地鐵車輛停放制動狀態的指示與判斷

杜平海

(金華市軌道交通集團有限公司 金華市 321000)

目前國內城軌地鐵車輛對于停放制動功能基本上采用的都是彈簧施加、空氣或者液壓緩解的方式，這種方式能夠保證在氣壓或者液壓不足的情況下，車輛能夠被安全地停放在軌道上。在車輛的設計中，停放制動的狀態也被用作牽引系統是否提供牽引力的前提條件，那么，在停放制動切除或者故障的條件下，停放制動的指示狀態與真實狀態的判斷，就會影響到車輛的安全性和可用性，以某項目地鐵車輛停放制動的設計為例對停放制動相關的邏輯與判斷進行探討。

1 停放制動功能的原理及控制

1.1 停放制動裝置的結構

停放制動由基礎制動單元實現，不論基礎制動單元是踏面型式還是盤式型式，本項目停放制動采用被動式結構，即由彈簧進行停放制動力的施加，緩解時采用空氣緩解或者液壓緩解。本項目地鐵車輛制動系統采用空氣制動系統，基礎制動采用踏面制動單元，踏面制動單元分為兩種，一種是帶有停放制動功能的踏面制動單元，另外一種不帶有停放制動功能。帶有停放制動功能的踏面制動單元的結構簡圖見圖1。

帶有停放制動功能的踏面制動單元上有兩個不同的氣缸，一個是停放制動缸，一個是常用制動缸。在常用制動的施加/緩解過程中，均是通過常用制動缸的充/排風來實現常用空氣制動的功能。在停放制動緩解的情況下，停放制動缸一般由總風或者制動風缸進行供風以實現停放制動緩解的功能，在施加停放制動時，停放制動缸的壓縮空氣會通過電磁閥排放到大氣中，壓縮彈簧的彈簧力作用在膜板上推動閘瓦壓迫輪對踏面施加停放制動力。

另外，待停放制動被施加以后，即使將空氣制動缸中的BC壓力釋放了，也難以緩解停放制動。為了在車輛空氣制動系統風壓不足的情況下能夠對停放制動進行緩解，在基礎制動單元上設計了手動緩解裝置，手動緩解裝置結構見圖2。

件號2為手動緩解拉桿，與手動緩解裝置的拉繩相聯接，其拉桿手柄安裝在轉向架構架側方，以方便操作。當拉動拉桿2時，棘爪1將被拉動，齒輪3將被釋放，因此螺桿4的扭矩支撐消除，儲能彈簧5、6作用在活塞8上的向下作用的力以及螺桿4的非自鎖螺紋所產生的扭矩失去支撐后，螺桿4和齒輪3將旋轉，使螺桿4從螺母7向上旋出，而一旦活塞8向下運動，鎖定銷9就會在彈簧10的作用下向下運動，卡住棘爪1，棘爪1將不能和齒輪3咬合。螺桿4在常用制動缸活塞11以及壓縮彈簧12的作用下，即使活塞8已經貼靠在底座的情況下也會一直向上旋擰，直到頂部，此時停放制動完全緩解。

1.2 停放制動設備的配置及氣路原理

停放制動的主要功能就是能夠將最大載荷列車安全地停放在線路的最大坡道上，所以在設計時需考慮車輛載荷以及線路條件。在本地鐵車輛上，每節車配備了4個帶有停放制動的踏面制動單元，在轉向架上采用斜對角的位置進行安裝，由空氣制動系統進行供風，采用以車為單元的控制方式，其設備的配置及氣路原理見圖3。

停放制動設備包括帶有停放制動的踏面制動單元(C03)，手動緩解拉繩(C03005)，帶電觸點的停放制動截斷塞門(B11)以及停放制動電磁閥(B09)。本工程車輛每節車配置4套帶有停放制動的踏面制動單元(C03)和手動緩解拉繩(C03005)，以及一個停放制動截斷塞門(B11)和停放制動電磁閥(B09)。

停放制動的施加/緩解由停放制動電磁閥(B09)進行控制，當電磁閥(B09)失電(正常位)，壓縮空氣向踏面制動單元的停放制動缸充風(A1 口與A3 口連通)，停放制動將被緩解；當施加停放制動，電磁閥(B09)得電，踏面制動單元停放缸內的壓縮空氣通過電磁閥(B09)(A2 口與A3 口連通)的A2 口流向EP2002閥，并通過EP2002 閥的3 口排出，停放施加。此時停放制動缸的壓力與3口常用制動缸的壓力相同，這是為了防止停放制動力與常用制動力完全疊加，通過常用制動缸的壓力緩解一部分停放制動力。

1.3 停放制動的控制

停放制動的施加/緩解采用硬線控制，通過操作頭車停放制動按鈕，使停放制動電磁閥得電或失電，列車停放制動控制原理見圖4。

2 停放制動狀態的指示與判斷

為了防止在停放制動施加時車輛牽引而導致輪對擦傷，在制動系統的硬線輸出上設置有停放制動緩解信號，此信號被應用在車輛牽引回路中，以保證車輛安全。由于停放制動狀態會影響到車輛的安全和運行，應通過TCMS或指示燈方式對停放制動狀態進行顯示有停放制動的狀態指示。

2.1 停放制動狀態的指示

停放制動狀態常用有兩種方法，一個由網關閥通過MVB向TCMS傳輸停放制動狀態信息，由TCMS顯示屏對停放制動狀態進行顯示；另外一個是由網關閥輸出每個CAN單元停放制動狀態的硬線信號，通過指示燈來進行停放制動狀態的顯示。

(1)顯示屏停放制動狀態顯示方案

本項目地鐵車輛為6輛編組的形式，制動系統采用兩個CAN網絡單元的結構，每個CAN單元中包括2個網關閥和4個智能閥。在每節車二位端EP2002閥的6號口設置有壓力傳感器(見圖3)。網關閥通過CAN網絡搜集本CAN單元三個車的停放制動壓力，并通過MVB發送到TCMS，由TCMS顯示屏顯示停放制動狀態，顯示方案詳見圖5，顯示方案說明詳見圖6。同時，為了方便檢修人員讀取停放制動缸的壓力，在“制動狀態”頁面中設置有“停放缸壓力”顯示，詳見圖7；在網絡調試頁面中的RIOM詳細信息中有帶電觸點的停放制動截斷塞門的狀態顯示，當操作停放制動截斷塞門時，停放制動切除會顯示為1，否則為0，詳見圖8。

(2)停放制動指示燈方案

為了在TCMS故障狀態下，司機能夠判斷出停放制動狀態，本項目地鐵車輛設置了停放制動指示燈，當停放制動施加時，停放制動指示燈亮；否則，停放制動指示燈滅。

由于制動系統智能閥沒有對外輸出接口，所有硬線輸出信號均取自于網關閥。當一個CAN單元3節車的停放制動壓力均大于動作值時，網關閥會輸出“停放制動緩解”硬線信號，此信號高電平有效，見圖9，停放制動指示燈電路圖詳見圖10。

2.2 停放制動與牽引指令的連鎖

在非ATO模式下，車輛牽引系統通過判斷牽引指令線的狀態來進行牽引力的施加，在牽引指令線為高電平時，允許牽引系統施加牽引力，否則牽引力將不能施加。停放制動緩解信號被串聯在牽引指令線中，詳見圖11(牽引指令回路中還有很多其他觸點，本圖只為示意圖)。

另外，當設備故障時可能會引起停放制動緩解信號不能被發出，為了在這種狀態下能夠確保正常行車，在車輛上設計了停放制動旁路按鈕，此按鈕用于旁路停放制動緩解繼電器觸點，在判斷為停放制動真實狀態為未施加時操作此按鈕，車輛可以繼續運行。

2.3 停放制動狀態的判斷

由于停放制動涉及到車輛的安全和運行，所以需要司機及維護人員能夠熟練地對停放制動真實狀態進行判斷，并操作相關部件進行停放制動的施加和緩解。

在正常狀態下，當空氣制動系統總風壓力足夠時，停放制動的施加/緩解可以通過停放制動電磁閥進行操作(見圖4)，停放制動的狀態可以通過TCMS顯示屏或者指示燈進行讀取(見圖5和圖10)。在車輛用于檢測停放缸壓力的EP2002閥失電/故障或者在停放制動截斷塞門處于截斷位時，會導致顯示屏顯示停放制動施加和停放制動指示燈亮，同時，牽引指令線不能得電，車輛不能正常運行。在這種情況下，為了能夠判斷此時停放制動的狀態，保證車輛的安全和運營，需要按照以下步驟依次排查：

(1)檢查制動風缸和總風缸壓力是否處于正常狀態，如果正常；

(2)檢查停放制動按鈕是否處于停放制動緩解位，如果是；

(3)檢查顯示停放制動施加的車輛的停放制動截斷塞門是否處于連通位，如果是；

(4)檢查顯示停放制動施加的車輛二位端EP2002閥是否正常(得電且無故障)。

如果以上檢查均正常，車輛依然顯示停放制動施加，停放制動指示燈依然亮，那么需要在保證車輛安全的前提下進行以下操作，來確認停放制動的真實狀態：

(1)緩解緊急制動，車輛施加保持制動；

(2)保持停放制動按鈕處于緩解指令位；

(3)按下強迫緩解按鈕，并保持其處于強迫緩解位。

檢查顯示停放制動施加車輛的踏面制動單元，觀察其是否處于停放制動施加狀態。如果是處于緩解狀態，那么恢復車輛為正常狀態，并按下停放制動旁路按鈕，可以繼續行車；如果處于施加狀態，那么需要操作此車的停放制動截斷塞門，隔離總風向停放制動缸的供風，同時通過手動緩解拉繩緩解停放制動車輛4個停放制動，之后按下停放制動旁路按鈕，可以繼續行車。

3 停放制動狀態指示的另外一種解決方案

本項目地鐵車輛停放制動狀態的指示依靠的是EP2002閥本身的壓力傳感器，通過壓力傳感器讀取的壓力和踏面制動單元本身的特性來判斷停放制動的施加和緩解狀態，無論是TCMS顯示停放制動的狀態，還是硬線指示燈的指示狀態，均離不開EP2002閥，對于6輛編組列車上的12個EP2002閥來說，二位端的閥為6個，再加上2個Tc車的網關閥，這8個閥任何一個故障或者失電，均會導致不能輸出停放制動緩解信號，而閥故障或者失電的幾率要遠高于壓力開關的故障幾率，所以最好在每節車上設置一個停放制動壓力開關用于指示燈的供電，詳見圖12。

圖12與圖3的區別是在停放制動管路上增加了停放制動壓力開關(B22)，壓力開關在停放缸壓力達到動作值后動作，造成觸點的切換，進行停放制動施加/緩解的指示，這樣就降低了對于EP2002閥的依賴，減少了誤報的幾率，提高了車輛的可用性。

4 結束語

目前大部分地鐵車輛停放制動的狀態均是依靠氣壓或者油壓來判斷，但是為了能夠減少故障車輛對于線路運營的影響，停放制動均有手動隔離和緩解的功能，通過氣壓或油壓判斷的停放制動狀態未必是真實的，而停放制動又關系到車輛的安全性和可用性，所以對運營人員和維護人員判斷停放制動狀態的準確性提出了更高的要求。對于地鐵車輛的設計人員來說，要進一步完善制動系統相關設備狀態的顯示方式，更加周密地對停放制動狀態邏輯進行設計，以降低誤報的幾率。