電客車制動系統常見故障處理與分析

何文彤

(蘭州市軌道交通有限公司運營分公司，甘肅蘭州730000)

1 電客車的制動系統功能和相應構成

1.1 制動系統介紹

就當前我國公共交通工具研發的現狀來說，電客車作為一種主要的公共交通工具，在應用上，主要是為了滿足居民日常出行需求而研發的一種公共交通工具。以蘭州地鐵為例，蘭州地鐵電動客車制動系統采用德國克諾爾公司生產的軌道車輛制動控制系統，為電氣模擬指令式制動控制系統。主要由風源模塊、轉向架模塊，包括基礎制動裝置、防滑設備以及制動控制模塊（EP2002 閥），通過三者的共同配合，確保電客車在運行時能夠達成預期的制動目的。其中，風源模塊主要有兩臺VV120 型空氣壓縮機組成，分單雙日交替工作，將機械能轉換為穩定且干燥的壓縮空氣，供制動系統及列車上其他氣動設備使用；基礎制動裝置是制動系統的執行機構，列車實施制動時，向制動缸沖入壓縮空氣，作用在活塞上的推力經過基礎制動裝置中的杠桿、拉桿、制動梁等傳動部分，將該推力增大若干倍后均勻的傳遞給各個閘瓦，使閘瓦壓緊輪對踏面，從而產生制動作用，蘭州地鐵電動客車基礎制動裝置采用克諾爾PEC7 型（不帶停放）與克諾爾PEC7F 型（帶停放）兩種制動裝置，轉向架每個車軸中一個帶停放制動缸，一個不帶停放制動缸，每個轉向架成斜對稱布置，全列車共24 個帶停放的制動缸與24 個不帶停放的制動缸組成，可滿足電動客車日常運行中減速及停車等所需的所有空氣制動力以及列車停放時防止其溜車而施加的停放制動作用。蘭州地鐵電動客車制動控制模塊為克諾爾EP2002 閥，該閥核心部分由網關閥與智能閥組成，每個單元有2 個網關閥與4 個智能閥，單元內部由CAN 總線傳遞列車制動要求，兩個單元車之間由MVB 列車總線連接，用以傳輸制動信息，每個網關閥或智能閥單獨控制每一個轉向架的常用制動、緊急制動以及防滑保護，此外網關閥還具有列車制動管理并與列車控制系統通信的功能，每個單元的2 個網關閥之間護為熱冗余，主網關閥通過各列車車廂的不同載重及列車速度等信息分析，將不同的制動指令發送到相應的智能閥或網關閥中，最終由基礎制動裝置執行該指令，完成列車制動。備網關閥實時監測主網關閥的功能，若主網關閥發生故障，則備網關閥會在1.5S 內自動接替主網關閥的所有功能。

1.2 制動系統管理

電動客車一般采用電制動與空氣制動混合制動的形式，蘭州地鐵電動客車的電制動力是通過安裝在動車轉向架上的三相異步交流電機的反轉的而形成的再生制動；空氣制動是空氣壓縮機輸出的壓縮空氣推動制動缸閘瓦摩擦輪對踏面而產生的摩擦制動。常用制動、緊急制動均屬于空氣制動。制動力的管理是由網關閥實現的，網關閥內部裝有制動管理卡（BCU），BCU 包含列車制動力管理所需的所有功能。

制動指令傳輸路徑如圖1所示：由圖1 路徑可以看出，列車在ATO 自動駕駛或CM 人工駕駛時，制動指令由信號自動發出或司機將司控器拉至制動區時發出，結合列車控制系統采集到的列車運行狀態等信息，發送到制動控制系統，制動控制系統中的網關閥收到制動指令后，結合采集到的列車速度、載重及沖擊極限等信息進行制動力計算，從而得到列車所需的所有制動力，通過與列車牽引系統所反饋的最終實際施加的電制動力信息進行比對，計算是否需要補充空氣制動。同時，網關閥還監測電制動實施過程中列車是否出現打滑現象，并根據列車滑行的嚴重程度判斷是否由牽引系統進行防護控制還是需切除電制動補充空氣制動用以防滑控制。

圖1 制動指令傳輸路徑

1.3 制動方式

電動客車的制動方式有較多類別，常見的有常用制動、快速制動、緊急制動、停車制動、保持制動以及停放制動。此外制動系統還具有強迫緩解、制動自檢以及故障診斷等功能。

對于電客車的制動實現而言，由于不同制動方式的差異，為此在進行制動的過程中，不同制動方式對應的價值和意義也有所差異。

在應用常用制動上，主要是為了確保電客車在運行的過程中，科學合理地進行電客車運行速度的調節。所以在正常情況下，常用制動由電制動完成并且過程是可逆的，且具有載荷補償功能以及防滑保護功能，其平均減速度≥1m/s2，在制動過程中，若制動力不足，則通過空氣來補充制動力，電空轉換點為5km/h，能盡量減少列車停車時的縱向沖擊力，提高乘客的乘車體驗。

在實現緊急制動時，一般是為了滿足電客車在行駛過程中遇到突發情況時的快速停車的需求。在實現制動時，緊急制動是通過常帶電的緊急制動環路的失電來控制的純空氣制動，過程是不可逆的，緊急制動的平均減速度≥1.2m/s2，具有防滑保護功能。緊急制動在制動過程中不受沖擊極限的限制，目的是快速停車以避免影響行車安全的突發事件[1]。

快速制動指的是通過司控器來實現電客車制動的方式。在實現制動時，這種制動方式和常用制動方式采取的原理基本一致。與緊急制動的區別在于快速制動是可逆的，且滿足常用制動相同的沖擊極限0.75m/s3。

停放制動指的是在電客車停放的過程中，為了避免其在停放時出現溜車現象而采取的彈簧制動方式。與常用制動不同的是停放制動充氣緩解，排氣施加，且在轉向架上有停放制動手動緩解拉鏈，可用于停放制動故障情況下的緊急緩解。

2 電客車制動系統功能的常見故障分析

電客車在使用的過程中，不可避免地會出現一些故障。為了安全使用車輛，要定期進行車輛的檢修，及時發現車輛存在的問題，并針對其存在的問題給出相應的問題改善方案。對于電客車的駕駛以及乘坐而言，制動系統故障會對車輛的使用安全造成威脅。若是其制動系統出現問題，不僅會對電客車的正常行駛帶來干擾，嚴重的甚至可能導致電客車乘客的生命安全遭受威脅。為此在電客車駕駛的過程中，要尤其關注制動系統的工作情況。

制動指令由信號或司控器發出至最終制動執行機構完成列車的制動或者緩解，需要緩解時，制動控制單元在制動的過程中，通過系統檢測取到各轉向架制動缸壓力對應的壓力均不足40kPa 的情況，此時通過系統的評估和分析，判定此時列車全部制動已緩解，列車的緩解指示燈點亮；反之則制動施加。

2.1 常用制動故障

常用制動圖標顯示紅色或者黃色。若發現該故障信息且無其他故障信息顯示，則表示列車制動執行機構發生故障，制動缸無法正常的充排氣或者制動指令傳輸過程出現錯誤，HMI 故障顯示與實際情況不符。此時，需要確認HMI 運行界面常用制動缸顯紅或顯黃的數量，若≤5 個且相應的制動缸壓力≤40kPa，則繼續運行到終點站重啟列車；若制動缸壓力＞40kPa，則需要切除相應轉向架的B09，運行至終點站退出服務即可；若HMI 運行界面常用的制動缸顯紅或顯黃數量＞5 個，則需要重啟列車，若重啟無效，按照蘭州地鐵的相關設計標準，在切除任意6 個B09 及以上時，列車1/2 緊急制動不可用，存在安全隱患，此時應申請救援，不可動車。對于這種故障而言，若是不重視故障的及時排查，可能導致電客車在運行時其制動控制系統作用難以發揮，同時導致車輛的閘瓦以及車輪會有較大的熱應力存在，長此以往，必然會導致車輛硬件發生磨損，對電客車的正常使用壽命帶來影響[2]。

2.2 緊急制動故障

緊急制動的作用是用于列車在突發的緊急情況下或人為操作存在重大安全隱患時所施加的最大制動力，縮短制動距離，使列車緊急停車，從而盡可能的避免安全事故的發生。所以在具體的制動設計上，對于緊急制動的實現來說，一般在設計的過程中采取的是雙線雙斷的設計方案，通過這種設計，能最大程度地確保車輛在制動時能夠充分保障應急情況下依然可以做到精準的制動。所以從這個角度來說，緊急制動系統實際上和列車常用制動系統之間是彼此獨立的存在。

對于緊急制動而言，若是電客車處于正常的運行狀態，此時緊急制動一般不會被觸發。但是在電客車遇到緊急情況或司機操作有重大安全隱患的情況下，導致列車緊急制動回路失電斷開，列車產生緊急制動，同時列車牽引安全回路斷開，列車緊急制動停車且不可逆，根據列車緊急制動相關電路可以看出，車載ATC 宕機、隔離接地開關位置不正確、半自動車鉤狀態未知（列車分離）、手動駕駛下松開警惕按鈕超過6 秒、列車方向手柄回“0”為、緊急制動按鈕被按下、列車超速等只要滿足上述任何一項要求，都會觸發緊急制動，致使電客車在行駛時獲取到緊急制動指令，并在指令的作用下列車施加最大制動力且不受沖擊極限控制。若是在出現列車緊急制動故障時，一般需要結合車輛故障信息來實現相應緊急制動故障的評估，并結合緊急制動的觸發條件實現對應的問題檢查，若是在第一時間難以做到故障判斷，則要合理進行相應的處置，首先可以將車載ATC 切除，以此判斷是車輛故障還是信號故障，若是車輛故障則需要通過相應的旁路依次排查故障原因，避免車輛在行駛過程中再次實現對緊急制動的觸發，以確保電客車在行駛過程中始終有較高的安全效益和保障[3]。

3 電客車的制動系統故障的實例分析

電客車在公共交通領域也扮演了十分關鍵的角色。在具體的電客車運營過程中，制動系統故障的出現不利于電客車的有序運行，給公共交通運行效率和效益保障帶來了負面影響。為此重視電客車制動系統故障的評估和分析顯得十分關鍵且必要。在蘭州地鐵運營期間也出現過兩起制動系統故障導致列車區間停車的故障。

3.1 列車常用制動圖標顯示紅色，表示常用制動無法緩解

在進行該故障的解決上，其屬于常用制動不緩解故障。所以在進行故障的處置排查上，要對電客車的制動系統進行全面的檢查，從制動指令發出階段到執行階段依次排查，通過檢查發現，司控器內的S23 微動開關常閉觸點機械狀態不穩定，不能可靠地保持在閉合狀態，使得列車在正常運行時頻繁發出快速制動指令，產生列車速度反復升降、減速停車以及制動無法緩解等故障現象。由此可以判定該故障屬于制動指令發出故障，司控器無法將制動指令有效的發送至制動系統執行機構，最終導致列車制動故障。

為此，車輛部更換=該列車的司控器，并進行運行試驗測試，至此該故障得以有效解決。

3.2 電客車ATC 宕機導致列車緊急制動無法緩解

針對該故障，從列車緊急制動回路中分析該故障原因，造成緊急制動的原因可分為兩類，即信號故障與車輛故障。在通過列車線排查可能引起緊急制動的原因后，發現車輛狀態良好，進一步查看故障顯現后發現信號的所有駕駛模式ATO、CM、RM 駕駛模式均不可用，由此判斷為車載ATC 故障導致列車緊急制動，通過切除車載ATC 后列車緊急制動緩解且正常動車，由此也可判斷列車車輛電路無異常，除車載ATC 以外的其他列車線無異常，司機對車載ATC 重啟后故障恢復。

通過后期對該故障數據進行分析，發現是車載ATC 模塊中安全輸出/入板件故障，安全輸出/入板用于管理列車信號系統的所有安全信息，例如列車停穩信息、門使能、零速信息及牽引方向等信息，故在故障導向安全的情況下列車產生緊急制動。為此我們修改了相應的規章和故障處置流程，也對以后類似故障下的行車組織做了更加科學合理的調整，若在后期運行中再遇到此類的故障，一定能第一時間做出正確的應對[4]。

在上述案例的制動系統故障問題解決上，首先進行了故障原因的排查、分析，而后在了解到故障原因后進行了針對性的故障解決。這也是在目前電客車制動系統故障處理后上的一般流程。

對于電動車的制動系統故障而言，可能是源于多方面因素共同導致的。與列車供電系統、風源系統等都密不可分。因此，在進行故障排查和處理的過程中，一定要全面查看故障現象，充分明確故障位置以及故障原因，從而確保在進行故障處置上，能夠制定針對性的故障解決方案，同時在列車整備過程中因對列車制動系統進行系統且全面的測試，防止故障電動客車上線。

4 結語

城市軌道交通已經成為人們出行的主要交通工具，隨著人們對更快捷的出行效率需求的提升，電動客車的速度也在不斷提升，硬件及軟件系統不斷優化，制動系統不僅僅是影響行車安全的重要因素，對出行效率也起著至關重要作用，所以制動性能也成為電客車在日常運行過程中是否實現安全、順暢運行的一個關鍵的約束要素。為此，重視對電客車制動系統的研究，明確當前電客車制動系統的運行情況，并深入進行相應技術的研發和探討，了解電客車制動系統工作的基本原理以及常見故障，并結合這些故障的發生采取針對性的應對措施，對充分確保電客車制動系統的運行有積極意義。