地鐵工程車制動機自動換端故障分析及改進設計

鄧宗群 毛金虎 李開曄 楊智 謝軍威

摘 要：針對地鐵蓄電池工程車使用過程中出現(xiàn)的自動換端不成功現(xiàn)象，首先介紹了工程車自動換端控制原理，并結合工程車停放控制原理分析自動換端失敗的原因，綜合考慮自動換端的安全性和可靠性后提出了一種改進方案。改進后的自動換端方案采用壓力傳感器采集的制動缸壓力信號作為自動換端的條件之一，既能保證自動換端成功，又不影響制動系統(tǒng)的安全性。

關鍵詞：自動換端;工程車;控制原理;改進

中圖分類號：U267.1? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）08-0057-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.08.016

0? ? 引言

自動換端功能，即在受電弓不降弓、主斷路器閉合、壓縮機等設備持續(xù)工作的狀態(tài)下實現(xiàn)換端作業(yè)，而且換端成功后自動將受電弓、主斷路器、壓縮機等設備切換至操作端控制[1]。因此自動換端將不再需要受電弓頻繁地降弓和升弓，可以有效避免在霧霾和雨雪天氣發(fā)生的車頂高壓設備霧閃接觸網(wǎng)斷網(wǎng)事故和受電弓凍結無法升起的事故，提高換端作業(yè)及轉線作業(yè)的效率[2]。

地鐵工程車的作用是在檢修基地牽引地鐵列車、平板車、鋼軌打磨車等進行調車作業(yè)，或到正線牽引救援事故列車，如果不具備自動換端功能，那么換端操作時司乘人員需在操作端降受電弓、斷主斷，然后到另一端重新升受電弓和合主斷，操作煩瑣。因此，目前地鐵蓄電池工程車設有自動換端功能，但是地鐵工程車在使用過程中存在自動換端不成功的問題，給客戶的換端操作帶來不便。本文從自動換端和停放制動控制原理出發(fā)，分析了自動換端失敗的原因，并提出了一種有效和可靠的自動換端改進方案。

1? ? 自動換端控制原理

地鐵蓄電池工程車通過按司機室操作臺上的自動換端按鈕激活“自動換端”程序，之后只要同時滿足以下3個條件就能實現(xiàn)自動換端：

（1）司控器在“零”位，同時模式選擇開關在“零”位，即無方向選擇信號;

（2）機車處于靜止狀態(tài);

（3）施加了停放制動。

在激活了自動換端到本操作臺司機鑰匙拔出，再到另外一個操作臺被占用這段時間內，所有的微機顯示屏均顯示“自動換端正在進行”。如果在自動換端有效時間內有一端司機室操作臺再次被占用，這時“自動換端”程序應結束，并在微機顯示屏上提示“自動換端結束”，自動換端成功;如果在自動換端有效時間內沒有操作臺被再次占用，所有空氣壓縮機等輔機停止工作，高速斷路器斷開，同時降下受電弓，然后“自動換端”程序結束，在此過程中微機顯示屏上顯示“自動換端超時故障”，自動換端失敗;如果自動換端程序沒有被成功激活，則微機顯示屏上顯示“自動換端條件不滿足，激活失敗”，自動換端不成功。

2? ? 自動換端不成功的原因分析

目前工程車自動換端條件之一是必須施加停放制動，但根據(jù)調試人員和客戶反饋，當制動缸壓力達到450 kPa時，停放制動壓力開關動作并給出停放緩解信號，如圖1所示，導致自動換端失敗。工程車停放制動控制原理如圖2所示，制動缸壓力和停放總風壓力通過比較閥、停放塞門進入停放缸，這種防止停放制動力和制動缸壓力同時疊加的設計原理，當制動缸壓力上升到一定值后存在緩解停放制動的可能性，影響自動換端。

地鐵工程車自動換端時，司乘人員需按壓操作臺停放施加按鈕，雙脈沖電磁閥動作，停放缸壓力通過停放塞門和比較閥排向大氣。如果停放缸壓力降至400 kPa以下，停放壓力開關動作，停放制動施加并將信號傳給工程車中央控制單元。同時大閘置重聯(lián)位、小閘置運轉、鑰匙開關斷掉制動控制器的電源，制動柜內部所有電磁閥均失電，制動電磁閥因失電將均衡風缸壓力按常用制動速率排向大氣[3-4]。由于均衡風缸壓力變化，中繼閥被帶動動作，保證列車管壓力跟均衡壓力保持一致（相差不超過10 kPa），如圖3所示。當列車管壓力降至260 kPa以下時，分配閥增壓部閥口在壓力差作用下被打開[5]，總風經(jīng)閥口向容積室充風，制動缸壓力最終上升至（450±20）kPa，并通過比較閥進入停放缸，停放壓力開關動作，輸出高電平緩解信號給工程車I/O模塊。如果在制動缸壓力上升到450 kPa之前和自動換端有效時間內完成換端所有程序和操作，那么自動換端成功;否則，自動換端失敗。

3? ? 自動換端改進方案

由于地鐵工程車停放控制原理采用制動缸壓力與停放總風壓力比較后進入停放缸，這種控制方式存在制動缸壓力上升后緩解停放制動的問題。為解決調試和運用過程中出現(xiàn)的自動換端不成功問題，可以采用調高停放壓力開關整定值的應急措施，但其存在以下問題：一是停放壓力開關的整定值會隨環(huán)境、使用時間發(fā)生變化，需定期進行整定壓力值的校準;二是當停放缸的風壓達到450 kPa時，停放缸實際已經(jīng)完全緩解，但由于停放壓力開關沒有動作，給出的信號還是停放施加信號，所以工程車I/O模塊監(jiān)控的停放狀態(tài)跟實際狀況并不吻合。因此，既要考慮安全停車，尤其是在坡道上安全停車，又要能夠實現(xiàn)自動換端，本文提出了一種改進的工程車自動換端方案。

改進后的自動換端條件取消“施加了停放制動”，并將“制動缸壓力大于360 kPa”作為自動換端的條件之一。單臺地鐵工程車共有8個單元制動器，其中4個帶停放制動功能，4個不帶停放功能。經(jīng)計算分析，當制動缸壓力達到360 kPa左右時，8個制動缸產(chǎn)生的總制動力約為63 000 N，4個停放缸施加的停放制動力約為34 000 N。即使在停放制動完全緩解的狀態(tài)下，只要制動缸壓力達到360 kPa，也能夠滿足平直軌道和單機40‰坡道上安全停車，因此將制動缸壓力大于360 kPa作為自動換端條件更加安全和可靠。

地鐵工程車電空制動機制動缸模塊控制原理如圖4所示，壓力傳感器可以對制動缸壓力進行實時監(jiān)控和采集[6]，且采集的壓力信號通過硬線傳給工程車I/O模塊，如圖5所示。I/O模塊只需將傳感器采集的制動缸壓力信號轉換成對應的壓力值并作為自動換端的條件之一，即可保證自動換端，同時實現(xiàn)自動換端不受停放制動影響。

改進后的自動換端需同時滿足以下3個條件：

（1）司控器在“零”位，同時模式選擇開關在“零”位，即無方向選擇信號;

（2）機車處于靜止狀態(tài);

（3）制動缸壓力大于360 kPa。

4? ? 試驗驗證結果

改進后的自動換端方案已在工程車上完成試驗驗證，能夠解決現(xiàn)有的工程車自動換端不成功的問題，而且實現(xiàn)了停放緩解狀態(tài)下的自動換端功能。改進方案跟目前電力機車自動換端條件相似[7]，電力機車是制動控制單元采集制動缸壓力傳感器信號判斷制動機已施加制動，并將制動機制動信號發(fā)送給機車中央控制單元作為自動換端的條件之一，工程車是I/O模塊通過傳感器直接采集制動缸壓力值，并將其大于360 kPa作為自動換端條件之一，因此改進后的自動換端方案是一種成熟和可靠的方案。

5? ? 結語

本文針對地鐵工程車使用過程中自動換端不成功問題，提出了一種改進的自動換端方案。改進方案是工程車I/O模塊通過采集制動缸壓力傳感器的壓力信號作為自動換端的條件之一，相比改進前的自動換端條件，壓力傳感器的穩(wěn)定性和可靠性比壓力開關更高，同時又避免了停放制動對自動換端的影響。

綜上所述，改進后的地鐵工程車自動換端方案相比改進前，換端操作步驟不變，能夠在現(xiàn)有的地鐵工程車上廣泛應用，既不影響工程車制動系統(tǒng)的安全性，又實現(xiàn)了自動換端。

[參考文獻]

[1] 王曉鵬，韓紅彬.HXD21000系交流傳動貨運電力機車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)[J].鐵道機車與動車，2017（11）：1-4.

[2] 任廣慧.HXD2B型機車車頂防霧閃問題的解決[J].機車車輛工藝，2014（4）：47-48.

[3] 劉豫湘，陸縉華，潘傳熙.DK-1型電空制動機與電力機車空氣管路系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[4] 方長征，李開曄，劉杰.DK-2型機車制動機閘缸壓力控制改進設計[J].機車電傳動，2019（5）：152-155.

[5] 鄧宗群，蔣廉華，李開曄.109型分配閥遲滯試驗研究[J].技術與市場，2014，21（5）：47-48.

[6] 李開曄，蔣廉華，方長征.機車制動缸壓力控制及部件改進設計[J].電力機車與城軌車輛，2018，41（3）：49-51.

[7] 宋夕政，李哲，李新，等.HXD3D型電力機車換端功能的研究與實現(xiàn)[J].鐵道機車車輛，2016，36（1）：17-19.

收稿日期：2022-01-20

作者簡介：鄧宗群（1984—），男，湖南人，碩士研究生，工程師，研究方向：軌道交通。