總風低壓引起地鐵車輛緊急制動分析

李洪

摘 要：分析了一種總風壓力不足引起的緊急制動停車;對出現的緊急制動現象進行了描述;通過車上觀察，結合平時運用中出現的問題，對坡道出現緊急制動現象的原因進行了分析;分別從車輛設備和信號設備側進行了分析，并提出了解決方法，對工程設計和運營管理具有一定的參考。

關鍵詞：地鐵車輛;風源;制動;緩解;信號系統;緊急制動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.002

0 引言

B型地鐵車輛供風系統設備配置為每列配備兩臺排量720L/min的空壓機，每輛車一個150L的總風缸，一個100L的制動風缸。正常總風壓力范圍為7.5bar-9bar，總風壓力小于7.5bar時一臺主空壓機啟動工作，總風壓力小于7.0bar時兩臺空壓機同時啟動工作;兩臺空壓機按照一定的時間周期，輪流作為主空壓機工作。某種情況下，在運行過程中，當總風壓力小于7.0bar，兩臺空壓機同時工作的情況下，如果供風量依然小于耗風量，總風壓力會持續下降;壓力小于6.0bar時，總風壓力開關動作，緊急制動控制回路斷開，列車施加緊急制動。停車后列車必須在總風壓力上升到7.0bar以上時，壓力開關復位，緊急制動回路閉合，才可以重新啟動牽引。這種情況的頻繁出現會影響列車的正常運行。因此必須對出現這種現象的原因進行分析，找到解決措施，保證車輛設備正常安全的運營。

1 緊急制動現象的出現

車輛安裝的設備為國外某廠家的牽引控制和空氣制動系統;列車編組六輛，四動兩拖，制動系統負責制動力運算。車輛運行初期，ATO模式AW3工況下，在通過一較大凹形坡度區段時，頻繁出現列車運行到坡底時風壓不足引起緊急停車現象，直到風壓上升到7.0bar以上時，列車才能重新啟動，牽引列車上坡。為分析原因，采用運行過程中在司機室通過TCDS顯示屏觀察制動施加及空壓機的工作狀況，以下為觀察到的情況。

1.1 ATO運行模式

在正常區間運行時，列車為滿足信號系統的限速要求，使實際速度曲線更好的貼合目標速度曲線，時刻處于加速牽引或減速制動過程中;在區間兩分鐘左右的運行過程中，通過顯示屏觀察統計，發現施加制動操作達十次左右，制動級別大多為5-6級;兩個空壓機時刻處于工作狀態;總風壓力保持在6.5bar到7.0bar左右。列車通過前述坡度區段，運行到坡道底部時，風壓出現低于6.0bar現象，觸發緊急制動，列車停于坡底，直到風壓上升到7.0bar以上時，才能重新啟動牽引列車上坡。

1.2 ATP運行模式

為順利通過該區間，采用ATP人工駕駛模式，在該模式下，司機合理使用牽引及制動的時機及級位，利用惰行，平均制動作用次數減為六次左右，制動級別大多為4-5級左右，總風壓力始終保持在7.5bar以上，能正常通過該坡度區間。

2 原因分析

從以上所述看出，ATO模式下，列車施加制動次數較ATP模式多，制動級別較ATP模式大，因此制動耗風量大很多。在坡度區段疊加空簧的額外耗風增加量，造成總風壓力瞬時低于6.0bar;結合平時列車檢修發現的閘瓦磨耗量異常大，平均四個月左右所有閘瓦磨耗到限，判斷與空氣制動過度施加有關。下面進一步從車輛系統和信號系統進行分析。

2.1 車輛電空制動配合情況

圖1為AW3工況時，在動車上測得初速100km/h時的電空混合一次最大常用制動曲線，從曲線上看出，制動指令發出后，制動缸壓力迅速上升到5bar左右，2-3s后電制動力開始上升，隨著電制動力上升，空氣制動壓力開始緩解，電制動力達到最大值時，空氣制動壓力緩解到1bar左右。制動初始瞬間空氣制動的率先施加及逐步緩解動作消耗了壓力空氣。

圖2為AW0工況時，在動車上測得初速100km/h時的電空混合最大常用制動曲線，從曲線上看出，制動指令發出后，制動缸壓力迅速上升到3.0bar左右，2-3s后隨著電制動力開始上升，空氣制動缸壓力逐步緩解到0.5bar左右。制動初始瞬間制動缸壓力的一升一降同樣消耗了部分壓縮空氣。

通過TCDS顯示屏觀察到這樣的空氣制動動作在每次調速制動中都會出現，這與在電空混合制動中電制動優先施加，空氣制動在電制動力不足時予以補充原則不符。說明在ATO模式下，列車區間兩分鐘左右的運行時間內，進行十次左右的空氣制動，致使壓力空氣大量消耗。針對出現的問題，可采取以下方法解決。

方法一，提高電制動力的反應速度。由于牽引系統消磁、勵磁的特性，在消磁-勵磁時間內若發送制動需求，牽引系統將無法快速響應電制動力，因此可對牽引系統的控制邏輯進行優化，當牽引進入制動時，不進行消磁，電制動直接響應。

方法二，空氣制動力延遲投入。如果在電制動力的反應速度沒有改善前，延遲空氣制動的投入，會引起空走距離延長，影響列車制動減速度。

因此提高電制動力的反應速度，同時結合空氣制動的延遲投入，是避免制動初期空氣制動施加的有效方法。根據上面所述通過對制動軟件進行修改，在施加制動時，空氣制動延遲2-3s判斷電制動力是否滿足列車要求，若不足，根據電空混合原則，施加空氣制動進行補充。避免空氣制動的提前施加，在電制動力足夠時避免空氣摩擦制動力作用。

當然在列車低速運行時，比如進站停車速度低于10km/h時，由于電制動力減小甚至消失，這時空氣制動應該迅速動作，保證列車在站臺的精確停車。

2.2 信號系統運用分析

為使列車實際速度曲線與目標速度曲線一致，信號系統不斷發送牽引制動指令對列車速度進行控制，但未考慮牽引電機消磁與勵磁引起的電制動力滯后，每次調速制動中都會有空氣制動的參與。因此信號系統可對線路地圖數據進行優化，根據線路地形優化線路限速。避免短時間高限速的線路限速出現。在電制動力滯后未解決的情況下，多采用惰行，減少調速制動的施加頻次。由惰行到制動時，信號系統可提前2s左右發出制動指令，補償電制動施加的遲滯，結合空氣制動的延遲投入進行制動施加。

3 結語

通過以上分析看出，ATO模式下列車坡道緊急制動停車的原因為空氣制動頻繁施加造成的耗風量過大。因此應對車輛的電制動性能進行改善，提高電制動的反應速度，結合空氣制動的延遲投入，使電空混合制動滿足運用要求，避免在發出制動指令后空氣制動的提前施加。信號系統應考慮車輛牽引電制動設備實際狀況，根據地形對線路限速進行優化，充分利用惰行，減少ATO模式下制動施加次數，避免電空制動配合不良車輛出現空氣制動的過度施加。當然做到信號、線路和車輛的完美匹配需要經過大量的試驗和進一步的分析研究。

參考文獻：

[1]丁榮軍，陳文光.地鐵車輛用交流傳動系統的設計[J].機車電傳動，2001（05）：17-19.

[2]喬青峰.地鐵車輛車輪踏面異常磨耗原因分析[J].鐵道機車車輛，2011，31（03）：26-30.