地鐵列車制動系統故障及處理措施

王琪娟

摘要：本文針對地鐵列車沖標問題，深入分析與之相關的制動系統控制模塊，并結合其工作原理與控制邏輯，尋找故障產生的根本原因。在此基礎上，提出解決制動系統故障的具體處理措施，以避免此類故障再次發生，從而保障乘客生命安全并減少經濟損失。

關鍵詞：地鐵列車;制動系統;故障

1、地鐵列車制動系統簡介

出現沖標故障的地鐵列車采用以轉向架為單位的“架控式”制動控制系統，內設監控終端，具有自診斷和故障記錄功能，它能在司機控制器或ATO的控制下對列車進行階段或一次性的制動與緩解[1]。在正常制動過程中，電制動和空氣制動在列車級隨時協調配合以滿足制動指令的要求，并且優先采用電制動，如果電制動不能滿足總制動力的需求，由空氣制動自動補充[2]。

該制動系統主要功能包括：常用制動、快速制動、緊急制動、保持制動、停放制動、車輪防滑保護、載荷補償、制動混合等，采用電制動和空氣制動兩種模式實現[3， 4]。該車空氣制動系統控制單元分布及內部通訊網絡示意如圖1所示，有兩個網關閥安裝在一個CAN總線部分上，摩擦常用制動的實用性達到最大。利用內置的網關閥進行角色管理，保證一個閥分配為主通路角色，而另一個網關閥則以“熱備用”模式運行。當主網關閥發生故障時，另一個網關閥則被提升為主通路角色，從而能夠提供不間斷的常用制動控制。

2、制動系統故障分析

在地鐵正線調試階段，某列車在露天高架區間進站沖標1 m，當日天氣為雨天，初步判斷故障來源于車輛防滑系統或者常用制動系統。

2.1防滑控制系統分析

車輪防滑保護的控制分為電制動防滑控制和空氣制動防滑控制，電制動防滑控制和空氣制動防滑控制是各自獨立完成的。制動系統防滑保護系統工作過程具體如下：一、當車輛處于制動狀態（包括緊急制動），但防滑保護并沒有被激活前，制動系統處于正常工作狀態，此時系統計算的參考速度為制動CAN單元內各軸的最高軸速;二、當車輛處于制動狀態，且當前軸速與參考速度差大于5%（或當前軸的軸減速度大于4.5 m/s2）時，激活防滑保護功能，此時制動控制閥將從架控的模式自動進入軸控的模式，為可能進行的軸控防滑保護作好準備;同時制動控制閥將在2秒后開始“對地測速”（也就是對指定的拖軸進行短時排氣動作，以便獲得一個相對自由軸的軸速，從而使參考速度能更接近于車輛的實際速度）;三、當車輛處于制動狀態，且當前軸速與參考速度差大于15%時，制動控制閥的防滑保護動作開始，對當前軸對應的制動缸進行排氣動作，并盡可能使當前軸的速度差控制在大約15%～20%的范圍內。

為了實現制動系統在上述不同狀態下的防滑保護，列車每根軸上均安裝速度探頭用于監視軸速。當任意一個閥檢測到滑動，它將控制制動缸壓力以糾正滑動的軸。速度傳感器內部采用脈沖發送器無接觸測量永磁性齒輪（凸極轉子）轉數，以此測量軌道車輛中軸的轉速。具體原理如圖2所示，速度傳感器a掃描一個旋轉的永磁性凸極轉子p，該凸極轉子具有周期分布的齒形和齒槽。當轉子齒形或齒槽位于傳感器下方時，傳感器元件將磁場的變化轉換并記錄為電源接通或關斷，其中電源“接通”表示高平，電源“關斷”表示低平，采集單位時間的脈沖數即可獲得軸的轉數。

地鐵列車發生沖標故障時，拖車轉向架和動車轉向架上測得的軸速和參考速度如圖3所示。可以看出，在列車制動時車輛各軸都出現了不同程度的滑行，但軸速與參考速度差保持在20%以內，說明防滑保護功能在發揮作用，故排除速度傳感器與防滑控制系統故障。

2.2常用制動系統分析

在正常條件下施加的常用制動采取電制動和空氣制動混合施加的方式，且電制動優先，不足的部分由空氣制動隨時進行補償，并且優先在拖車上補償。在常用制動施加和緩解時，沖擊極限為≤0.75 m/s3，以保證旅客的舒適度。當速度較低時，設置一個電制動淡出點，在達到這個淡出點之前，車輛控制單元給制動控制單元信號，當到達這個轉換點后空氣制動會逐漸取代電制動，電-空轉換點設置為10 km/h;常用制動過程是可逆的，即在常用制動施加過程中隨時可以撤銷該動作。

研究故障車輛的ATO進站數據（如圖4所示）發現，在10 km/h左右時ATO給出的制動需求電流值為10.96 mA，列車表現出的減速度為-0.57 m/s2，而電氣制動轉換之后ATO給出的制動需求電流值為9.48 mA，氣制動表現的減速度-0.47 m/s2左右，氣制動力表現出的減速度僅僅為電制動的減速度的82%左右，前后差異很大。

正常車輛進站動態數據顯示（如圖5所示），在10 km/h左右時ATO給出的制動需求電流值為10.895 mA，列車表現出的減速度為-0.55 m/s2，而電氣制動轉換之后ATO給出的制動需求電流值為9.38798 mA，氣制動表現的減速度-0.54 m/s2，電制動與氣制動在ATO的制動需求進行補償之后差異很小。

對比圖4與圖5的數據發現，故障車輛與正常車輛的ATO制動需求電流值均接近，然而故障車輛的氣制動減速度明顯小于正常車輛的氣制動減速度，這表明故障車的氣制動力不足。

該車空氣制動的基礎制動設備為輪盤制動單元，它由制動夾鉗、制動盤和閘片等組合而成。制動夾鉗單元是制動鉗和制動缸的組合，當制動閘片或制動盤磨損后，制動夾鉗單元可以自行調整以保持制動閘片和制動盤之間的間隙恒定。當觸發常用制動時，制動缸充風，制動閘片托架連同制動閘片即被壓在制動盤上。閘片壓在制動盤上后，即形成制動力。因此，故障車的制動力不足主要問題是閘片壓在制動盤上的壓力或面積不夠造成。

對全車進行保壓測試和制動風缸壓力測試，未發現問題。進一步拆解制動閘片后發現，閘片與制動盤的磨合完成度在50%左右。依據技術要求，車輛正線運營的磨合完成度要求在80%以上，故本次故障主要是由閘片與制動盤接觸面積不夠造成。通過多次強化磨合，制動力達到標準要求。

3、后續處理措施

3.1完善閘片磨合方案

為避免此類問題的再次發生，通過多次測驗和驗證得到以下工藝方案：每次制動前，確認閘片溫度未超過100°C，閘片及制動盤處無異味;分別在40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h的速度下采用70%制動級位進行純空氣制動各5次，閘片與制動盤的接觸面積能達80%以上。

3.2加強磨合后質量檢查

由于閘片和制動盤的磨合大多存在于新車上，各機械、電氣部件仍未達到穩定狀態，在整個磨合過程中車輛本身造成的不確定因素較多，極有可能存在按照以上要求操作但仍未達到技術要求的情況，這就需要我們現場技術人員在完成磨合方案后，對每列車進行人工抽檢，如若未達80%要求可重復以上操作方案，確保每列車都在短的時間完成該項工作，提高工作效率。

結束語

綜上所述，列車在調試階段會出現各類問題，制動系統作為列車最重要的系統之一，需要相關工作人員能夠給予更多重視與關注，結合實際情況，分析造成故障問題的原因。通過改進工藝，加強監管等方式，減少故障問題出現。

參考文獻

[1]張興寶. 地鐵列車制動距離及制動減速度相關問題研究[J]. 機車電傳動， 2016， 5： 98-101.

[2]陳君. 地鐵列車空電聯合制動控制技術研究[D]. 大連交通大學， 2013.

[3]韓龍， 王巖， 賀竹林， 周俊超. 地鐵列車制動仿真軟件的開發[J]. 鐵路計算機應用， 2021， 30（10）： 73-77.

[4]涂貴軍， 高靖添， 趙慶剛， 張振超， 劉同新. 適用于標準地鐵列車的國產化制動系統概述[J]. 電力機車與城軌車輛， 2021， 44（05）： 36-41.

[5] 宰湘君，梁桂，石宜鑫. 地鐵車輛制動系統故障處理方法探析——以武漢地鐵1號線為例[J]. 中國科技縱橫，2020（11）：113-114.

[6] 王曉搶. 地鐵列車制動系統故障判斷與處置淺析[J]. 中國戰略新興產業，2019（48）：221.