城市軌道交通車控制動系統制動不緩解故障分析

王群偉

(中國鐵道科學研究院機車車輛研究所，100081，北京//副研究員)

城市軌道交通車輛制動系統可能出現對行車安全影響較大的故障，具體有制動力不足故障及制動不緩解故障。制動力不足故障是指制動過程中實際施加的空氣制動力不能滿足需要。制動不緩解故障是指在制動緩解指令下達后，制動力在一定時間內不能緩解到規定的值，從而導致車輛抱閘，可能造成輪對和軌面的擦傷，甚至需要車輛救援。從運營安全考慮，制動不緩解故障造成的影響相對更大。本文著重分析制動不緩解故障。

本文對城市軌道交通車輛車控制動系統制動不緩解故障的檢測邏輯、故障原因等進行分析，并結合某些典型故障案例，對現場的故障排查方法及提升產品質量提出建議。

1 車控制動系統

車控制動系統是以每輛車為單位來設置制動控制單元的制動控制方式，即每輛車均配置1套獨立的制動控制單元(BCU),用于控制本車的制動力。

注：1——濾清器；2——充風電磁閥；3——緩解電磁閥；6——中繼閥；9——空重閥；10——緊急電磁閥；5、7、11——壓力傳感器；13——壓力開關；4、8、12——壓力測點；AS1、AS2——空氣彈簧

圖1 車控制動控制單元氣動原理圖

常用制動時，壓力傳感器(7)檢測空簧壓力控制充風電磁閥AV和緩解電磁閥RV的得電和失電，常用預控壓力AC通過中繼閥流量放大后施加制動。壓力傳感器(5和11)實現對預控壓力的閉環控制。當有緩解指令時，緩解電磁閥得電，實現制動緩解。

緊急制動時，緊急電磁閥失電，空重閥輸出根據空氣彈簧(AS1、AS2)壓力限制的緊急預控壓力，通過中繼閥的流量放大后進入制動缸。制動系統得到緊急制動緩解指令后，緊急電磁閥得電，制動緩解。

2 制動不緩解故障分析

2.1 檢測邏輯

制動不緩解故障的定義為：當空氣制動應當緩解時，實際的制動缸壓力未能在規定時間內降到緩解壓力以下。不同的車控制動控制系統對于制動不緩解的邏輯判斷雖有差異，但其基本判斷邏輯是一致的。制動不緩解故障的檢測過程如圖2所示。

圖2 制動不緩解檢測過程

制動不緩解判斷邏輯為：在非制動狀態下,如果制動缸壓力實際值大于一定值(目前常規設定為40 kPa左右)，持續時間超過一定值(目前常規設定為3.5 s左右),則制動系統報警制動不緩解故障。

制動不緩解故障的復位條件通常為：制動缸壓力在降低到25 kPa以下或減速度指令不為0，則制動不緩解故障復位。設定值可根據項目需求而調整。

2.2 故障原因分析

制動不緩解故障主要由EBCU(電子制動控制單元)故障和PBCU(氣動制控制單元)故障引起。

2.2.1 EBCU故障

如EBCU的板卡或線路發生故障，會導致指令沒有傳遞到PBCU中的緩解電磁閥或緊急電磁閥，從而引起制動不緩解。如果板卡內部控制程序存在問題或元器件發生故障，就會使對緩解電磁閥的指令發出異常；電磁閥不動作，則制動缸壓力不會產生變化；制動系統進行判斷后會報警單車的制動不緩解故障。如出現此類制動不緩解故障，則可通過互換同類板卡等方法進行排查。

2.2.2 PBCU故障

PBCU部件主要有緩解電磁閥、中繼閥及緊急電磁閥等。根據制動控制單元氣動原理及故障判斷邏輯，部件故障造成制動不緩解故障的關系為：①常用制動緩解電磁閥發生故障，常用預控壓力無法排空，形成制動不緩解故障。②中繼閥動作出現卡滯情況，導致制動缸壓力無法排出，形成制動不緩解故障；在緩解狀態下，中繼閥內部總風閥座關閉不嚴，導致總風壓力進入到制動缸管路中，于是制動系統向車輛報警制動不緩解故障[2]。③如緊急電磁閥發生故障(如線圈斷路)，則會導致車輛在正常緩解狀態時施加意外緊急制動，即使常用制動緩解，仍會造成制動不緩解故障。

2.3 常見部件故障分析

2.3.1 常用制動緩解電磁閥故障

緩解電磁閥在實際應用中會出現電磁閥失電但是預控壓力無法排出的現象，較易出現的緩解電磁閥故障有電氣故障和機械故障。

(1)電氣故障。在使用中，如緩解電磁閥發生電氣故障，其釋放電流偏小，則剩磁產生的吸力會大于復位彈簧的回復力，故電磁閥仍處于關閉狀態，常用預控壓力無法排出。

(2)機械故障。電磁閥的鐵芯在磁力驅動下運動。發生機械故障時，由于彈簧或鐵芯本身存在偏差、或者異物進入等原因，導致機械運動受限卡滯，從而致使閥口無法打開。

2.3.2 中繼閥故障

中繼閥的主要故障可分為機械卡滯故障和密封故障。

(1)機械卡滯故障。如果中繼閥上勾貝與總風閥座之間沒有脫離，仍處于關閉狀態，則制動壓力無法從排風口排出，造成制動無法緩解，發生制動不緩解故障。

(2)密封故障。當總風閥座出現橡膠件剝離現象時，會導致總風閥密封不嚴，造成總風閥在緩解狀態下向制動缸壓力腔漏風，同時通過排風口向大氣排風。當制動管路壓力大于邏輯判斷設定值時，則制動系統向車輛報警制動不緩解故障。

2.4 緊急電磁閥故障

制動系統中緊急電磁閥長期處于得電狀態。如溫度升高造成電磁線圈的熔斷，則緊急電磁閥將打開緊急預控通路，從而造成制動不緩解故障。

3 制動不緩解案例及建議

3.1 EBCU故障案例

武漢地鐵2號線發生曾發生單車制動不緩解故障。當時，HMI(司機顯示屏)顯示緩解狀態下該車制動壓力不變化。對EBCU板塊進行檢查發現，控制制動緩解的板卡上存在燒損的痕跡。由此可判斷導致制動不緩解的直接原因為EBCU板卡發生故障。

3.2 氣動執行部件故障案例

由文獻[3]，廣州地鐵2號線曾出現正線制動不緩解故障。發生故障后，確認EBCU及電磁閥等功能均正常。檢查中繼閥后，確定故障原因為中繼閥的總風閥座橡膠剝離導致密封不嚴，從而產生制動不緩解故障。解決方案為更換故障中繼閥。

由文獻[4]，西安地鐵2號線曾發生單車制動不緩解故障。對常用電磁閥進行拆解分析發現，電磁閥內部動鐵心表面已剝落，導致其動作卡滯，從而使閥口無法打開。解決方案為對電磁閥動鐵心表面處理進行優化設計。

3.3 故障排查及建議

(1)故障排查。通過對制動不緩解故障的邏輯及原理等的研究，及對現場實例故障的分析，如出現車輛制動不緩解故障，除應查看制動系統記錄數據外，還應對現場的設備按EBCU、緩解電磁閥及緊急電磁閥、中繼閥的順序依次進行檢查。

(2)建議。制動系統關鍵部件選型及其可靠性對車輛安全運營的影響很大。故提出如下建議：①選取剩磁較小的緩解電磁閥，以避免電磁閥不釋放問題。②中繼閥卡滯現象很少出現，多數故障出現在總風閥座密封和橡膠件剝離問題上。因此需改進工藝，并加強質量管理，以保證中繼閥質量的穩定性。③選取發熱量小的緊急電磁閥，以降低電磁閥線圈的故障率。

4 結語

針對城市軌道交通車控制動系統制動不緩解故障，從制動控制原理出發，對故障的檢測邏輯、影響因素、故障原因深層分析等方面進行了詳細的闡述。對實際故障案例進行了研究分析，提出了對現場故障排查方法，并針對制動系統部件選型及質量管理等提出建議，可有效降低制動不緩解故障的發生概率。

[1] 中國城市軌道交通協會技術裝備專業委員會. 城市軌道交通車輛電空制動系統通用技術規范：CZJS/T 005—2015[S]. 北京：中國城市軌道交通協會，2015：2.

[2] 吳萌嶺，陶再坤，田春，等. 中繼閥泄漏引起常用制動不緩解故障特征分析[J] .儀器儀表學報，2013, 34(8): 1865.

[3] 張現銀. 關于廣州地鐵2號線國產制動系統制動不緩解問題的討論[J]. 中國科技博覽，2015(18): 2.

[4] 禹建偉. 西安地鐵2號線車輛單車制動不緩解故障的分析及對策[J]. 鐵道車輛，2014, 52(8): 43.