城市軌道交通車控制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)不緩解故障分析

王群偉

(中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，100081，北京//副研究員)

城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)可能出現(xiàn)對(duì)行車安全影響較大的故障，具體有制動(dòng)力不足故障及制動(dòng)不緩解故障。制動(dòng)力不足故障是指制動(dòng)過程中實(shí)際施加的空氣制動(dòng)力不能滿足需要。制動(dòng)不緩解故障是指在制動(dòng)緩解指令下達(dá)后，制動(dòng)力在一定時(shí)間內(nèi)不能緩解到規(guī)定的值，從而導(dǎo)致車輛抱閘，可能造成輪對(duì)和軌面的擦傷，甚至需要車輛救援。從運(yùn)營安全考慮，制動(dòng)不緩解故障造成的影響相對(duì)更大。本文著重分析制動(dòng)不緩解故障。

本文對(duì)城市軌道交通車輛車控制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)不緩解故障的檢測(cè)邏輯、故障原因等進(jìn)行分析，并結(jié)合某些典型故障案例，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的故障排查方法及提升產(chǎn)品質(zhì)量提出建議。

1 車控制動(dòng)系統(tǒng)

車控制動(dòng)系統(tǒng)是以每輛車為單位來設(shè)置制動(dòng)控制單元的制動(dòng)控制方式，即每輛車均配置1套獨(dú)立的制動(dòng)控制單元(BCU),用于控制本車的制動(dòng)力。

注：1——濾清器；2——充風(fēng)電磁閥；3——緩解電磁閥；6——中繼閥；9——空重閥；10——緊急電磁閥；5、7、11——壓力傳感器；13——壓力開關(guān)；4、8、12——壓力測(cè)點(diǎn)；AS1、AS2——空氣彈簧

圖1 車控制動(dòng)控制單元?dú)鈩?dòng)原理圖

常用制動(dòng)時(shí)，壓力傳感器(7)檢測(cè)空簧壓力控制充風(fēng)電磁閥AV和緩解電磁閥RV的得電和失電，常用預(yù)控壓力AC通過中繼閥流量放大后施加制動(dòng)。壓力傳感器(5和11)實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)控壓力的閉環(huán)控制。當(dāng)有緩解指令時(shí)，緩解電磁閥得電，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)緩解。

緊急制動(dòng)時(shí)，緊急電磁閥失電，空重閥輸出根據(jù)空氣彈簧(AS1、AS2)壓力限制的緊急預(yù)控壓力，通過中繼閥的流量放大后進(jìn)入制動(dòng)缸。制動(dòng)系統(tǒng)得到緊急制動(dòng)緩解指令后，緊急電磁閥得電，制動(dòng)緩解。

2 制動(dòng)不緩解故障分析

2.1 檢測(cè)邏輯

制動(dòng)不緩解故障的定義為：當(dāng)空氣制動(dòng)應(yīng)當(dāng)緩解時(shí)，實(shí)際的制動(dòng)缸壓力未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)降到緩解壓力以下。不同的車控制動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于制動(dòng)不緩解的邏輯判斷雖有差異，但其基本判斷邏輯是一致的。制動(dòng)不緩解故障的檢測(cè)過程如圖2所示。

圖2 制動(dòng)不緩解檢測(cè)過程

制動(dòng)不緩解判斷邏輯為：在非制動(dòng)狀態(tài)下,如果制動(dòng)缸壓力實(shí)際值大于一定值(目前常規(guī)設(shè)定為40 kPa左右)，持續(xù)時(shí)間超過一定值(目前常規(guī)設(shè)定為3.5 s左右),則制動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警制動(dòng)不緩解故障。

制動(dòng)不緩解故障的復(fù)位條件通常為：制動(dòng)缸壓力在降低到25 kPa以下或減速度指令不為0，則制動(dòng)不緩解故障復(fù)位。設(shè)定值可根據(jù)項(xiàng)目需求而調(diào)整。

2.2 故障原因分析

制動(dòng)不緩解故障主要由EBCU(電子制動(dòng)控制單元)故障和PBCU(氣動(dòng)制控制單元)故障引起。

2.2.1 EBCU故障

如EBCU的板卡或線路發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致指令沒有傳遞到PBCU中的緩解電磁閥或緊急電磁閥，從而引起制動(dòng)不緩解。如果板卡內(nèi)部控制程序存在問題或元器件發(fā)生故障，就會(huì)使對(duì)緩解電磁閥的指令發(fā)出異常；電磁閥不動(dòng)作，則制動(dòng)缸壓力不會(huì)產(chǎn)生變化；制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行判斷后會(huì)報(bào)警單車的制動(dòng)不緩解故障。如出現(xiàn)此類制動(dòng)不緩解故障，則可通過互換同類板卡等方法進(jìn)行排查。

2.2.2 PBCU故障

PBCU部件主要有緩解電磁閥、中繼閥及緊急電磁閥等。根據(jù)制動(dòng)控制單元?dú)鈩?dòng)原理及故障判斷邏輯，部件故障造成制動(dòng)不緩解故障的關(guān)系為：①常用制動(dòng)緩解電磁閥發(fā)生故障，常用預(yù)控壓力無法排空，形成制動(dòng)不緩解故障。②中繼閥動(dòng)作出現(xiàn)卡滯情況，導(dǎo)致制動(dòng)缸壓力無法排出，形成制動(dòng)不緩解故障；在緩解狀態(tài)下，中繼閥內(nèi)部總風(fēng)閥座關(guān)閉不嚴(yán)，導(dǎo)致總風(fēng)壓力進(jìn)入到制動(dòng)缸管路中，于是制動(dòng)系統(tǒng)向車輛報(bào)警制動(dòng)不緩解故障[2]。③如緊急電磁閥發(fā)生故障(如線圈斷路)，則會(huì)導(dǎo)致車輛在正常緩解狀態(tài)時(shí)施加意外緊急制動(dòng)，即使常用制動(dòng)緩解，仍會(huì)造成制動(dòng)不緩解故障。

2.3 常見部件故障分析

2.3.1 常用制動(dòng)緩解電磁閥故障

緩解電磁閥在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)電磁閥失電但是預(yù)控壓力無法排出的現(xiàn)象，較易出現(xiàn)的緩解電磁閥故障有電氣故障和機(jī)械故障。

(1)電氣故障。在使用中，如緩解電磁閥發(fā)生電氣故障，其釋放電流偏小，則剩磁產(chǎn)生的吸力會(huì)大于復(fù)位彈簧的回復(fù)力，故電磁閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)，常用預(yù)控壓力無法排出。

(2)機(jī)械故障。電磁閥的鐵芯在磁力驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。發(fā)生機(jī)械故障時(shí)，由于彈簧或鐵芯本身存在偏差、或者異物進(jìn)入等原因，導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)動(dòng)受限卡滯，從而致使閥口無法打開。

2.3.2 中繼閥故障

中繼閥的主要故障可分為機(jī)械卡滯故障和密封故障。

(1)機(jī)械卡滯故障。如果中繼閥上勾貝與總風(fēng)閥座之間沒有脫離，仍處于關(guān)閉狀態(tài)，則制動(dòng)壓力無法從排風(fēng)口排出，造成制動(dòng)無法緩解，發(fā)生制動(dòng)不緩解故障。

(2)密封故障。當(dāng)總風(fēng)閥座出現(xiàn)橡膠件剝離現(xiàn)象時(shí)，會(huì)導(dǎo)致總風(fēng)閥密封不嚴(yán)，造成總風(fēng)閥在緩解狀態(tài)下向制動(dòng)缸壓力腔漏風(fēng)，同時(shí)通過排風(fēng)口向大氣排風(fēng)。當(dāng)制動(dòng)管路壓力大于邏輯判斷設(shè)定值時(shí)，則制動(dòng)系統(tǒng)向車輛報(bào)警制動(dòng)不緩解故障。

2.4 緊急電磁閥故障

制動(dòng)系統(tǒng)中緊急電磁閥長期處于得電狀態(tài)。如溫度升高造成電磁線圈的熔斷，則緊急電磁閥將打開緊急預(yù)控通路，從而造成制動(dòng)不緩解故障。

3 制動(dòng)不緩解案例及建議

3.1 EBCU故障案例

武漢地鐵2號(hào)線發(fā)生曾發(fā)生單車制動(dòng)不緩解故障。當(dāng)時(shí)，HMI(司機(jī)顯示屏)顯示緩解狀態(tài)下該車制動(dòng)壓力不變化。對(duì)EBCU板塊進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，控制制動(dòng)緩解的板卡上存在燒損的痕跡。由此可判斷導(dǎo)致制動(dòng)不緩解的直接原因?yàn)镋BCU板卡發(fā)生故障。

3.2 氣動(dòng)執(zhí)行部件故障案例

由文獻(xiàn)[3]，廣州地鐵2號(hào)線曾出現(xiàn)正線制動(dòng)不緩解故障。發(fā)生故障后，確認(rèn)EBCU及電磁閥等功能均正常。檢查中繼閥后，確定故障原因?yàn)橹欣^閥的總風(fēng)閥座橡膠剝離導(dǎo)致密封不嚴(yán)，從而產(chǎn)生制動(dòng)不緩解故障。解決方案為更換故障中繼閥。

由文獻(xiàn)[4]，西安地鐵2號(hào)線曾發(fā)生單車制動(dòng)不緩解故障。對(duì)常用電磁閥進(jìn)行拆解分析發(fā)現(xiàn)，電磁閥內(nèi)部動(dòng)鐵心表面已剝落，導(dǎo)致其動(dòng)作卡滯，從而使閥口無法打開。解決方案為對(duì)電磁閥動(dòng)鐵心表面處理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3 故障排查及建議

(1)故障排查。通過對(duì)制動(dòng)不緩解故障的邏輯及原理等的研究，及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例故障的分析，如出現(xiàn)車輛制動(dòng)不緩解故障，除應(yīng)查看制動(dòng)系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)外，還應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備按EBCU、緩解電磁閥及緊急電磁閥、中繼閥的順序依次進(jìn)行檢查。

(2)建議。制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件選型及其可靠性對(duì)車輛安全運(yùn)營的影響很大。故提出如下建議：①選取剩磁較小的緩解電磁閥，以避免電磁閥不釋放問題。②中繼閥卡滯現(xiàn)象很少出現(xiàn)，多數(shù)故障出現(xiàn)在總風(fēng)閥座密封和橡膠件剝離問題上。因此需改進(jìn)工藝，并加強(qiáng)質(zhì)量管理，以保證中繼閥質(zhì)量的穩(wěn)定性。③選取發(fā)熱量小的緊急電磁閥，以降低電磁閥線圈的故障率。

4 結(jié)語

針對(duì)城市軌道交通車控制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)不緩解故障，從制動(dòng)控制原理出發(fā)，對(duì)故障的檢測(cè)邏輯、影響因素、故障原因深層分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。對(duì)實(shí)際故障案例進(jìn)行了研究分析，提出了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障排查方法，并針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)部件選型及質(zhì)量管理等提出建議，可有效降低制動(dòng)不緩解故障的發(fā)生概率。

[1] 中國城市軌道交通協(xié)會(huì)技術(shù)裝備專業(yè)委員會(huì). 城市軌道交通車輛電空制動(dòng)系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范：CZJS/T 005—2015[S]. 北京：中國城市軌道交通協(xié)會(huì)，2015：2.

[2] 吳萌嶺，陶再坤，田春，等. 中繼閥泄漏引起常用制動(dòng)不緩解故障特征分析[J] .儀器儀表學(xué)報(bào)，2013, 34(8): 1865.

[3] 張現(xiàn)銀. 關(guān)于廣州地鐵2號(hào)線國產(chǎn)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)不緩解問題的討論[J]. 中國科技博覽，2015(18): 2.

[4] 禹建偉. 西安地鐵2號(hào)線車輛單車制動(dòng)不緩解故障的分析及對(duì)策[J]. 鐵道車輛，2014, 52(8): 43.