深圳地鐵9號(hào)線制動(dòng)不緩解故障分析與解決措施

尚小菲，孟繁輝，楊 東，楊再保，楊 欣

（中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，長(zhǎng)春130062）

某日晚22：06，深圳9號(hào)線940車6車1架報(bào)出制動(dòng)不緩解故障，司機(jī)切除B09塞門(mén)后，車輛下線回庫(kù)。

隨后另一日晚22：50，深圳9號(hào)線937車在下沙站時(shí)，6車2架報(bào)出制動(dòng)不緩解故障。

以上兩起故障現(xiàn)象一致。

1 原因分析

1.1 制動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

制動(dòng)控制單元?dú)饴吩韴D如圖1所示。

圖1 制動(dòng)控制單元?dú)饴吩韴D

圖1中紅色線表示主供氣路，從制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸經(jīng)中繼閥、防滑閥到達(dá)制動(dòng)缸BC1/2；紫色方框內(nèi)表示預(yù)控壓力控制氣路，從減壓閥經(jīng)EP調(diào)壓模塊到達(dá)中繼閥預(yù)控口。

車輛常用制動(dòng)時(shí)，緊急閥EMV得電，中繼閥預(yù)控口與EP模塊常用支路導(dǎo)通，制動(dòng)控制單元中氣動(dòng)制動(dòng)控制單元PBCU根據(jù)電子制動(dòng)控制單元EBCU傳來(lái)的電信號(hào)，通過(guò)常用調(diào)壓閥H1、R1將來(lái)自制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸的壓縮空氣轉(zhuǎn)換成與電信號(hào)相對(duì)應(yīng)的常用預(yù)控壓力，常用預(yù)控壓力經(jīng)緊急閥到中繼閥，打開(kāi)中繼閥中制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸與制動(dòng)缸的通路，最后使制動(dòng)缸獲得符合制動(dòng)力要求的壓力。

車輛緊急制動(dòng)時(shí)，串聯(lián)入緊急環(huán)路的緊急電磁閥EMV失電，中繼閥預(yù)控口與EP模塊緊急支路導(dǎo)通，制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸壓縮空氣通過(guò)緊急調(diào)壓閥H2、R2調(diào)節(jié)后經(jīng)緊急閥到中繼閥，進(jìn)而打開(kāi)制動(dòng)儲(chǔ)風(fēng)缸與制動(dòng)缸的通路，使制動(dòng)缸獲得符合制動(dòng)力要求的壓力。

1.2 故障數(shù)據(jù)分析

（1）對(duì)故障時(shí)刻的制動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 制動(dòng)不緩解發(fā)生時(shí)刻電磁閥得失電狀態(tài)

由圖2數(shù)據(jù)可以看出：故障時(shí)刻，EBCU給出的壓力設(shè)定為0 kPa，EBCU的制動(dòng)計(jì)算正常；總預(yù)控壓力為541 kPa，2個(gè)軸的制動(dòng)缸壓力分別為541 kPa、546 kPa，總預(yù)控壓力與制動(dòng)缸壓力基本一致。

綜上可以看出，制動(dòng)不緩解故障發(fā)生時(shí)，EB?CU及中繼閥均正常，但中繼閥前端預(yù)控壓力與目標(biāo)需求值不一致，發(fā)生了誤輸出。

（2）對(duì)故障發(fā)生前一段時(shí)間的制動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 牽引狀態(tài)殘壓

從圖3可以看出，故障發(fā)生之前，牽引狀態(tài)下制動(dòng)缸仍有10～15 kPa的壓力，分析認(rèn)為常用保壓電磁閥H1存在泄漏，一直在往常用預(yù)控充風(fēng)，此時(shí)排氣閥R1能夠正常排氣，導(dǎo)致制動(dòng)缸一直有10～15 kPa的壓力。

1.3 故障復(fù)現(xiàn)

將H1閥常帶電，模擬H1電磁閥故障［1］，制動(dòng)缸內(nèi)保持10～15 kPa左右的殘壓，此時(shí)R1電磁閥正常，仍能夠正常施加與緩解，與車輛制動(dòng)不緩解故障前現(xiàn)象一致，如圖4所示。

圖4 模擬H1故障制動(dòng)缸殘壓狀態(tài)

再將R1電磁閥常帶電，模擬R1電磁閥不能正常排風(fēng)故障，預(yù)控壓力在2.5 s左右上升到550 kPa，出現(xiàn)制動(dòng)不緩解故障，如圖5所示。

圖5 模擬R1故障制動(dòng)曲線

1.4 拆解檢查

（1）過(guò)濾器拆解檢查

將制動(dòng)控制單元內(nèi)空氣過(guò)濾器拆下，濾芯中并未發(fā)現(xiàn)明顯雜質(zhì)，過(guò)濾器如圖6所示。

圖6 濾芯情況

（2）電磁閥分析調(diào)查情況

對(duì)充排氣電磁閥進(jìn)行拆解，拆解后檢查電磁閥閥芯、閥體等狀態(tài)，可明顯看出閥體為一次成型的零件，各閥口處結(jié)構(gòu)光滑，無(wú)拼接、焊接等的痕跡，但仔細(xì)觀察活塞橡膠密封結(jié)構(gòu)有損傷，如圖7所示。

圖7 拆解后電磁閥活塞與彈簧狀態(tài)

（3）電磁閥氣密性測(cè)試

針對(duì)充排氣閥故障率高的情況，將庫(kù)內(nèi)尚未使用的MAC閥全部進(jìn)行例行試驗(yàn)（即得電、失電時(shí)的氣密性試驗(yàn)），氣密性不通過(guò)的比例高達(dá)9%。

綜合以上分析，可以確認(rèn)制動(dòng)不緩解故障非中繼閥故障［2］，是由常用制動(dòng)充氣、排氣電磁閥的活塞橡膠密封問(wèn)題導(dǎo)致的，為電磁閥自身質(zhì)量問(wèn)題。

2 優(yōu)化方案

針對(duì)電磁閥問(wèn)題導(dǎo)致的制動(dòng)不緩解故障，從電磁閥本身及控制邏輯2個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，具體如下：

2.1 電磁閥換型

目前深圳9號(hào)線制動(dòng)控制單元內(nèi)使用電磁閥為國(guó)外產(chǎn)品（品牌1），將充排氣電磁閥更換為同等技術(shù)參數(shù)及接口規(guī)格的另一國(guó)外產(chǎn)品（品牌2）的電磁閥。產(chǎn)品參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 電磁閥參數(shù)對(duì)比

2.2 控制邏輯優(yōu)化

在制動(dòng)不緩解故障判斷觸發(fā)前，增加通過(guò)防滑閥進(jìn)行強(qiáng)制排氣的控制邏輯，避免發(fā)生制動(dòng)不緩解故障，影響列車運(yùn)用效率，具體如下：

2.2.1 制動(dòng)不緩解判斷邏輯（原有，未變）

（1）制動(dòng)不緩解故障置位邏輯

無(wú)制動(dòng)力施加需求時(shí)，BCU檢測(cè)到制動(dòng)缸壓力大于40 kPa時(shí)且持續(xù)時(shí)間達(dá)到5 s。

（2）制動(dòng)不緩解故障復(fù)位邏輯

無(wú)制動(dòng)力施加需求時(shí)，BCU檢測(cè)到制動(dòng)缸壓力小于40 kPa。

2.2.2 防滑閥排氣控制邏輯（新增）

（1）無(wú)制動(dòng)力需求時(shí)的動(dòng)作邏輯無(wú)制動(dòng)力需求時(shí)，制動(dòng)缸壓力大于10 kPa且持續(xù)3 s，防滑閥將制動(dòng)缸內(nèi)的空氣排空，且向TC?MS報(bào)維修警告，且在1個(gè)制動(dòng)單元內(nèi)僅允許1個(gè)轉(zhuǎn)向架執(zhí)行防滑閥排風(fēng)。

（2）有制動(dòng)力需求時(shí)的動(dòng)作邏輯

有制動(dòng)力需求時(shí)，防滑閥僅受防滑程序控制。

3 優(yōu)化效果

對(duì)電磁閥換型及軟件優(yōu)化分別進(jìn)行了地面及裝車測(cè)試，具體情況如下：

3.1 電磁閥驗(yàn)證情況

（1）地面試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)新型電磁閥進(jìn)行了外觀檢查、功能試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)（700萬(wàn)次），試驗(yàn)結(jié)果均合格，未出現(xiàn)故障。

（2）線路裝車考核

對(duì)新型電磁閥搭載深圳9號(hào)線2列車進(jìn)行了為期3個(gè)月的裝車考核，考核情況良好，未發(fā)生故障。

3.2 軟件驗(yàn)證情況

（1）地面試驗(yàn)驗(yàn)證

在地面分別進(jìn)行了充風(fēng)電磁閥持續(xù)充氣+排氣電磁閥不排氣、充風(fēng)電磁閥持續(xù)充氣+排風(fēng)電磁閥持續(xù)排氣、無(wú)制動(dòng)力需求時(shí)充風(fēng)電磁閥不充氣+排氣電磁閥不排氣、1個(gè)制動(dòng)單元先后發(fā)生多個(gè)制動(dòng)不緩解的故障模擬，在以上各種故障工況下軟件控制策略均正常，避免了制動(dòng)不緩解故障的發(fā)生。

（2）線路裝車考核

選取安裝舊電磁閥的深圳9號(hào)線2列車，搭載新版軟件進(jìn)行了為期3個(gè)月的裝車考核，考核期間發(fā)生了1次不緩解故障，進(jìn)行了預(yù)定的控制策略，避免了制動(dòng)不緩解故障的發(fā)生。具體如下：

由制動(dòng)工況轉(zhuǎn)為牽引工況，非制動(dòng)狀態(tài)下，壓力設(shè)定值為0，6車2架常用預(yù)控壓力值、制動(dòng)缸1和制動(dòng)缸2壓力均大于10 kPa持續(xù)3 s，此時(shí)防滑閥動(dòng)作將制動(dòng)缸內(nèi)的空氣排空，制動(dòng)缸壓力降為0，如圖8所示。

圖8 故障數(shù)據(jù)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

制動(dòng)不緩解故障為城軌車輛制動(dòng)系統(tǒng)最為常見(jiàn)的故障，發(fā)生故障后一般需要停車、手動(dòng)隔離制動(dòng)并盡快清客退出運(yùn)營(yíng)，會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)秩序和運(yùn)營(yíng)效率產(chǎn)生較大的影響，通過(guò)以上硬件和軟件同步優(yōu)化的措施，在保證安全的前提下能夠大大降低故障率，提高運(yùn)營(yíng)效率。