重聯(lián)運營城軌列車脫鉤防護方法研究及應(yīng)用

趙小軍,何 燁,尚江傲,王丹梅

中車株洲電力機車有限公司,湖南 株洲 412001

0 引言

地鐵列車是在中大型城市中快速、大運量、用電力牽引的軌道交通裝備,中大型城市都會存在早高峰和晚高峰,因此地鐵列車重聯(lián)運營需求日益增多。地鐵靈活編組運營組織模式可以有效平衡乘客候車時間和降低車底購置費用,實現(xiàn)地鐵運營效益及系統(tǒng)服務(wù)水平的最佳協(xié)同[1]。相較于固定編組,重聯(lián)編組運營模式可以縮減地鐵的牽引耗電及維修費用支出,從而降低運營成本,減少乘客候車時間及碳排放,帶來更高的社會效益[1]。

重聯(lián)運營列車通過全自動車鉤進行聯(lián)掛,存在意外脫鉤的風(fēng)險。目前國內(nèi)外應(yīng)對重聯(lián)運營列車意外脫鉤情況,普遍采用的控制方法是前后車同時施加緊急制動和緊急停車[2],此種控制方法存在一定的安全風(fēng)險,如果重聯(lián)列車意外脫鉤,前后車同時施加緊急制動,前車受到外部阻力過大等其他原因,將可能導(dǎo)致后車撞擊前車,造成車輛受損,甚至是乘客人員傷亡。重聯(lián)運營列車意外脫鉤,可能導(dǎo)致空氣泄露,存在因空氣不足導(dǎo)致緊急制動力不足,不能可靠、及時停車的風(fēng)險。

為了規(guī)避列車意外脫鉤后車撞擊前車的風(fēng)險和不能及時停車的風(fēng)險,本文提出一種適用于城軌列車重聯(lián)編組運營的脫鉤防護方法[3],保證重聯(lián)列車從兩列車聯(lián)掛端意外脫鉤的情況下,后車先施加制動,前車延遲施加制動,避免后車撞擊前車;列車意外脫鉤后不僅施加緊急制動和緊急停車,而且施加停放制動,確保列車可以及時、可靠的停車。

1 脫鉤防護方法控制方案

設(shè)計一種新的控制電路及方法,包含列車聯(lián)掛控制電路、列車完整性電路、緊急制動控制電路、緊急停車控制電路、意外脫鉤防護電路和停放制動控制電路。通過控制電路及控制方法,結(jié)合延時電路的設(shè)計,實現(xiàn)列車意外脫鉤后,后車立即施加緊急制動,延時0.5 s后施加緊急停車,延時1 s后施加停放制動;前車0.5 s后施加緊急停車,延時0.5 s后施加緊急制動(緊急停車觸發(fā)也會導(dǎo)致緊急制動觸發(fā)),延時1 s后施加停放制動。解決重聯(lián)列車意外脫鉤時前車滯后于后車施加制動問題。

1.1 列車聯(lián)掛控制電路

重聯(lián)運營列車均會在頭車配置全自動車鉤,全自動車鉤由機械鉤頭和電氣鉤頭組成,電鉤頭配置重聯(lián)電纜,實現(xiàn)重聯(lián)列車的網(wǎng)絡(luò)通信及硬線控制。城軌列車常用的聯(lián)掛控制電路[2]如圖1所示。KM1為人工司機室占有繼電器;KM2為故障車聯(lián)掛端繼電器;KM3為故障車無急停延時繼電器(失電延時0.5 s);KM4為聯(lián)掛延時繼電器(得電延時2 s、失電延時2 s);KM5為緊急停車?yán)^電器;KM6為列車聯(lián)掛好繼電器;V01、V02為單向二極管;S01為解鉤按鈕;S02為緊急停車按鈕;Y01為解鉤電磁閥;001～006、101～106為全自動車鉤連接器插針和插孔。

當(dāng)2列車聯(lián)掛完成后,本車全自動車鉤的插針001與它車全自動車鉤的插孔101對插,實現(xiàn)電氣聯(lián)掛;列車聯(lián)掛好后,列車聯(lián)掛好繼電器KM6得電;列車聯(lián)掛端繼電器KM2得電;本車無緊急停車時,故障車無急停繼電器KM3得電;聯(lián)掛延時繼電器KM4得電。

當(dāng)列車聯(lián)掛端通過司機鑰匙進行司機室占有后,人工司機室占有繼電器KM1得電,在零速情況下,司機可操作解鉤按鈕S01進行解鉤控制。

當(dāng)操作本車S02緊急停車按鈕后,KM5緊急停車?yán)^電器失電,導(dǎo)致它車故障車無急停延時繼電器KM3失電。當(dāng)操作它車S02緊急停車按鈕后,導(dǎo)致本次故障車無急停延時繼電器KM3失電。即本車操作緊急停車按鈕S02,它車也會觸發(fā)緊急停車;它車操作緊急停車按鈕S02,本車也會觸發(fā)緊急停車。

1.2 列車完整性電路

列車完整性電路是由整編組列車車頭至車尾再回到車頭的硬線建立的控制回路。列車完整性電路如圖2所示,列車完整性使用延時繼電器KM7(失電延時1 s)。當(dāng)列車聯(lián)掛完成后,KM7得電;當(dāng)列車意外脫鉤時,列車完整性斷開,KM7延時1 s后失電。

圖2 列車完整性電路簡圖

1.3 緊急制動控制電路

緊急制動由硬線邏輯進行控制,列車完整性是控制緊急制動的條件之一,列車完整性丟失,硬線電路會觸發(fā)緊急制動。緊急制動控制電路[4]如圖3所示。

圖3 緊急制動控制電路簡圖

重聯(lián)列車意外脫鉤時,由于后車緊急制動列車線供電來自前車,列車脫鉤導(dǎo)致后車緊急制動列車線失電,后車立即施加緊急制動。前車在意外脫鉤情況下,由列車完整性信號觸發(fā)緊急制動,由于完整性延時繼電器KM7的觸點延時1 s斷開,故前車在意外脫鉤后延時1 s才會觸發(fā)緊急制動。緊急停車也是觸發(fā)緊急制動的條件之一,如果列車觸發(fā)緊急停車,必然會觸發(fā)緊急制動。

1.4 緊急停車控制電路

緊急停車控制由硬線實現(xiàn),由緊急停車按鈕、聯(lián)掛延時繼電器KM4和故障車無急停延時繼電器控制。單列車構(gòu)建控制回路,緊急停車控制電路如圖4所示。緊急停車受聯(lián)掛延時繼電器KM4和故障車無急停延時繼電器KM3控制。當(dāng)列車A1端聯(lián)掛時,A1端KM4、KM3得電,A2端KM3、KM4不得電,A1端電源經(jīng)A1端KM3繼電器的15～16觸點,再流經(jīng)A2端KM4繼電器的15～18觸點,使緊急停車?yán)^電器KM5得電。

圖4 緊急停車控制電路簡圖

由于緊急停車控制電路中使用KM3故障車無急停延時繼電器,當(dāng)重聯(lián)列車意外脫鉤時,KM3繼電器延時0.5 s斷開,導(dǎo)致緊急停車?yán)^電器KM5延時0.5 s失電,前車和后車均延時0.5 s后施加緊急停車。

1.5 脫鉤防護控制電路

通過解鉤按鈕、故障車聯(lián)掛端繼電器、列車聯(lián)掛端繼電器、停放緩解繼電器和脫鉤控制繼電器構(gòu)建脫鉤控制電路如圖5所示。KM8為停放緩解繼電器,列車在運行過程中KM8不得電,KM8的1～2觸點閉合;KM9為脫鉤控制繼電器,KM10為脫鉤控制延時繼電器(得電延時1 s)。當(dāng)列車聯(lián)掛完成后,列車聯(lián)掛端KM6列車聯(lián)掛好繼電器得電,KM6的1～2觸點閉合;列車聯(lián)掛端故障車聯(lián)掛端繼電器KM2得電,KM2的3～4觸點閉合;故KM9脫鉤控制繼電器得電。由于KM6繼電器的3～4觸點斷開,故KM10脫鉤控制延時繼電器不得電。

當(dāng)重聯(lián)列車意外脫鉤時,列車聯(lián)掛好繼電器KM6失電,則KM6的3～4觸點閉合,由于意外脫鉤前脫鉤控制繼電器KM9得電,KM9的3～4觸點閉合,導(dǎo)致KM10脫鉤控制延時繼電器得電。

1.6 停放制動控制電路

列車停放制動為機械制動,脫鉤控制延時繼電器KM10是控制停放制動的條件之一,脫鉤控制延時繼電器控制停放制動電路如圖6所示。KM11為停放施加繼電器,當(dāng)KM11得電時,列車施加停放制動。KM10脫鉤控制延時繼電器延時1 s得電,則KM10的15～16觸點閉合,意外脫鉤列車的前車和后車均延時1 s觸發(fā)施加停放制動。

圖6 停放制動控制簡圖

2 脫鉤防護方法應(yīng)用

土耳其新機場線地鐵車輛項目采用全自動無人駕駛列車,并具有重聯(lián)運營功能。為了避免列車運行過程中列車意外脫鉤發(fā)生后車撞擊前車情況,采用該脫鉤防護方法,保證列車從2列車聯(lián)掛端意外脫鉤的情況下,后車立即施加緊急制動,延遲施加停放制動和緊急停車,前車延遲施加緊急制動、緊急停車和停放制動。保證意外脫鉤的列車,后車先施加制動,前車延遲施加制動,避免后車撞擊前車。

3 結(jié)束語

土耳其新機場線地鐵車輛已完成試驗驗證,列車意外脫鉤防護方法滿足設(shè)計要求,達(dá)到預(yù)期效果,并得到用戶的認(rèn)可。該控制方法不僅可解決列車意外脫鉤可靠停車問題,而且解決后車延時制動問題。該控制方法可在國內(nèi)外機車、地鐵、輕軌等軌道交通車輛上應(yīng)用。