廣州地鐵二號線國產制動系統(tǒng)工作原理以及典型故障分析

董小軍

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510000）

廣州地鐵二號線國產制動系統(tǒng)工作原理以及典型故障分析

董小軍

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510000）

對廣州地鐵二號線車輛國產制動系統(tǒng)的組成、控制原理以及故障診斷進行了闡述，結合了國產制動系統(tǒng)典型故障的調查分析，得出國產制動系統(tǒng)在現場應用中比德國KNORR系統(tǒng)更具優(yōu)勢。

地鐵車輛；國產制動系統(tǒng)原理；典型故障分析

1 國產制動系統(tǒng)的簡介

廣州二號線A5型增購車二期車輛使用了由鐵科院機車研究所獨立開發(fā)研制的國產制動系統(tǒng)，簡稱鐵科制動。鐵科制動系統(tǒng)改寫了廣州地鐵一直采用進口制動系統(tǒng)的歷史，提高了地鐵列車的國產化率。該系統(tǒng)采用微機控制的模擬式電－空制動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用車控方式實現列車的制動功能。

（1）BCU每車配備一個，用于常用、緊急的制動控制，制動控制裝置從控制類型上分為兩個部分：電子控制單元（EBCU）和氣動控制單元（PBCU）。

2 國產制動系統(tǒng)原理

2.1 制動系統(tǒng)組成

制動系統(tǒng)的控制裝置包括制動控制裝置（BCU）、輔助控制裝置、防滑控制裝置以及防滑閥、速度傳感器等。制動系統(tǒng)主要實現制動控制、防滑控制以及其他檢測、診斷等功能，如圖1所示。

圖1 制動系統(tǒng)功能原理圖

（2）輔助控制裝置每車配備一個，用于停放制動控制和空簧供風；

（3）防滑排風閥和速度傳感器每軸配備一個，用于空氣制動時的防滑控制。

2.2 制動控制

列車采用基于MVB的網絡結構，司機控制器可以同時產生模擬和數字兩種制動控制指令，模擬控制指令由列車控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊采集，然后通過MVB總線傳送到每一個車的BCU，當網絡控制系統(tǒng)正常時，優(yōu)先使用由網絡傳送的模擬制動指令，當網絡系統(tǒng)故障無法傳送制動指令時，硬線制動指令通過列車線傳送至BCU。

列車制動采用電制動與空氣制動實時協(xié)調配合、電制動優(yōu)先、空氣制動延時投入的混合制動方式。當電制動不足時，優(yōu)先在拖車上補充空氣制動。當總的電制動力大于動車總的制動力需求，但不滿足全列車的制動力需求時，則各拖車根據載荷來補充空氣制動，動車上不需要補充空氣制動；當總的電制動力還不能滿足動車總的制動力需求時，則拖車根據本車的載荷施加本拖車所需求的制動力，而動車則根據本動車的載荷來補充空氣制動。

2.3 制動功能實現原理

2.3.1 氣制動力計算

如圖2所示，VCU采集ATO或者司控器手柄位置，將對應級位發(fā)送給各車BCU，需求的電制動力經計算后通過MVB發(fā)送給牽引系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)將本車電制動狀態(tài)以及電制動實際發(fā)揮的值通過網絡傳給BCU，最后BCU根據電制動力和各車所需制動力算出各車補充空氣的制動力。

2.3.2 常用/快速制動控制

制動時BCU根據需求空氣制動壓力，壓力傳感器檢測的作用(預控)風缸壓力以及制動缸壓力，由氣動控制單元中E/P閥輸出預控（AC）壓力，再由中繼閥放大后輸出到制動缸。制動施加過程中采用制動缸壓力智能數字控制方式，控制E/P轉換閥對作用風缸的充風或排風，實現對中繼閥預控壓力的閉環(huán)控制。

圖3 常用/快速制動實現基本原理

2.3.3 保持制動和緊急制動

在正常情況下，BCU從車輛總線接收保持控制指令，采用VCU的停車制動邏輯，進行正常的電空混合制動轉換，保證列車可以停穩(wěn)；在應急牽引模式下，BCU響應車輛硬線的保持制動指令并施加50%的保持制動力；當網絡與硬線同時故障時，車速低于0.5 km/h時且為制動工況，BCU將自動施加保持制動；當接收到牽引信號后自動緩解保持制動。

緊急制動是獨立的控制系統(tǒng)，由列車安全環(huán)路直接控制，通過緊急制動電磁閥施加純空氣制動。

2.4 防滑控制

國產制動空氣制動防滑功能主要通過BECU、防滑閥和軸速度傳感器實現。國產制動采用車控方式控制一節(jié)車的4根軸，同時在每根軸上均有一個防滑閥，實現單軸的防滑控制。BECU通過采集4根軸的速度，計算各軸的速度差和減速度，判斷各軸是否發(fā)生滑行，若檢測到某根軸發(fā)生滑行，BECU會有效的控制防滑閥進行保壓或排風動作，使滑行車輪恢復到正常的粘著狀態(tài)，在保證制動減速度的同時，防止制動力過大造成車輪的擦傷。

圖4 緊急制動PBCU控制基本原理示意圖

防滑判據依據如下：

1）速度差判據：當某一軸速度低于參考速度（基準速度）達到判定滑行數值；

2）減速度判據：當某一軸的減速度達到判定滑行數值；

防滑判據參數如表1所示。表1中Vref為防滑系統(tǒng)的參考速度，VN為各軸速度；β為減速度。

表1 防滑判據參數

2.5 制動系統(tǒng)故障診斷功能

國產制動系統(tǒng)故障診斷主要由BECU實現，通過數字量輸入輸出模塊、CAN總線模塊、制動控制模塊、防滑控制模塊，周期性采集牽引/制動以及緊急制動等信號輸入、空氣制動施加/緩解輸出，E/P控制閥，防滑排風閥，TMS通信，壓力傳感器，軸速度傳感器速度值等信息，由制動控制板根據故障診斷邏輯判斷，實現制動系統(tǒng)故障診斷和自診斷功能。

制動系統(tǒng)具有故障信息自存貯和顯示功能，通過BECU上數碼管顯示，實現狀態(tài)信息和故障信息的查詢；通過BECU板卡上的指示燈查詢電源、板卡或通訊故障。同時制動系統(tǒng)也通過MVB總線將故障診斷信息傳遞給VCU，并在車輛屏上顯示。

3 國產制動典型故障分析

二號線采用國產制動系統(tǒng)的T28車，在運營中經常發(fā)生偶數A車有異響，一段時間后發(fā)現兩A車閘瓦偏磨嚴重，且均有不同程度的橫向裂紋，圖5為閘瓦嚴重偏磨，圖6為閘瓦裂紋。

圖5 閘瓦嚴重偏磨

圖6 閘瓦裂紋

3.1 閘瓦偏磨和裂紋的原因

為調查A車閘瓦偏磨和裂紋原因，截取列車運行時制動曲線進行對比分析。正常情況下，列車由高速轉制動時，優(yōu)先使用電制動；當電制動能力不足時，氣制動進行補充。但是分析該車制動曲線（圖7），發(fā)現高速轉制動時，A車的制動缸壓力一直存在，為氣制動施加狀態(tài)，因此導致A車閘瓦偏磨嚴重，出現裂紋等現象。

3.2 調查A車氣制動施加的原因

從圖7分析，B車1軸速度一直存在頻繁波動，B車電制動在高速制動時施加時間較短，隨后被切除，而C車電制動施加正常。結合該車事件記錄儀曲線進一步分析，發(fā)現A車制動缸壓力一直處于施加狀態(tài)直至停車，與制動曲線吻合；另外發(fā)現B車1架BCU滑行信號變?yōu)?，長時間未恢復正常粘著狀態(tài)。從邏輯分析，當出現電制動滑行時，EBCU根據滑行前的電制動力計算空氣制動力，優(yōu)先在A車上補充空氣制動，電制動連續(xù)防滑5 s時，EBCU發(fā)送切除電制動指令。

3.3 處理措施

經過上述調查分析判斷為1架防滑閥故障，導致1架防滑功能失效，A車氣制動補償施加，最終導致A車閘瓦出現偏磨和裂紋的情況發(fā)生。通過更換該防滑閥后，跟蹤驗證列車制動曲線已恢復正常，未再發(fā)生A車閘瓦偏磨情況。

圖7 列車制動曲線

4 結束語

鐵科院國產制動系統(tǒng)首次在廣州地鐵二號線列車上運用，從目前的應用情況看，該套系統(tǒng)總體具有良好的可靠性能，通過前期調試之后能夠很好的與二號線現有的車輛系統(tǒng)配合工作，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。與德國Knorr公司制動控制采用的高度集成化技術相比較，國產制動系統(tǒng)更加適合于車輛的檢修工作，車輛技術更加公開化，檢修車間對于該系統(tǒng)技術容易掌握，另外在車輛故障之后更換部件的成本也有了較大的降低。

［3］李培曙.地鐵車輛的防滑控制［J］.鐵道車輛，2001，39（7）：9-11.

［1］韓增輝，王輝.城市軌道車輛制動系統(tǒng)國產化的研究［J］.鐵道車輛，2004，42（10）：7-11.

［2］匡如華.EP2002制動系統(tǒng)及其在城軌車上的應用［J］.城市軌道車輛，2009（5）：33-35.

Principle and Typical Fault Analysis of Domestic Brake of Guangzhou Metro Line 2

DONG Xiao-jun
（Guangzhou Metro Corporation Guangzhou，Guangzhou510000，China）

This article describes the composition,control principle and fault diagnosis of domestic brake system of Guangzhou Metro Line 2，combined with the investigation and analysis of the typical fault of domestic brake system,the application in field application of domestic brake system has more advantages than KNORR system of Germany.

metro vehicle；principle of domestic brake system；typical fault analysis

U26

B

1009－9492(2014)07－0205－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.057

董小軍，女，1987年生，甘肅平涼人，大學本科，助理工程師。研究領域：城市軌道交通車輛檢修和技術管理。

(編輯：王智圣)

2014－03－21