沈陽地鐵車輛制動系統空氣制動隔離裝置升級改造研究

韓籽貞 王鑫

摘 要：當車輛發生制動不緩解故障時，需要進行空氣制動隔離操作，通過排空故障車踏面制動單元內的壓縮空氣實現制動緩解。沈陽地鐵 1 號線車輛出現此類故障時，司機需要下車，通過截斷位于車下輔助控制箱內的故障轉向架截斷塞門實現制動隔離，所需操作時間較長，可能造成車輛延誤，影響運營服務質量。為縮短正線故障處置時間，應對既有車輛制動系統的空氣制動隔離裝置進行升級改造，增加車上空氣制動隔離功能。為此，文章通過分析沈陽地鐵 1 號線既有車輛制動系統氣路原理以及現有轉向架截斷塞門的合理性，在保留現有轉向架截斷塞門的基礎上，提出手動隔離、遠程隔離和帶緊急制動互鎖功能的遠程隔離 3 種升級改造方案，并對比其優缺點，最終得出結論，手動隔離方案是適用于沈陽地鐵 1 號線既有車輛的最佳方案。

關鍵詞：地鐵車輛;制動系統;空氣制動隔離裝置;升級改造

中圖分類號：U270.35

1 研究背景

沈陽地鐵1號線既有車輛制動系統采用克諾爾集團生產的EP2002型電空制動系統，該系統采用架控制動控制方式，每節車下安裝2個電子制動控制單元——網關閥、智能閥，每個電子制動控制單元分別控制其對應轉向架上的4個踏面制動單元的制動施加與緩解;每節車下各設置1個輔助控制箱，輔助控制箱內包含2個帶排氣功能的截斷塞門，可截斷其對應轉向架上游的壓縮空氣，實現單個轉向架的空氣制動切除，從而使轉向架失去空氣制動力。

若1號線既有車輛在正線發生制動不緩解故障，司機可進入隧道，截斷故障車輛輔助控制箱中相應的截斷塞門，以實現故障轉向架的制動緩解。但由于1號線隧道空間狹窄、光線較暗，輔助控制箱位置較低，不利于司機的操作，因此故障處置時間較長，可能造成車輛延誤，影響地鐵運營服務質量。因此，1號線既有車輛目前采用斷合位于客室電氣柜內的智能閥和網關閥的空氣開關、重啟閥體的方式實現故障轉向架的制動緩解。但可能出現重啟閥體后故障轉向架仍無法實施制動緩解的情況，此時車輛只能抱閘運行，從而導致車輪踏面和鋼軌擦傷。

本文將通過分析沈陽地鐵1號線既有車輛制動系統的氣路原理，提出為其增加車上空氣制動隔離功能的升級改造方案，通過電氣或機械控制在車上對發生制動不緩解故障的轉向架進行制動隔離，以提高制動系統的安全性與可靠性，保障車輛的安全運營。

2 1 號線既有車輛制動系統氣路原理

1號線既有車輛制動系統的氣路原理如下：空氣自空氣濾清器吸入，經空氣壓縮機壓縮后流入雙塔干燥器，干燥后的壓縮空氣流入輔助控制箱，然后經空氣過濾器、總風截斷塞門、止回閥后，分為2路，一路經轉向架截斷塞門1、網關閥至轉向架1的踏面制動單元，另一路經轉向架截斷塞門2、智能閥至轉向架2的踏面制動單元。除以上制動管路外，壓縮空氣還經輔助控制箱分別流向帶停放制動裝置的踏面制動單元和空氣彈簧。

3 現有轉向架截斷塞門合理性分析

1號線既有車輛踏面制動單元為克諾爾公司生產的PEC7型踏面制動單元，工作原理為充風制動、無風緩解。輔助控制箱內2個轉向架截斷塞門的常態為豎直導通狀態，若截斷該塞門，可截斷來自其上游的壓縮空氣，并排空轉向架1和轉向架2上踏面制動單元制動缸內部的壓縮空氣，從而實現踏面制動單元的緩解。轉向架截斷塞門的使用條件如下。

（1）車輛在運營中出現單個轉向架或單節車輛制動不緩解時，通過操作此截斷塞門可以切除故障車輛轉向架的空氣制動，避免車輛抱閘運行。

（2）車輛在運營中出現整列車緊急制動不緩解時，司機可通過此截斷塞門切除各節車的空氣制動，以便使用救援車輛將故障車輛拖離現場。

（3）在日常檢修中，檢修人員在車下檢查閘瓦與輪對踏面之間的間隙及更換閘瓦時，必須通過操作此截斷塞門切除相應轉向架的空氣制動，防止踏面制動單元動作對人員造成傷害，保障其人身安全。

（4）車輛需要調車（如進行車輪鏇修、車輛進入無電區等）時，均需通過操作此截斷塞門切除各節車的空氣制動。

（5）車輛需排空全部壓縮空氣時，應將轉向架截斷塞門旋轉45°進行排風，否則無法排出制動風缸內的壓縮空氣。

通過對轉向架截斷塞門的使用條件進行分析，可以得出以下結論：目前沈陽地鐵1號線既有車輛輔助控制箱內的轉向架截斷塞門可應用于需切除空氣制動的各種情況，設計合理，故后續設計方案應保留此截斷塞門。

4 空氣制動隔離裝置升級改造方案

基于上述分析，本文在保留現有轉向架截斷塞門的基礎上，提出以下3種空氣制動隔離裝置升級改造方案。

4.1 手動隔離方案

目前，沈陽地鐵1號線增購車輛，以及2號、9號、10號線車輛均采用手動隔離方案，根據車輛的氣路設計，在保留輔助控制箱內原截斷塞門的基礎上，在各節車的輔助控制箱氣路接口至智能閥氣路接口，以及輔助控制箱氣路接口至網關閥氣路接口之間分別加裝帶反饋觸點的手動截斷塞門。其設置在每節客室座椅下方，以便司機在客室內進行手動操作。制動風管由車下經車體地板引入客室。

同時，在手動截斷塞門外側加裝帶8 mm×8 mm四角鎖的金屬保護箱，防止因乘客誤操作而影響車輛運營安全。截斷塞門電觸點的電信號反饋至列車管理系統（TMS），司機可通過TMS屏幕監測塞門的狀態，截斷該塞門后，TMS屏幕將顯示該轉向架被隔離。

4.2 遠程隔離方案

在保留輔助控制箱內原截斷塞門的基礎上，在輔助控制箱氣路接口至智能閥氣路接口 ，以及輔助控制箱氣路接口至網關閥氣路接口 之間分別新增1組控制電磁閥和活塞閥，同時從輔助控制箱氣路接口加裝1路風管至控制電磁閥，作為控制氣路。

兩端司機室增設轉向架隔離按鈕，分別控制其對應轉向架的制動隔離，以實現故障轉向架的制動緩解。按鈕與對應轉向架的控制電磁閥之間采用硬線連接，通過操作轉向架隔離按鈕，驅動控制電磁閥動作，改變氣路流向，控制活塞閥排氣，實現遠程隔離功能。

控制電磁閥正常為失電狀態，此時活塞閥處于通路狀態，轉向架的制動功能可以正常施加。當司機在車輛運行過程中發現報出轉向架制動不緩解相關故障時，按下對應轉向架的隔離按鈕，此時控制電磁閥得電動作，閥用電磁鐵勵磁，活塞閥排氣，從而實現故障轉向架的制動緩解。轉向架隔離按鈕連接至TMS，按下按鈕后，TMS屏幕將顯示該轉向架被隔離。

4.3 帶緊急制動互鎖功能的遠程隔離方案

手動隔離方案、遠程隔離方案雖然能夠實現對故障轉向架的制動隔離功能，但同時也隔離了該轉向架的緊急制動功能。為保證車輛緊急制動功能的有效性，可以在遠程隔離方案新增控制電磁閥、活塞閥的基礎上增加緊急制動互鎖功能。具體設計方案為：在緊急制動回路中串聯控制繼電器，在控制電磁閥的控制回路中增加該繼電器的常開觸點。當緊急制動安全環路導通時，該繼電器得電，控制電磁閥控制回路中的觸點閉合，按下轉向架隔離按鈕，控制電磁閥得電;當緊急制動安全環路斷開時，該繼電器失電，控制電磁閥控制回路中的觸點斷開，無論轉向架隔離按鈕是否按下，控制電磁閥均失電，處于隔離狀態下的轉向架將自動解除制動隔離，該轉向架的緊急制動功能恢復，從而保證緊急制動距離。

5 方案對比分析

從改造風險、故障處置效率等方面對上述3種方案進行對比分析，得出各個方案的如下優缺點。

5.1 手動隔離方案

手動隔離方案的優點在于：①改動對氣路原理影響較小;②與1號線增購車輛的轉向架隔離操作方式一致，可保證既有車輛、增購車輛隔離操作的一致性;③除對制動管路的改動外，每個轉向架僅增加1個截斷塞門，隨之產生的故障風險點少于其他2種方案，對檢修維護工作影響較小。

其缺點在于：①對車下制動管路的改動較大，需從車體地板穿入風管，并對車底進行鉆孔和密封，改造工藝要求較高;②無法實現制動系統的遠程隔離功能，當車輛運行過程中需要進行空氣制動隔離時，司機須到相應車廂的座椅處，手動操作對應故障轉向架的截斷塞門，而高峰時段車內乘客較多，隔離所需時間較長，可能會造成車輛晚點。

5.2 遠程隔離方案

遠程隔離方案的優點在于：當車輛在運行過程中發生轉向架制動不緩解故障，需要緩解單個轉向架的空氣制動時，司機可通過按下司機室內的轉向架隔離按鈕，激活控制電磁閥，實現對故障轉向架的遠程制動隔離，操作方便，可以大大縮短正線應急故障處置時間，提高運營服務質量。

其缺點在于：①故障轉向架處于遠程隔離狀態時，其緊急制動功能也將被隔離，若此時發生緊急情況需要列車立即制動，則該故障轉向架無法施加緊急制動力，列車緊急制動距離會有所增加;②電氣方面需要在兩端司機室增加轉向架隔離按鈕及按鈕至控制電磁閥的接線，在氣路上需要增加活塞閥和控制電磁閥，增加了檢修維護工作量及故障風險點。

5.3 帶緊急制動互鎖功能的遠程隔離方案

帶緊急制動互鎖功能的遠程隔離方案的優點在于：除具備遠程隔離方案的優點外，還可在故障轉向架處于遠程隔離的狀態下，且觸發緊急制動時，復位遠程隔離功能，從而保證緊急制動的正常施加，降低故障對車輛運營的影響。

其缺點在于：電氣方面需要更改緊急制動安全環路、增加串聯控制繼電器、在車輛兩端司機室增加轉向架隔離按鈕及按鈕至控制電磁閥的接線、在控制電磁閥的控制回路中增加常開觸點，在氣路上需增加活塞閥和控制電磁閥，改動工作量較大，增加了檢修維護工作量及故障風險點。

6 結語

通過對以上3種方案的優缺點進行對比分析，手動隔離方案為純機械控制，可靠性最高，改動風險相對較小（原因在于沈陽地鐵1號線既有車輛在電氣、機械方面已經完備），而且可以解決車輛在正線發生制動不緩解故障時，司機無法在車上進行制動隔離操作的問題，避免車輪踏面和鋼軌的擦傷。因此，對于沈陽地鐵1號線既有車輛，宜采用此方案。

隨著地鐵運營線路的增加及行車間隔的縮短，對正線故障處置效率的要求越來越高，帶緊急制動互鎖功能的遠程隔離方案更適應未來地鐵的發展趨勢。因此，新造車輛可采用以帶緊急制動互鎖功能的遠程隔離為主、手動隔離為備用的制動隔離方式，以縮短正線故障處理時間，減少因制動不緩解故障造成的列車延誤和晚點，提高運營服務質量。

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收稿日期 2019-12-16

責任編輯 蘇靖棋