上海地鐵5號(hào)線車輛停放制動(dòng)故障分析及處理

(上海地鐵維護(hù)保障有限公司 車輛分公司，上海 200235)

0 引言

目前，上海軌道交通已進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展階段，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營格局已初步形成。網(wǎng)絡(luò)化規(guī)模的增大，給城市帶來便利的同時(shí)，對(duì)車輛的維護(hù)和檢修也帶來了挑戰(zhàn)。

上海地鐵5號(hào)線車輛使用多年來，經(jīng)常發(fā)生停放制動(dòng)施加或緩解緩慢故障，經(jīng)過對(duì)停放制動(dòng)故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和研究，發(fā)現(xiàn)絕大部分的故障為電磁閥故障。車輛在正線運(yùn)營時(shí)，在每次折返線轉(zhuǎn)換司機(jī)室時(shí)都會(huì)自動(dòng)施加停放制動(dòng)，而司機(jī)到點(diǎn)發(fā)車時(shí)又要緩解停放制動(dòng)，導(dǎo)致停放制動(dòng)電磁閥的動(dòng)作頻繁，一旦發(fā)生無法緩解故障將直接影響正線運(yùn)營。

為此，本文對(duì)停放制動(dòng)故障原因進(jìn)行分析，根據(jù)故障原因?qū)ν７胖苿?dòng)電磁閥及控制進(jìn)行研究，制定有效解決方案，有效降低故障率和下線率，提高運(yùn)營的安全可靠性。

1 車輛停放制動(dòng)控制工作原理

停放制動(dòng)是車輛上重要的制動(dòng)系統(tǒng)，用于確保車輛在數(shù)天的停放過程中不會(huì)有任何移動(dòng)。轉(zhuǎn)向架上的停放制動(dòng)單元由一臺(tái)與空氣制動(dòng)缸串聯(lián)一臺(tái)彈簧力作用的制動(dòng)缸組成，該制動(dòng)單元施加停放制動(dòng)。停放制動(dòng)是充氣緩解，排氣施加。當(dāng)空氣供應(yīng)故障時(shí)，停放制動(dòng)須手工緩解。

停放制動(dòng)控制是通過司機(jī)室駕駛臺(tái)上的停放制動(dòng)按鈕的操作，來控制停放制動(dòng)電磁閥的動(dòng)作，并通過電磁閥的換向來控制停放制動(dòng)缸內(nèi)壓力空氣的充排，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)施加和緩解。當(dāng)緩解停放制動(dòng)時(shí)，壓力空氣充入停放制動(dòng)缸，阻止停放制動(dòng)缸彈簧制動(dòng)力的作用而實(shí)施；當(dāng)施加停放制動(dòng)時(shí)，停放制動(dòng)缸中的壓力空氣逐漸排入大氣，這時(shí)停放制動(dòng)由于彈簧力的作用而實(shí)施。停放制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是，其停放制動(dòng)力永遠(yuǎn)不衰減，當(dāng)停放的車輛在總風(fēng)管和制動(dòng)缸的壓力空氣排盡時(shí)，停放制動(dòng)接管常用制動(dòng)，以保證車輛停放的要求。

1.1 停放制動(dòng)電磁閥簡(jiǎn)介

車輛制動(dòng)系統(tǒng)采用克諾爾的EP98制動(dòng)系統(tǒng)，為防止車輛無制動(dòng)空氣后可能產(chǎn)生溜車，該系統(tǒng)安裝有停放制動(dòng)空氣回路，停放制動(dòng)電磁閥為二位三通的結(jié)構(gòu)，采用110VDC電源，工作氣壓為0—10.5bar，直接采用車輛主風(fēng)管供氣，安裝于每節(jié)車底的制動(dòng)模塊區(qū)域，其結(jié)構(gòu)原理圖和實(shí)物圖如圖1 所示。

1.2 停放制動(dòng)控制回路

停放制動(dòng)控制方式為：電磁閥失電→停放制動(dòng)缸放氣→停放制動(dòng)施加；電磁閥得電→停放制動(dòng)缸充氣→停放制動(dòng)緩解。

圖1 電磁閥結(jié)構(gòu)原理圖和實(shí)物圖

2 故障情況及原因分析

根據(jù)對(duì)正線運(yùn)營時(shí)發(fā)生的停放制動(dòng)電磁閥故障統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，停放制動(dòng)電磁閥故障表現(xiàn)形式主要分為兩種：第一種表現(xiàn)為停放制動(dòng)不緩解，共出現(xiàn)1次，占比約為5%，經(jīng)查該故障為電磁閥線圈燒損引起。第二種表現(xiàn)為停放制動(dòng)緩解或施加動(dòng)作緩慢，共出現(xiàn)20次，占比約為95%，如表1所示，其中由于停放制動(dòng)故障導(dǎo)致車輛下線17次。

表1 停放制動(dòng)電磁閥故障表現(xiàn)形式

由表1可知，停放制動(dòng)緩解或施加動(dòng)作緩慢占比較高，而且影響程度較大，所以對(duì)此進(jìn)行了深入的分析。

1)在故障發(fā)生時(shí)，對(duì)故障車輛停放制動(dòng)電磁閥的控制電壓、線路阻值進(jìn)行測(cè)量，未發(fā)現(xiàn)異常。從停放制動(dòng)電磁閥控制回路得知，四節(jié)車輛的停放制動(dòng)電磁閥為并聯(lián)形式的電路連接，電路上不存在時(shí)間上的滯后性。

2)對(duì)故障車輛的停放制動(dòng)缸檢查后發(fā)現(xiàn)，每節(jié)車上的2個(gè)帶停放制動(dòng)缸的單元制動(dòng)機(jī)幾乎動(dòng)作一致，沒有明顯的時(shí)間差。查閱車輛氣路圖得知，每節(jié)車輛2個(gè)停放制動(dòng)缸的氣路并列接于停放制動(dòng)電磁閥控制管路下方，由此可以判斷停放缸也不是造成動(dòng)作緩慢的原因。

3)對(duì)停放制動(dòng)電磁閥進(jìn)行檢查，將有故障的電磁閥與正常車輛的電磁閥進(jìn)行互換后發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生轉(zhuǎn)移，由此可以推斷故障是停放制動(dòng)電磁閥引起的動(dòng)作緩慢。在排除閥體的線圈故障后，基本認(rèn)為是閥體內(nèi)的活塞及其相關(guān)部件動(dòng)作遲緩，最終導(dǎo)致停放制動(dòng)施加或緩解緩慢。

3 停放制動(dòng)電磁閥改進(jìn)及方案選定

3.1 三種改進(jìn)方案

根據(jù)停車制動(dòng)故障分析的結(jié)果，停放制動(dòng)緩解或施加緩慢故障對(duì)車輛正線準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)營的影響范圍較大，且是由于電磁閥內(nèi)部引起，據(jù)此，提出以下三種改進(jìn)方案。

3.1.1 停放制動(dòng)電磁閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)

停放制動(dòng)電磁閥是制動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件，出現(xiàn)電磁閥動(dòng)作緩慢故障，從電磁閥動(dòng)作原理分析故障應(yīng)考慮以下幾方面，電磁閥潤滑油脂、閥體內(nèi)部的尺寸公差、尤其是活塞套管、線圈三通閥端蓋以及閥芯等部件的相互接觸是否存在干涉。因停放制動(dòng)電磁閥為專業(yè)部件，對(duì)電磁閥結(jié)構(gòu)的改進(jìn)需得到供應(yīng)商的技術(shù)支持。

3.1.2 停放制動(dòng)電磁閥閥體內(nèi)部清潔

對(duì)動(dòng)作緩慢的電磁閥，在進(jìn)行內(nèi)部各零件徹底清潔后，重新組裝并裝車使用，發(fā)現(xiàn)故障消失。根據(jù)上述情況，可以制定相應(yīng)的電磁閥清潔工藝規(guī)程，將該規(guī)程放入目前的均衡檢修規(guī)程。以對(duì)所有車輛的停放制動(dòng)電磁閥進(jìn)行全面的維護(hù)，降低故障率。其電磁閥內(nèi)部各零件的清潔如圖2所示。

圖2 電磁閥內(nèi)部各零件清潔圖

3.1.3 停放制動(dòng)電磁閥控制回路改進(jìn)

由于車輛停放制動(dòng)在轉(zhuǎn)換司機(jī)室時(shí)會(huì)自動(dòng)施加，考慮可以通過電磁閥控制回路的改進(jìn)，使電磁閥保持原有狀態(tài)，不再自行施加制動(dòng)。查閱綜合電路圖得知，要使電磁閥保持原有狀態(tài)，必須在20K7觸點(diǎn)旁并聯(lián)一路繼電器觸點(diǎn)開關(guān)，保證在轉(zhuǎn)換司機(jī)室時(shí)，當(dāng)20K7觸點(diǎn)斷開，該新增觸點(diǎn)閉合，從而保證電磁閥保持轉(zhuǎn)換前的狀態(tài)，停放制動(dòng)不會(huì)自動(dòng)施加，其原理如圖3所示。

圖3 自動(dòng)施加停放制動(dòng)電路圖

由于20K7繼電器是由司機(jī)室主控鑰匙控制，因而，新添加的繼電器觸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)先于20K7觸點(diǎn)動(dòng)作，否則在20K7觸點(diǎn)斷開后新觸點(diǎn)再閉合，兩者工作則會(huì)出現(xiàn)一定的時(shí)間差，導(dǎo)致在時(shí)間差內(nèi)電磁閥失電，停放制動(dòng)自動(dòng)施加。

圖4 司機(jī)室轉(zhuǎn)換電路圖

圖4為綜合線路圖中司機(jī)室操作與轉(zhuǎn)換電路圖。當(dāng)司機(jī)室轉(zhuǎn)換打開控制按鈕(20S2)工作后，這一路電路接通，司機(jī)室轉(zhuǎn)換繼電器20K12工作，且該繼電器工作電源不由司機(jī)室主控鑰匙20S1的觸點(diǎn)提供，可以推斷出，20K12可以在繼電器20K7斷電前工作。如果在20K7的C1/D1常開觸點(diǎn)旁并聯(lián)一路20K12繼電器常開觸點(diǎn)開關(guān)，就能滿足停放制動(dòng)不自動(dòng)施加的要求，如圖5所示。

圖5 接入司機(jī)室轉(zhuǎn)換繼電器電路圖

當(dāng)司機(jī)室未轉(zhuǎn)換時(shí)，電磁閥通過20K7閉合回路得電；當(dāng)司機(jī)室發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)，20K12觸點(diǎn)先于20K7觸點(diǎn)工作，即20K12先閉合，隨后20K7斷開，保證了電磁閥得電，且中間無斷路出現(xiàn)，停放制動(dòng)不會(huì)自動(dòng)施加。

3.2 改進(jìn)方案比選

對(duì)三種方案進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)如下優(yōu)缺點(diǎn)：

1)因電磁閥結(jié)構(gòu)問題需更換電磁閥，效果好，費(fèi)用高，周期長(zhǎng)。目前車輛已出質(zhì)保期，電磁閥改進(jìn)需得到供應(yīng)商克諾爾的技術(shù)支持，他們目前暫無應(yīng)對(duì)措施。另外假如可以更換，將產(chǎn)生較大費(fèi)用，裝車備件就需要68個(gè)電磁閥。

2)效果有，費(fèi)用低，但對(duì)操作者有較高的技術(shù)要求。因該電磁閥安裝于車底，閥體及安裝座上灰塵多，拆裝時(shí)容易造成異物進(jìn)入空氣管路，可能形成二次故障隱患。而且閥體屬于密封件，內(nèi)部零件較多，共計(jì)20余個(gè)，經(jīng)常打開閥體易造成內(nèi)部零件遺失或損壞，造成后期漏氣等故障隱患。

3)效果有，費(fèi)用低，但整改過程中對(duì)操作者有技術(shù)要求。該方案全部可以在司機(jī)室內(nèi)完成，可操作性較強(qiáng)，且不影響正常的施加和緩解功能。

通過理論分析，方案3具有優(yōu)勢(shì)，兼顧費(fèi)用低，操作性強(qiáng)，整改用時(shí)短等特點(diǎn)，因此，選用方案3作為停車制動(dòng)故障整改措施。

4 整改后的效果分析

4.1 可靠性分析

為使司機(jī)室轉(zhuǎn)換時(shí)不施加停放制動(dòng)，只在停放制動(dòng)電路20K7的C1/D1觸點(diǎn)旁并聯(lián)一副20K12(司機(jī)室轉(zhuǎn)換繼電器)的常開觸點(diǎn)，新增觸點(diǎn)只在進(jìn)行司機(jī)室轉(zhuǎn)換時(shí)動(dòng)作，不影響車輛的其他功能。而且因?yàn)樵撚|點(diǎn)為20K12上的閑置觸點(diǎn)，其使用壽命與同繼電器的其他觸點(diǎn)相同，可靠性較高。

4.2 安全評(píng)估

改進(jìn)方案實(shí)施后，未改變?cè)熊囕v的停放制動(dòng)施加和緩解功能，只是在司機(jī)室轉(zhuǎn)換時(shí)不再自動(dòng)施加停放制動(dòng)，但在司機(jī)室轉(zhuǎn)換時(shí)仍會(huì)自動(dòng)施加緊急制動(dòng)以防止溜車。當(dāng)發(fā)生110 V失電，或者電纜被切斷等緊急情況下，停放制動(dòng)仍會(huì)自動(dòng)施加，保障了車輛安全性。

4.3 實(shí)際效果

根據(jù)整改完成后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，正線車輛未發(fā)生停放制動(dòng)故障，有效降低了車輛的正線故障率，保障了車輛正常的運(yùn)營準(zhǔn)點(diǎn)率，較好達(dá)到了整改的目的。

5 結(jié)語

針對(duì)上海地鐵5號(hào)線停車制動(dòng)故障進(jìn)行了詳細(xì)的分析，找出了產(chǎn)生故障的原因，通過對(duì)停放制動(dòng)電磁閥控制回路的改進(jìn)，有效地提高了停放制動(dòng)電磁閥壽命，降低了車輛正線故障率，保障了車輛正常的運(yùn)營準(zhǔn)點(diǎn)率。