關于地鐵列車連掛救援相關問題的研究

盧劍鴻

(西安市軌道交通集團有限公司運營分公司 陜西 西安 710016)

0 引言

地鐵車輛在日常運行過程中，因車輛故障或其他原因造成的列車救援是不可避免的，在救援過程中一般存在兩種風險：第一種發生在救援車與被救援車的連掛過程中；第二種是被救援車發生抱閘動車的問題。本文結合西安地鐵車輛的實際情況，對如何保證列車的正常連掛和制動切除進行了研究分析，提出了一些針對性措施。

目前，西安地鐵1、2、3、4號線均采用B2型地鐵電動客車(車體長度為19 000 mm、寬度為2 800 mm、高度為3 800 mm)，其中1、3號線由中車大連機車車輛有限公司生產制造，2、4號線由中車長春軌道客車股份有限公司生產制造。列車頭尾兩端車鉤均采用的是中車青島四方車輛研究所有限公司制造的半自動鉤緩裝置，其作用是保證列車之間的自動機械連接、自動風路連接和手動機械分解及自動風路分解。

1 列車曲線連掛及通過研究

正常情況下列車可實現自動連掛，若列車連掛區域正好處在曲線上，將會對半自動鉤緩裝置自動連掛，對列車順利通過曲線產生一定影響，下面結合西安地鐵線路特點和車輛尺寸，對列車曲線連掛和通過進行計算分析[1]。

1.1 計算條件

1.1.1線路參數

最小平面曲線半徑：區間正線一般為400 m、困難地段為350 m，車場線一般為150 m，輔助線一般為200 m，困難地段為150 m。

最小豎曲線半徑：正線區間一般為5 000 m，困難地段為3 000 m，車場線、折返線為2 000 m。

1.1.2電動客車的相關參數

車輛長度(車鉤連接面之間長度)：Tc車(帶司機室的拖車)為20 140 mm，Mp車(帶受電弓的動車)為19 520 mm，M車(動車)為19 520 mm，列車長度(6輛編組)為118 360 mm；車輛最大寬度為2 800 mm，轉向架中心距為12 600 mm，轉向架固定軸距為2 200 mm。

車鉤的相關參數：頭車半自動車鉤連掛面到回轉中心距離為1 460 mm，頭車半自動車鉤回轉中心到安裝底面的距離為210 mm，頭車半自動車鉤回轉機構最大主動對中角為±15°，頭車半自動車鉤回轉機構最大垂直轉角為±6°，機械車鉤水平連掛范圍±170 mm，機械車鉤垂直連掛范圍±90 mm。

1.2 模擬計算

通過采用SolidWorks軟件繪制線路與車輛模擬圖進行計算，模擬車輛在曲線上的狀態，查看車鉤連掛時的角度及兩側車鉤縱向中心面距離，從而得出列車能否連掛并通過曲線的結論。

模擬連掛選擇在出入段線的最小曲線半徑上進行，出入段線最小半徑為150 m，可分為R150 m定圓、R150 m圓與直線相切、S型(R150 m)曲線3種工況。

1.2.1在R150 m定圓上連掛情況

如圖1所示，兩側車鉤轉動角度均為3.87°，小于車鉤允許的最大水平擺角(15°)，說明車鉤連掛時不會與車體相干涉，列車可以順利通過此種曲線線路。

圖1 R150 m定圓連掛情況

在連掛前，車鉤與車體保持在一條直線上，兩車鉤都同時向曲線的外側偏轉，由于同步偏轉，故兩車鉤總是在連掛范圍內。

假定兩個待連掛的車鉤中，由于某種原因，在連掛前其中一個車鉤相對車體中心線已經水平偏轉了3.87°，經計算，該車鉤連掛面中心點偏移量為98.5 mm，該偏移量小于車鉤的最大水平偏移量170 mm，完全能夠實現連掛。

1.2.2在R150 m圓與直線相切上連掛情況

如圖2所示，一側車鉤轉動角度為2.18°，另一側車鉤轉動角度為6.05°，小于車鉤允許的最大水平擺角(15°)，說明車鉤連掛時不會與車體相干涉，列車可以順利通過此種曲線線路。

兩側車鉤縱向中心面距離為209.76 mm，大于車鉤允許的最大主動對中范圍170 mm，說明兩側車鉤不能夠實現自動連掛，可以手動完成連掛。

圖2 R150 m圓與直線相切連掛情況

1.2.3在S型曲線(R150 m)上連掛情況

如圖3所示，兩側車鉤轉動角度均為8.23°，小于車鉤允許的最大水平擺角(15°)，說明車鉤連掛時不會與車體相干涉，列車可以順利通過此種曲線線路。

兩側車鉤縱向中心面距離為419.10 mm，大于車鉤允許的最大主動對中范圍(170 mm)，說明兩側車鉤不能夠實現自動連掛，可以手動完成連掛。

圖3 S型(R150 m)曲線連掛情況

1.3 結論

經過計算，說明西安地鐵列車半自動車鉤的連掛范圍能夠順利通過R150 m曲線；連掛范圍能夠保證在R150 m的定圓上兩列車實現自動連掛，在R150 m圓與直線相切上和S型曲線(R150 m)上需要在外界作用下進行連掛。

2 列車救援制動相關問題研究

西安地鐵1號線、2號線增購車、3號線、4號線車輛的制動截斷塞門布置在車廂內部，列車發生故障需要連掛救援時，司機可直接在車上操作制動截斷塞門緩解制動，節省救援時間。但在車上操作制動截斷塞門，無法準確判斷閘瓦與踏面脫離情況，存在抱閘動車的風險，下面對車上操作制動截斷塞門的可實施性進行測試及驗證；同時對救援動車過程中，被救援車停放制動是否存在異常施加的情況進行了研究[2]。

2.1 現場試驗方法

現場切除車上制動截斷塞門，確認是否可以通過司機臺顯示(壓力表或狀態指示燈)及列車監控信息判斷列車制動已緩解，避免司機下車操作，影響救援效率。

通過人工對踏面制動單元停放制動缸風壓進行排風的方式，模擬被救援車在救援動車過程中出現停放制動異常施加的工況，驗證是否存在停放制動施加的可能性。

模擬被救援車主風壓泄漏，確認主風壓力降低對救援車的影響，對被救援車停放制動的影響。然后接通兩列車主風壓管路，通過救援車為被救援車提供風源，最大化地避免停放制動異常施加情況的發生。

2.2 試驗情況

結合西安地鐵列車制動系統特點，其中1號線、3號線、4號線車輛制動系統均采用的是德國克諾爾(KNORR)公司生產的EP2002制動控制系統，測試結果如下：

(1)制動截斷塞門切除工況下，列車監控信息能夠準確顯示每節車常用制動(BC)和停放制動(PB)壓力值，司機可通過該兩組數據對車輛制動緩解狀態進行判斷，如圖4中“BC壓1”和“BC壓2”均顯示為0。

(2)制動截斷塞門切除，閘瓦、輪對踏面脫開狀態下，將單車停放制動缸風壓由8.6 bar降至3.4 bar時，閘瓦有抱閘動作，說明列車救援過程中存在停放制動異常施加的風險，且施加氣壓下限值約為3.4 bar(見圖4)，PB氣壓低于該值時車輛將施加制動力，不能再動車。

圖4 制動風壓監控信息

(3)降低被救援車主風壓力，對停放制動風壓變化情況進行確認。由于車輛在主風管和停放管路之間設置單向閥，主風壓力的驟降對停放管路的影響較小；此外，停放管路由于自身供風不足，存在一定的降幅。將兩列車風源聯掛接通后，救援車空壓機啟動，隨著被救援車主風恢復的同時，停放制動風壓得到了補充，恢復停放制動緩解狀態。

西安地鐵2號線增購車制動系統采用的是日本納博特斯克(Nabtesco)公司生產的HRA型電氣指令式制動控制系統，測試結果如下：

(1)制動截斷塞門切除工況下，通過列車監控信息上的BC塞門狀態信息(均為“OFF”)和總風壓力，完全可以判斷車輛制動緩解狀態，如圖5所示，無須下車底確認閘瓦、踏面脫離情況。

圖5 制動截斷塞門和總風壓狀態信息

(2)在車輛停放制動處于緩解狀態，制動截斷塞門切除閘瓦脫開工況下，現場對整列車停放制動缸風排出(模擬被救援車主風泄漏)后，輪對閘瓦無抱閘動作，說明車輛常用制動被切除后，停放制動不會因主風壓降低而出現施加現象，故列車運行中不存在停放制動異常施加的風險。

2.3 試驗結論

西安地鐵1號線、2號線增購車、3號線、4號線車輛發生故障后，需要連掛救援時，可直接在列車車廂內部操作制動截斷塞門緩解制動，無須下車底確認閘瓦狀態和操作停放制動拉環，但須注意以下事項。

(1)列車因故障需要救援時，司機在切制動截斷塞門前，必須在監控信息中確認列車停放制動處于緩解狀態及其總風壓力；切制動截斷塞門后，要確認制動壓力為零或制動截斷塞門狀態為OFF，否則存在抱閘動車的風險。

(2)為避免1號線、3號線、4號線車輛停放制動異常施加，救援動車過程中司機需通過列車監控信息關注PB壓力狀態。根據多次現場測試結果，結合PB壓力理論值，同時考慮踏面制動單元機械特性偏差余量，為確保安全，如被救援車司機發現PB壓力值下降至4.5 bar時，須立即聯系救援車司機停車，到對應車車下操作停放制動手動緩解拉環，緩解該車轉向架停放制動；此外，在救援過程中應保證兩列車風源接通，保證被救援車主風管路、停放制動管路供風的連續性，避免行車過程中停放制動異常施加情況的發生。

(3)通過試驗，2號線增購車在救援過程中，如出現被救援車發生風源泄漏導致救援車風壓被拉低的情況時，司機應立即停車，下車關閉救援車和被救援車之間的氣路塞門，截斷主風氣路。

3 結束語

本文結合西安地鐵實際運營情況，對地鐵車輛發生故障后，需要連掛救援時的相關問題進行了研究分析，提出了一些針對性的建議及措施。通過計算分析，列車在線路曲線半徑較小的區域連掛時，如在R150 m圓與直線相切處和S型曲線(R150 m)處，車鉤無法實現自動連掛，需借助外力，因此作為運營單位應提前考慮，準備專用工具，以備不時之需。此外，本文根據西安地鐵車輛制動系統原理，對不同制動系統進行現場驗證，對救援過程中抱閘動車會出現的可能性進行了總結歸納，提高列車故障情況下的救援效率，做到最大程度減少損失，降低事件影響。