8所示。

圖8 半自動(dòng)車鉤緊急制動(dòng)回路觸點(diǎn)對(duì)比

聯(lián)系車鉤供應(yīng)商完成了對(duì)Mp2車車鉤連接器上2個(gè)彈性觸點(diǎn)的更換。更換完成之后，檢修車間又安排0110車上線繼續(xù)跟蹤。跟蹤觀察列車運(yùn)行一周，未再發(fā)生不明原因緊急制動(dòng)，至此，此故障徹底解決。

3.4 ATO模式丟失造成緊急制動(dòng)故障分析

通過(guò)下載事件記錄儀(EVR)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出：列車在施加緊急制動(dòng)狀態(tài)下，存在1個(gè)明顯的ATO模式丟失現(xiàn)象導(dǎo)致車輛AMR繼電器失電。當(dāng)AMR繼電器失電后，緊急制動(dòng)回路將失電，列車施加緊急制動(dòng)。

4 預(yù)防措施與對(duì)策

4.1 緊急制動(dòng)不緩解故障預(yù)防措施與對(duì)策

從0105車發(fā)生緊急制動(dòng)不緩解這起故障排查與處理過(guò)程可以看出接線工藝的重要性。為防止類似故障再次發(fā)生，蘇州軌道交通運(yùn)營(yíng)分公司車輛中心會(huì)同中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司(以下簡(jiǎn)稱中車浦鎮(zhèn)公司)一起對(duì)所有上線運(yùn)行車輛的壓力開(kāi)關(guān)連接器進(jìn)行了普查，并就可能的隱患進(jìn)行了處理。對(duì)于該起事件車輛中心在故障分析例會(huì)上要求中車浦鎮(zhèn)公司從連接器設(shè)計(jì)選型、接線工藝和施工等方面給出分析報(bào)告和進(jìn)一步的解決措施，來(lái)提高列車運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

4.2 OBCU冗余造成緊急制動(dòng)故障的預(yù)防措施與對(duì)策

針對(duì)OBCU冗余造成緊急制動(dòng)故障現(xiàn)象，建議將該AMR觸點(diǎn)移至DMR繼電器上方，即與司控器警惕按鈕觸點(diǎn)并聯(lián)，充分利用DMR繼電器延時(shí)3 s失電功能。同時(shí)要求西門(mén)子信號(hào)公司設(shè)法做到OBCU冗余時(shí)無(wú)縫切換，讓AMR不失電。

4.3 不明原因緊急制動(dòng)故障預(yù)防措施與對(duì)策

從0110車發(fā)生的多起緊急制動(dòng)故障排查與處理過(guò)程可以看出車鉤連接器的重要性，建議中車浦鎮(zhèn)公司進(jìn)一步加強(qiáng)與車鉤供應(yīng)商的溝通聯(lián)系，完成對(duì)Mp2車車鉤連接器上2個(gè)彈性觸點(diǎn)的更換，確保車鉤連接器內(nèi)下部彈性觸點(diǎn)正常導(dǎo)通，避免由于列車振動(dòng)等原因引發(fā)下部右側(cè)連接不良，造成下部左側(cè)觸點(diǎn)萎縮無(wú)法導(dǎo)通，導(dǎo)致緊急制動(dòng)控制環(huán)路因失電引起緊急制動(dòng)故障。

4.4 ATO模式丟失造成緊急制動(dòng)故障的預(yù)防措施與對(duì)策

對(duì)于此類發(fā)生較為頻繁的故障，蘇州軌道交通公司車輛中心聯(lián)合中車浦鎮(zhèn)公司研究分析后決定對(duì)電氣原理進(jìn)行優(yōu)化，主要是變更AMR繼電器觸點(diǎn)在緊急制動(dòng)回路中的位置，具體變更如圖9所示。

圖9 電氣原理優(yōu)化圖

通過(guò)此次整改，在正線忽然丟失ATO模式，即AMR繼電器失電的條件下，司機(jī)仍然有3 s的反應(yīng)時(shí)間，如司機(jī)能夠在該時(shí)間內(nèi)，按住無(wú)人警惕按鈕，車輛將不再施加緊急制動(dòng)，列車也能成功轉(zhuǎn)入手動(dòng)模式駕駛。

5 結(jié)束語(yǔ)

制動(dòng)系統(tǒng)作為軌道交通車輛的重要組成部分，直接關(guān)系到車輛的運(yùn)行性能與安全，影響乘客的乘坐舒適度。制動(dòng)性能的好壞還關(guān)系到車輛運(yùn)行速度的提高和運(yùn)量的增長(zhǎng)。因此，必須排除影響車輛制動(dòng)性能的各種誘因，保證車輛制動(dòng)系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，確保軌道交通車輛的運(yùn)行安全，從而實(shí)現(xiàn)安全、快捷、舒適運(yùn)送旅客的目的?！?/p>