大連快軌三號(hào)線車輪防滑系統(tǒng)簡(jiǎn)介及故障診斷

龐 祺

(大連公交客運(yùn)集團(tuán)有限公司，遼寧 大連116011)

0 概述

軌道車輛在線路中運(yùn)營(yíng)過程中，車輪打滑是嚴(yán)重影響輪對(duì)壽命的一個(gè)重要因素，輪對(duì)踏面的擦傷也將大大影響旅客乘坐舒適度，嚴(yán)重時(shí)甚至危及行車安全。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，如果施加的摩擦制動(dòng)力過度，超過了粘著限制，輪對(duì)與軌道間就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。 嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)輪對(duì)被制動(dòng)單元抱死，導(dǎo)致輪對(duì)踏面嚴(yán)重擦傷。因此，必須采取有效措施防止車輪打滑造成踏面擦傷。

車輪防滑在鐵路車輛上的應(yīng)用有著悠久的歷史，防滑系統(tǒng)早期是其初級(jí)階段的機(jī)械式防滑器，它由傳感閥和排風(fēng)閥組成。 它判斷是否要發(fā)生滑行的根據(jù)只有一種，即車輪的角減速度。 它把回轉(zhuǎn)體的慣性轉(zhuǎn)換成位移，打開閥門或接通電路，使角減速度驟低的輪對(duì)緩解。防滑器發(fā)展的第二階段是電子式防滑器。 它可以采用多種判據(jù)，又具有較高的靈敏度和較快的作用速度， 還能進(jìn)行必要的監(jiān)督和輪徑補(bǔ)償；但其缺點(diǎn)是分離電子元件的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象不易清除，需要進(jìn)行各種偏置電壓的大量調(diào)整工作，而且易受環(huán)境影響，性能不穩(wěn)定，維修量較大。

隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，防滑系統(tǒng)的發(fā)展也進(jìn)入了第三個(gè)階段，即采用微機(jī)控制的防滑系統(tǒng)。它可以對(duì)制動(dòng)、即將滑行、緩解、再粘著的全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)與控制，信息采用脈沖處理，既簡(jiǎn)單又可靠，無零點(diǎn)漂移，故無需調(diào)節(jié)和補(bǔ)償，更重要的是微處理器的處理速度極快，可大大提高檢測(cè)精度，即使微小而緩慢的滑行也能及早檢測(cè)出來并采取措施加以防止。

微機(jī)控制的防滑系統(tǒng)還有一個(gè)突出的優(yōu)越性，即它可以利用軟件隨時(shí)提供有關(guān)信息，進(jìn)行自我檢查、診斷和監(jiān)督，必要時(shí)可把有關(guān)信息隨時(shí)儲(chǔ)存、調(diào)用和顯示。 它還能根據(jù)新的情況和要求很方便的改變控制判據(jù)而不必改動(dòng)軟件。

在大連快軌三號(hào)線車輛制動(dòng)系統(tǒng)中就引入了微機(jī)控制的車輪防滑WSP（Wheel Slide Protect ）系統(tǒng)，作用于常用制動(dòng)及緊急制動(dòng)過程中，用來防止因制動(dòng)過度車輪打滑造成的輪對(duì)踏面擦傷。 系統(tǒng)在每根軸上安裝有一個(gè)速度傳感器用來測(cè)取輪軸速度。在每架的中繼閥與制動(dòng)單元之間安裝一個(gè)防滑閥，用來控制該架的車輪防滑。 這是一種比較先進(jìn)的防滑系統(tǒng)。

1 車輪防滑系統(tǒng)WSP 的功能

1.1 速度信號(hào)的測(cè)取

系統(tǒng)通過在每根軸上安裝速度傳感器來測(cè)取速度信號(hào)。三號(hào)線車輛采用G16 型脈沖發(fā)生器，以非接觸式測(cè)量鐵磁體齒輪的轉(zhuǎn)速。 該脈沖發(fā)生器由磁阻測(cè)量傳感器和一個(gè)與其相連的電子譯碼器組成。兩個(gè)部件都密封在一個(gè)鋁制模鑄殼體內(nèi)。它可以自動(dòng)檢測(cè)具有一定幾何形狀的鐵磁體旋轉(zhuǎn)齒輪的輪齒和間隙。測(cè)量傳感器將磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 一個(gè)電流為7mA 或14mA 的電源經(jīng)過譯碼器施加在輸出端上。工作時(shí)，根據(jù)單位時(shí)間的脈沖數(shù)可以獲得軸端速度。 這些速度信號(hào)被送到EBCU 的主板MB04B-1 進(jìn)行分析及處理。

安裝在軸端的磁性齒輪參數(shù)為齒數(shù)：80

1.2 車輪打滑的判定

WSP 的控制邏輯是EBCU（微機(jī)制動(dòng)控制單元）的一部分，EBCU連續(xù)接收位于每根軸上速度傳感器傳來的速度信號(hào)。 每節(jié)車輛的EBCU 將接收到的四根軸上的四個(gè)速度信號(hào)V1～V4 計(jì)算出算術(shù)平均值作為該節(jié)車輛的參考速度V，這個(gè)速度V 將會(huì)最大程度地接近實(shí)際車速。 當(dāng)四個(gè)速度中的某個(gè)速度偏離出參考速度一定范圍時(shí)（該范圍一般設(shè)定為2km/h），則判斷該軸發(fā)生打滑。

若出現(xiàn)四根軸同時(shí)打滑，則根據(jù)以下方法進(jìn)行判定：

車輛在無打滑現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，制動(dòng)減速時(shí)的參考速度圖象為平滑曲線，曲線每一處的斜率我們稱為參考坡度。 并將該坡度曲線與系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)先存儲(chǔ)好的坡度矩陣進(jìn)行對(duì)比。 當(dāng)參考坡度發(fā)生突然性的改變時(shí)，系統(tǒng)判定四根軸同時(shí)打滑。

1.3 防滑閥的功能（圖1）

防滑閥的安裝可采用兩種形式，軸控（每根軸安裝一個(gè)防滑閥）和架控（每個(gè)轉(zhuǎn)向架安裝一個(gè)防滑閥）。三號(hào)線車輛的防滑閥安裝采用架控的形式。如圖所示，防滑閥基本上由一個(gè)閥體和兩個(gè)轉(zhuǎn)換膜板、一個(gè)雙閥電磁鐵、兩個(gè)將閥門電磁鐵連接在閥體上的膜板以及一個(gè)閥架組成。閥體有兩個(gè)閥座（Vd 和Vc）。每個(gè)閥座都能通過膜板開啟或關(guān)閉。閥內(nèi)的兩個(gè)電磁閥分別為充氣閥和排放閥，一個(gè)用于切斷從中繼閥來的壓力供給，另一個(gè)用于緩解排放制動(dòng)單元制動(dòng)缸內(nèi)的BC 壓力。 根據(jù)閥的功能，如果兩個(gè)閥都得電，則制動(dòng)單元制動(dòng)缸開始通過防滑閥排風(fēng)，直到用于排風(fēng)的電磁閥斷電為止。此時(shí)只有充氣閥得電，制動(dòng)單元制動(dòng)缸壓力處于保持狀態(tài)。 如果兩個(gè)閥門全部斷電，則制動(dòng)單元制動(dòng)缸會(huì)一直充風(fēng)，直到用于切斷充氣路的充氣閥得電，充氣才停止，并保持在現(xiàn)有壓力狀態(tài)。防滑閥的這種功能允許其既可以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的增大或減小BC 壓力，也可以短時(shí)間階段性的增大和減小BC 壓力，并可以隨時(shí)保持BC 壓力。

圖1 防滑閥的功能示意圖

1.4 WSP 的控制邏輯

當(dāng)發(fā)生車輪打滑時(shí)， 無論是一根軸還是多根軸打滑，EBCU 通過對(duì)發(fā)生打滑軸的速度變化進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)打滑軸的實(shí)際速度與實(shí)際打滑進(jìn)行控制。

一種情況下，當(dāng)EBCU 分析認(rèn)定打滑現(xiàn)象并不嚴(yán)重，即發(fā)生打滑軸的速度只是稍微偏離了車輛參考速度。 EBCU 控制打滑軸所在轉(zhuǎn)向架上的防滑閥階段緩解制動(dòng)缸BC 壓力，并可保持緩解后的BC 壓力。當(dāng)打滑現(xiàn)象消除后，EBCU 立即再控制防滑閥階段性的恢復(fù)BC 壓力，直至原制動(dòng)要求下的壓力值。 通常情況下，一次階段性的充排氣只需300～500ms。 若恢復(fù)BC 壓力過程中再次出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，則EBCU 重新按上述過程控制消除打滑。 原則上，這樣做的目的是避免制動(dòng)力的過度損失，使車輛始終處在發(fā)生打滑的邊緣。 這樣即可獲得與軌道最大的粘著力。

另一種情況，當(dāng)EBCU 分析認(rèn)定發(fā)現(xiàn)打滑現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，例如車輪已經(jīng)被抱死。 EBCU 將控制打滑軸所在轉(zhuǎn)向架上的防滑閥對(duì)制動(dòng)單元制動(dòng)缸進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間排風(fēng)。 每個(gè)長(zhǎng)時(shí)間排風(fēng)周期為3～5S，一個(gè)排風(fēng)周期過后，如仍有較嚴(yán)重打滑再進(jìn)行第二次長(zhǎng)時(shí)間排風(fēng)。 直到打滑軸速度接近車輛參考速度，再通過防滑閥階段緩解BC 壓力至打滑現(xiàn)象完全消失。 待消失后，EBCU 再通過防滑閥向制動(dòng)缸內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間充風(fēng)， 直至BC 壓力值達(dá)到原制動(dòng)要求。 原則上，在這種情況下，EBCU 更會(huì)避免制動(dòng)力過度損失。

2 防滑閥的安全電路及WSP 的試運(yùn)轉(zhuǎn)

防滑閥的每個(gè)電磁閥都由EBCU 的“安全電路”監(jiān)控，以避免制動(dòng)力的過度損失，如果發(fā)生故障，使電磁閥通電時(shí)間太長(zhǎng)，安全電路會(huì)將其自動(dòng)切斷，并按原制動(dòng)要求，建立制動(dòng)缸BC 壓力。

車輪防滑系統(tǒng)WSP 的性能可以通過試運(yùn)轉(zhuǎn)來驗(yàn)證， 試運(yùn)轉(zhuǎn)只能在靜止時(shí)進(jìn)行。 制動(dòng)必須實(shí)施于常用制動(dòng)的最高制動(dòng)要求上。

按下位于EBCU 主板MB04B-1 的MMI（人機(jī)接口）面板上的鍵“2”并持續(xù) 3S，將開始 WSP 試運(yùn)轉(zhuǎn)。

試運(yùn)轉(zhuǎn)包括以下操作：

——觸發(fā)（內(nèi)部）信號(hào)的輸入和輸出。

——防滑閥試驗(yàn)（從閥1 開始，按順序進(jìn)行）

轉(zhuǎn)向架1 和轉(zhuǎn)向架2 的防滑閥按順序通電，轉(zhuǎn)向架1 和轉(zhuǎn)向架2依次緩解，首先采用一個(gè)0.5S 的階段緩解，然后持續(xù)大約10S。制動(dòng)缸排風(fēng)時(shí)，可聽到聲音。在這期間內(nèi)也測(cè)試每個(gè)防滑閥的安全電路。在試驗(yàn)結(jié)束后，如果檢測(cè)出故障，將顯示相關(guān)代碼。

如果車輛開始移動(dòng)，則試運(yùn)轉(zhuǎn)中斷。如果一切性能正常，首先在主板上顯示“8888”，最后顯示屏顯示“89”。

3 WSP 系統(tǒng)在大連三號(hào)線車輛中的應(yīng)用

由于大連輕軌3 號(hào)線車輛的電空制動(dòng)系統(tǒng)中安裝有WSP 系統(tǒng)，這使得車輪打滑現(xiàn)象得到了很好的控制。但是這并不意味著就沒有車輪打滑導(dǎo)致輪對(duì)踏面擦傷現(xiàn)象的發(fā)生。 經(jīng)檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)，部分車輛的踏面仍有小塊面積擦傷現(xiàn)象發(fā)生。 更為嚴(yán)重的情況是在2007 年三列車先后出現(xiàn)了單節(jié)動(dòng)車大面積擦傷的現(xiàn)象。

擦傷現(xiàn)象的發(fā)生可能由下列原因所致：

（1）當(dāng)TCU(牽引控制單元)及EBCU（微機(jī)制動(dòng)控制單元）共同確認(rèn)車輛處于牽引狀態(tài)時(shí)，WSP 系統(tǒng)將不會(huì)起作用。

（2）當(dāng)車速過低時(shí)（通常 V＜3km/h），WSP 系統(tǒng)也將無法正常控制車輪防滑。

通過上述原因可見，該系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)，仍無法適應(yīng)鐵路部門生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的需要。 仍需要通過與生產(chǎn)中實(shí)際相結(jié)合，不斷改進(jìn)更新。

4 結(jié)論

車輪防滑系統(tǒng)WSP 在電空制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，在很大程度上有效的防止了車輪打滑現(xiàn)象的發(fā)生。 但通過實(shí)際的運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的應(yīng)用雖然只能完全防止由于空氣制動(dòng)時(shí)輪對(duì)被抱死的情況發(fā)生， 但卻不能完全控制車輪打滑的發(fā)生，而只能是將其限制在一定的范圍內(nèi)，盡量降低打滑對(duì)輪對(duì)造成的危害。 總之，該系統(tǒng)在制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的地位還是舉足輕重的。 盡管有WSP 的存在，司機(jī)在雨雪等惡劣天氣下，軌道粘著系數(shù)降低時(shí)，還應(yīng)該注意操縱技巧，最大程度避免打滑發(fā)生。

［1］中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司.快軌車輛運(yùn)用保養(yǎng)手冊(cè)[Z].2 版.2005.

［2］中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司.快軌車輛制動(dòng)部件運(yùn)用保養(yǎng)手冊(cè)[Z].2003.