沈陽地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)空氣制動(dòng)隔離裝置升級(jí)改造研究

韓籽貞 王鑫

摘 要：當(dāng)車輛發(fā)生制動(dòng)不緩解故障時(shí)，需要進(jìn)行空氣制動(dòng)隔離操作，通過排空故障車踏面制動(dòng)單元內(nèi)的壓縮空氣實(shí)現(xiàn)制動(dòng)緩解。沈陽地鐵 1 號(hào)線車輛出現(xiàn)此類故障時(shí)，司機(jī)需要下車，通過截?cái)辔挥谲囅螺o助控制箱內(nèi)的故障轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T實(shí)現(xiàn)制動(dòng)隔離，所需操作時(shí)間較長，可能造成車輛延誤，影響運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。為縮短正線故障處置時(shí)間，應(yīng)對(duì)既有車輛制動(dòng)系統(tǒng)的空氣制動(dòng)隔離裝置進(jìn)行升級(jí)改造，增加車上空氣制動(dòng)隔離功能。為此，文章通過分析沈陽地鐵 1 號(hào)線既有車輛制動(dòng)系統(tǒng)氣路原理以及現(xiàn)有轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T的合理性，在保留現(xiàn)有轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T的基礎(chǔ)上，提出手動(dòng)隔離、遠(yuǎn)程隔離和帶緊急制動(dòng)互鎖功能的遠(yuǎn)程隔離 3 種升級(jí)改造方案，并對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)，最終得出結(jié)論，手動(dòng)隔離方案是適用于沈陽地鐵 1 號(hào)線既有車輛的最佳方案。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;制動(dòng)系統(tǒng);空氣制動(dòng)隔離裝置;升級(jí)改造

中圖分類號(hào)：U270.35

1 研究背景

沈陽地鐵1號(hào)線既有車輛制動(dòng)系統(tǒng)采用克諾爾集團(tuán)生產(chǎn)的EP2002型電空制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用架控制動(dòng)控制方式，每節(jié)車下安裝2個(gè)電子制動(dòng)控制單元——網(wǎng)關(guān)閥、智能閥，每個(gè)電子制動(dòng)控制單元分別控制其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向架上的4個(gè)踏面制動(dòng)單元的制動(dòng)施加與緩解;每節(jié)車下各設(shè)置1個(gè)輔助控制箱，輔助控制箱內(nèi)包含2個(gè)帶排氣功能的截?cái)嗳T，可截?cái)嗥鋵?duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向架上游的壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)單個(gè)轉(zhuǎn)向架的空氣制動(dòng)切除，從而使轉(zhuǎn)向架失去空氣制動(dòng)力。

若1號(hào)線既有車輛在正線發(fā)生制動(dòng)不緩解故障，司機(jī)可進(jìn)入隧道，截?cái)喙收宪囕v輔助控制箱中相應(yīng)的截?cái)嗳T，以實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)緩解。但由于1號(hào)線隧道空間狹窄、光線較暗，輔助控制箱位置較低，不利于司機(jī)的操作，因此故障處置時(shí)間較長，可能造成車輛延誤，影響地鐵運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。因此，1號(hào)線既有車輛目前采用斷合位于客室電氣柜內(nèi)的智能閥和網(wǎng)關(guān)閥的空氣開關(guān)、重啟閥體的方式實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)緩解。但可能出現(xiàn)重啟閥體后故障轉(zhuǎn)向架仍無法實(shí)施制動(dòng)緩解的情況，此時(shí)車輛只能抱閘運(yùn)行，從而導(dǎo)致車輪踏面和鋼軌擦傷。

本文將通過分析沈陽地鐵1號(hào)線既有車輛制動(dòng)系統(tǒng)的氣路原理，提出為其增加車上空氣制動(dòng)隔離功能的升級(jí)改造方案，通過電氣或機(jī)械控制在車上對(duì)發(fā)生制動(dòng)不緩解故障的轉(zhuǎn)向架進(jìn)行制動(dòng)隔離，以提高制動(dòng)系統(tǒng)的安全性與可靠性，保障車輛的安全運(yùn)營。

2 1 號(hào)線既有車輛制動(dòng)系統(tǒng)氣路原理

1號(hào)線既有車輛制動(dòng)系統(tǒng)的氣路原理如下：空氣自空氣濾清器吸入，經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮后流入雙塔干燥器，干燥后的壓縮空氣流入輔助控制箱，然后經(jīng)空氣過濾器、總風(fēng)截?cái)嗳T、止回閥后，分為2路，一路經(jīng)轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T1、網(wǎng)關(guān)閥至轉(zhuǎn)向架1的踏面制動(dòng)單元，另一路經(jīng)轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T2、智能閥至轉(zhuǎn)向架2的踏面制動(dòng)單元。除以上制動(dòng)管路外，壓縮空氣還經(jīng)輔助控制箱分別流向帶停放制動(dòng)裝置的踏面制動(dòng)單元和空氣彈簧。

3 現(xiàn)有轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T合理性分析

1號(hào)線既有車輛踏面制動(dòng)單元為克諾爾公司生產(chǎn)的PEC7型踏面制動(dòng)單元，工作原理為充風(fēng)制動(dòng)、無風(fēng)緩解。輔助控制箱內(nèi)2個(gè)轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T的常態(tài)為豎直導(dǎo)通狀態(tài)，若截?cái)嘣撊T，可截?cái)鄟碜云渖嫌蔚膲嚎s空氣，并排空轉(zhuǎn)向架1和轉(zhuǎn)向架2上踏面制動(dòng)單元制動(dòng)缸內(nèi)部的壓縮空氣，從而實(shí)現(xiàn)踏面制動(dòng)單元的緩解。轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T的使用條件如下。

（1）車輛在運(yùn)營中出現(xiàn)單個(gè)轉(zhuǎn)向架或單節(jié)車輛制動(dòng)不緩解時(shí)，通過操作此截?cái)嗳T可以切除故障車輛轉(zhuǎn)向架的空氣制動(dòng)，避免車輛抱閘運(yùn)行。

（2）車輛在運(yùn)營中出現(xiàn)整列車緊急制動(dòng)不緩解時(shí)，司機(jī)可通過此截?cái)嗳T切除各節(jié)車的空氣制動(dòng)，以便使用救援車輛將故障車輛拖離現(xiàn)場。

（3）在日常檢修中，檢修人員在車下檢查閘瓦與輪對(duì)踏面之間的間隙及更換閘瓦時(shí)，必須通過操作此截?cái)嗳T切除相應(yīng)轉(zhuǎn)向架的空氣制動(dòng)，防止踏面制動(dòng)單元?jiǎng)幼鲗?duì)人員造成傷害，保障其人身安全。

（4）車輛需要調(diào)車（如進(jìn)行車輪鏇修、車輛進(jìn)入無電區(qū)等）時(shí)，均需通過操作此截?cái)嗳T切除各節(jié)車的空氣制動(dòng)。

（5）車輛需排空全部壓縮空氣時(shí)，應(yīng)將轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T旋轉(zhuǎn)45°進(jìn)行排風(fēng)，否則無法排出制動(dòng)風(fēng)缸內(nèi)的壓縮空氣。

通過對(duì)轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T的使用條件進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：目前沈陽地鐵1號(hào)線既有車輛輔助控制箱內(nèi)的轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T可應(yīng)用于需切除空氣制動(dòng)的各種情況，設(shè)計(jì)合理，故后續(xù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)保留此截?cái)嗳T。

4 空氣制動(dòng)隔離裝置升級(jí)改造方案

基于上述分析，本文在保留現(xiàn)有轉(zhuǎn)向架截?cái)嗳T的基礎(chǔ)上，提出以下3種空氣制動(dòng)隔離裝置升級(jí)改造方案。

4.1 手動(dòng)隔離方案

目前，沈陽地鐵1號(hào)線增購車輛，以及2號(hào)、9號(hào)、10號(hào)線車輛均采用手動(dòng)隔離方案，根據(jù)車輛的氣路設(shè)計(jì)，在保留輔助控制箱內(nèi)原截?cái)嗳T的基礎(chǔ)上，在各節(jié)車的輔助控制箱氣路接口至智能閥氣路接口，以及輔助控制箱氣路接口至網(wǎng)關(guān)閥氣路接口之間分別加裝帶反饋觸點(diǎn)的手動(dòng)截?cái)嗳T。其設(shè)置在每節(jié)客室座椅下方，以便司機(jī)在客室內(nèi)進(jìn)行手動(dòng)操作。制動(dòng)風(fēng)管由車下經(jīng)車體地板引入客室。

同時(shí)，在手動(dòng)截?cái)嗳T外側(cè)加裝帶8 mm×8 mm四角鎖的金屬保護(hù)箱，防止因乘客誤操作而影響車輛運(yùn)營安全。截?cái)嗳T電觸點(diǎn)的電信號(hào)反饋至列車管理系統(tǒng)（TMS），司機(jī)可通過TMS屏幕監(jiān)測塞門的狀態(tài)，截?cái)嘣撊T后，TMS屏幕將顯示該轉(zhuǎn)向架被隔離。

4.2 遠(yuǎn)程隔離方案

在保留輔助控制箱內(nèi)原截?cái)嗳T的基礎(chǔ)上，在輔助控制箱氣路接口至智能閥氣路接口 ，以及輔助控制箱氣路接口至網(wǎng)關(guān)閥氣路接口 之間分別新增1組控制電磁閥和活塞閥，同時(shí)從輔助控制箱氣路接口加裝1路風(fēng)管至控制電磁閥，作為控制氣路。

兩端司機(jī)室增設(shè)轉(zhuǎn)向架隔離按鈕，分別控制其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)隔離，以實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)緩解。按鈕與對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向架的控制電磁閥之間采用硬線連接，通過操作轉(zhuǎn)向架隔離按鈕，驅(qū)動(dòng)控制電磁閥動(dòng)作，改變氣路流向，控制活塞閥排氣，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程隔離功能。

控制電磁閥正常為失電狀態(tài)，此時(shí)活塞閥處于通路狀態(tài)，轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)功能可以正常施加。當(dāng)司機(jī)在車輛運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)報(bào)出轉(zhuǎn)向架制動(dòng)不緩解相關(guān)故障時(shí)，按下對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)向架的隔離按鈕，此時(shí)控制電磁閥得電動(dòng)作，閥用電磁鐵勵(lì)磁，活塞閥排氣，從而實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)緩解。轉(zhuǎn)向架隔離按鈕連接至TMS，按下按鈕后，TMS屏幕將顯示該轉(zhuǎn)向架被隔離。

4.3 帶緊急制動(dòng)互鎖功能的遠(yuǎn)程隔離方案

手動(dòng)隔離方案、遠(yuǎn)程隔離方案雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)隔離功能，但同時(shí)也隔離了該轉(zhuǎn)向架的緊急制動(dòng)功能。為保證車輛緊急制動(dòng)功能的有效性，可以在遠(yuǎn)程隔離方案新增控制電磁閥、活塞閥的基礎(chǔ)上增加緊急制動(dòng)互鎖功能。具體設(shè)計(jì)方案為：在緊急制動(dòng)回路中串聯(lián)控制繼電器，在控制電磁閥的控制回路中增加該繼電器的常開觸點(diǎn)。當(dāng)緊急制動(dòng)安全環(huán)路導(dǎo)通時(shí)，該繼電器得電，控制電磁閥控制回路中的觸點(diǎn)閉合，按下轉(zhuǎn)向架隔離按鈕，控制電磁閥得電;當(dāng)緊急制動(dòng)安全環(huán)路斷開時(shí)，該繼電器失電，控制電磁閥控制回路中的觸點(diǎn)斷開，無論轉(zhuǎn)向架隔離按鈕是否按下，控制電磁閥均失電，處于隔離狀態(tài)下的轉(zhuǎn)向架將自動(dòng)解除制動(dòng)隔離，該轉(zhuǎn)向架的緊急制動(dòng)功能恢復(fù)，從而保證緊急制動(dòng)距離。

5 方案對(duì)比分析

從改造風(fēng)險(xiǎn)、故障處置效率等方面對(duì)上述3種方案進(jìn)行對(duì)比分析，得出各個(gè)方案的如下優(yōu)缺點(diǎn)。

5.1 手動(dòng)隔離方案

手動(dòng)隔離方案的優(yōu)點(diǎn)在于：①改動(dòng)對(duì)氣路原理影響較小;②與1號(hào)線增購車輛的轉(zhuǎn)向架隔離操作方式一致，可保證既有車輛、增購車輛隔離操作的一致性;③除對(duì)制動(dòng)管路的改動(dòng)外，每個(gè)轉(zhuǎn)向架僅增加1個(gè)截?cái)嗳T，隨之產(chǎn)生的故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)少于其他2種方案，對(duì)檢修維護(hù)工作影響較小。

其缺點(diǎn)在于：①對(duì)車下制動(dòng)管路的改動(dòng)較大，需從車體地板穿入風(fēng)管，并對(duì)車底進(jìn)行鉆孔和密封，改造工藝要求較高;②無法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程隔離功能，當(dāng)車輛運(yùn)行過程中需要進(jìn)行空氣制動(dòng)隔離時(shí)，司機(jī)須到相應(yīng)車廂的座椅處，手動(dòng)操作對(duì)應(yīng)故障轉(zhuǎn)向架的截?cái)嗳T，而高峰時(shí)段車內(nèi)乘客較多，隔離所需時(shí)間較長，可能會(huì)造成車輛晚點(diǎn)。

5.2 遠(yuǎn)程隔離方案

遠(yuǎn)程隔離方案的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)車輛在運(yùn)行過程中發(fā)生轉(zhuǎn)向架制動(dòng)不緩解故障，需要緩解單個(gè)轉(zhuǎn)向架的空氣制動(dòng)時(shí)，司機(jī)可通過按下司機(jī)室內(nèi)的轉(zhuǎn)向架隔離按鈕，激活控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障轉(zhuǎn)向架的遠(yuǎn)程制動(dòng)隔離，操作方便，可以大大縮短正線應(yīng)急故障處置時(shí)間，提高運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。

其缺點(diǎn)在于：①故障轉(zhuǎn)向架處于遠(yuǎn)程隔離狀態(tài)時(shí)，其緊急制動(dòng)功能也將被隔離，若此時(shí)發(fā)生緊急情況需要列車立即制動(dòng)，則該故障轉(zhuǎn)向架無法施加緊急制動(dòng)力，列車緊急制動(dòng)距離會(huì)有所增加;②電氣方面需要在兩端司機(jī)室增加轉(zhuǎn)向架隔離按鈕及按鈕至控制電磁閥的接線，在氣路上需要增加活塞閥和控制電磁閥，增加了檢修維護(hù)工作量及故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

5.3 帶緊急制動(dòng)互鎖功能的遠(yuǎn)程隔離方案

帶緊急制動(dòng)互鎖功能的遠(yuǎn)程隔離方案的優(yōu)點(diǎn)在于：除具備遠(yuǎn)程隔離方案的優(yōu)點(diǎn)外，還可在故障轉(zhuǎn)向架處于遠(yuǎn)程隔離的狀態(tài)下，且觸發(fā)緊急制動(dòng)時(shí)，復(fù)位遠(yuǎn)程隔離功能，從而保證緊急制動(dòng)的正常施加，降低故障對(duì)車輛運(yùn)營的影響。

其缺點(diǎn)在于：電氣方面需要更改緊急制動(dòng)安全環(huán)路、增加串聯(lián)控制繼電器、在車輛兩端司機(jī)室增加轉(zhuǎn)向架隔離按鈕及按鈕至控制電磁閥的接線、在控制電磁閥的控制回路中增加常開觸點(diǎn)，在氣路上需增加活塞閥和控制電磁閥，改動(dòng)工作量較大，增加了檢修維護(hù)工作量及故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

6 結(jié)語

通過對(duì)以上3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，手動(dòng)隔離方案為純機(jī)械控制，可靠性最高，改動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較?。ㄔ蛟谟谏蜿柕罔F1號(hào)線既有車輛在電氣、機(jī)械方面已經(jīng)完備），而且可以解決車輛在正線發(fā)生制動(dòng)不緩解故障時(shí)，司機(jī)無法在車上進(jìn)行制動(dòng)隔離操作的問題，避免車輪踏面和鋼軌的擦傷。因此，對(duì)于沈陽地鐵1號(hào)線既有車輛，宜采用此方案。

隨著地鐵運(yùn)營線路的增加及行車間隔的縮短，對(duì)正線故障處置效率的要求越來越高，帶緊急制動(dòng)互鎖功能的遠(yuǎn)程隔離方案更適應(yīng)未來地鐵的發(fā)展趨勢(shì)。因此，新造車輛可采用以帶緊急制動(dòng)互鎖功能的遠(yuǎn)程隔離為主、手動(dòng)隔離為備用的制動(dòng)隔離方式，以縮短正線故障處理時(shí)間，減少因制動(dòng)不緩解故障造成的列車延誤和晚點(diǎn)，提高運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]長春軌道客車股份有限公司. 沈陽地鐵一號(hào)線軌道車輛維修手冊(cè)第三分冊(cè) 制動(dòng)系統(tǒng)[G]. 2009.

[2]李彥武，張興寶. 用于地鐵車輛轉(zhuǎn)向架空氣制動(dòng)切除的截?cái)嗳T安裝方式[J]. 城市軌道交通研究，2015（3）：133-135.

[3]梁強(qiáng)升. 提高地鐵列車故障救援效率的探討[J]. 城市軌道交通研究，2007（8）：23-25.

[4]夏寅蓀，陳鐘麟. 上海地下鐵道車輛制動(dòng)系統(tǒng)（上）[J]. 鐵道車輛，1995（1）：5.

[5]趙建飛. 基于減速度控制的新一代地鐵車輛制動(dòng)控制技術(shù)[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2019（11）：39-46.

[6]張永壘，侯繼峰，朱西深，等. 城軌車輛常用制動(dòng)隔離系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J]. 中國鐵路，2014（5）：115-117.

[7]杜鵬，張?jiān)鲇?，毛保華. 城際軌道交通列車故障救援模式的探討[J]. 城市軌道交通研究，2011（3）：75-78.

[8]鄭曉民，宋雨潔.地鐵列車救援對(duì)乘客的影響及對(duì)策建議[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009（13）：249.

[9]薛國星，段學(xué)軍.地鐵突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)防與處置研究[J]. 中國應(yīng)急救援，2008（2）：21-23.

[10] 楊峰. 地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)淺析[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2009（4）：29-31.

[11] 王偉波，胡躍文，蔣廉華. Nabtesco地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)概述[J]. 電力機(jī)車與城軌車輛，2009（3）：40-42，47.

[12] 邱偉明，任翠純. 廣州地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)分析[J]. 機(jī)車電傳動(dòng)，2005（4）：45-48.

[13] 吳新宇. 克諾爾模擬式地鐵制動(dòng)系統(tǒng)概述[J]. 鐵道車輛，2000（S1）：78-81，1.

[14] 吳雷朋，徐廣增，陳閣，等. 城軌地鐵EP2002空氣制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（7）：50-51.

[15] 匡如華. EP2002制動(dòng)系統(tǒng)及其在城軌車上的應(yīng)用[J]. 機(jī)車電傳動(dòng)，2009（5）：33-35.

[16] 郭堯. 地鐵車輛EP2002制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（16）：70-72.

[17] 張夢(mèng)溪，陳林，沈劉星. 城軌車輛隔離塞門切除后的制動(dòng)不緩解故障分析[J]. 裝備制造技術(shù)，2020（2）：117-120.

[18] 楊兵，許利利. 地鐵車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用分析[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019（4）：191-192.

[19] 王壽峰，徐廣增. 城軌車輛車控制動(dòng)系統(tǒng)與架控制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比分析[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2019（1）：114-117，122.

收稿日期 2019-12-16

責(zé)任編輯 蘇靖棋