地鐵列車單車空氣制動不緩解故障分析

張勝　岳銘

摘要 針對武漢地鐵4號線出現(xiàn)單車空氣制動不緩解故障問題進行分析，通過觀察車輛制動不緩解故障現(xiàn)象，結(jié)合空氣制動不緩解故障判斷邏輯，分析故障時刻制動數(shù)據(jù)，故障點查找排除，綜合分析確定為制動控制裝置（BCU）中制動控制插件板（EPC）損壞導致。針對制動控制插件板故障原因，提出了故障處理方法;為避免單車空氣制動不緩解故障對正線運營造成影響，總結(jié)了正線單車空氣制動不緩解故障應急處置方法。

關鍵詞 空氣制動;制動不緩解;制動控制裝置;制動控制插件板

中圖分類號 U279.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0064-03

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，越來越多的城市著力于地鐵線路建設，投入使用的地鐵車輛數(shù)量也在不斷增多。雖然國內(nèi)地鐵車輛技術日益成熟，但地鐵在使用過程中依然會出現(xiàn)各類故障，有些故障甚至會嚴重影響行車安全[1]，其中，制動系統(tǒng)中單車空氣制動不緩解故障屬于比較典型故障，處置不當容易導致列車無法牽引動車，對正線運營造成影響[2]。該文主要針對武漢地鐵4號線出現(xiàn)單車制動不緩解故障進行分析，找出故障原因做出相應改進，總結(jié)制動不緩解故障特點及正線故障處置方法。

1 武漢地鐵4號線制動系統(tǒng)概述

武漢地鐵4號線制動系統(tǒng)采用微機控制的模擬式電空制動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用車控方式，每輛車都配有一套電空制動控制裝置（BCU），BCU內(nèi)設有監(jiān)控終端，能進行故障記錄及制動數(shù)據(jù)存儲，并通過具有存儲功能的制動系統(tǒng)維護終端的USB接口與計算機進行通信，方便對車輛的故障、信息等方面的處理（見圖1）。空氣制動執(zhí)行單元由踏面制動單元缸、帶停放復合缸及閘瓦等組成，通過向制動單元缸內(nèi)充入或排出空氣完成閘瓦和踏面的貼合與分離，從而完成空氣制動施加和緩解。

制動控制裝置由制動微機控制單元（EBCU）和氣動控制單元（PBCU）兩部分組成。制動微機控制單元主要由5塊制動插件板組成，其中制動控制插件板（EPC）主要實現(xiàn)常用制動的控制計算、制動施加電磁閥（AV閥）和制動緩解電磁閥（RV閥）的驅(qū)動輸出。PBCU主要由電磁閥等氣動執(zhí)行機構組成，其接收來自EBCU指令進行制動和緩解動作，從而控制單元制動缸內(nèi)空氣的充入與排出，實現(xiàn)空氣制動施加與緩解。因此當EPC板卡出現(xiàn)故障時，PBCU將無法接收EBCU動作指令進行制動及緩解動作，進而會出現(xiàn)單車空氣制動不緩解故障。

2 單車制動不緩解故障現(xiàn)象

武漢地鐵4號線車輛正線出現(xiàn)多起單車空氣制動不緩解故障，部分故障記錄如表1所示。

由故障記錄表1可以看出，當車輛出現(xiàn)單車空氣制動不緩解時，HMI界面會顯示BCU制動不緩解信息提示，同時控制臺面板上制動不緩解指示燈會亮。

4號線車輛空氣制動不緩解判斷邏輯為在緩解指令發(fā)出后，通過檢測制動缸壓力進行空氣制動不緩解檢測，制動缸壓力不能在規(guī)定的時間（5 s）內(nèi)下降到一定的壓力，制動系統(tǒng)會判斷緩解失效，HMI會報出制動不緩解故障。

此時制動控制裝置將制動不緩解信號通過數(shù)字量輸出模塊給車輛控制單元，從而HMI報出制動不緩解故障，同時制動控制裝置會使制動不緩解燈信號繼電器得電，致使制動不緩解燈點亮。

3 故障分析

對制動不緩解故障車輛進行檢查，檢查車下無異常，車輪無擦傷痕跡。通過制動維護終端下載故障時刻數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，車輛在牽引工況下，由制動狀態(tài)緩解時，出現(xiàn)單節(jié)車AC實測值及BC實測值無法正常降低情況（見圖2），其中BC實測值為單元制動缸輸入空氣壓力;同時故障信息提示界面對應車號顯示制動不緩解故障。根據(jù)故障現(xiàn)象及制動數(shù)據(jù)顯示，制動不緩解車輛可確定為單車空車制動不緩解故障。

空氣制動控制氣路圖如圖3所示，AV閥為制動施加電磁閥，RV閥為制動緩解電磁閥，AC壓力傳感器檢測預控壓力，制動數(shù)據(jù)顯示為AC實測值，BC壓力傳感器檢測制動缸壓力，制動數(shù)據(jù)顯示為BC實測值，圖中.06為中繼閥，其作用是進行流量放大，使制動缸的壓力BC跟隨控制壓力AC變化而變化。正常情況下，制動施加時，AV閥和RV閥均得電，預控壓力上升控制中繼閥動作，使主風管壓縮空氣進入到制動單元缸管路內(nèi)，風壓增大，從而BC實測值上升;制動緩解時，AV閥和RV閥均失電，預控壓力排空，中繼閥動作，制動單元缸內(nèi)空氣通過中繼閥排出，風壓減小，BC實測值下降。由此分析可知，制動數(shù)據(jù)中顯示的預控壓力無法及時排空，導致制動缸壓力不能及時下降，從而造成單車空氣制動不緩解故障。

根據(jù)預控壓力無法排空故障點，分析可能故障原因為：

（1） AC、BC壓力傳感器故障導致壓力采集信息錯誤，與實際壓力值不符，出現(xiàn)壓力值顯示異常情況，從而制動系統(tǒng)報出制動不緩解故障。

（2）制動緩解電磁閥RV自身故障或制動緩解電磁閥驅(qū)動控制故障，導致緩解電磁閥無法失電，使預控壓力（AC壓力）無法及時排空。

為確定具體故障原因，使用手持式壓力測力裝置測得AC、BC壓力測點處壓力值與制動軟件顯示壓力基本一致，可排除AC、BC壓力傳感器故障，將故障車制動緩解電磁閥與正常車對調(diào)后故障現(xiàn)象未轉(zhuǎn)移，排除制動緩解電磁閥RV自身故障，將故障車制動控制插件板與正常車對調(diào)后故障轉(zhuǎn)移，最終確定為制動控制插件板（EPC）故障，更換故障EPC板卡后，故障恢復，車輛調(diào)試無異常。

4 故障排除

針對EPC板卡故障導致單車空氣制動不緩解故障，對EPC板卡檢測分析確認為EPC板卡上的緩解電磁閥驅(qū)動芯片損壞導致。RV閥驅(qū)動芯片功能框圖如圖4所示，RV閥驅(qū)動芯片內(nèi)部有有源嵌位保護電路，而制動施加和緩解電磁閥為感性負載，在開關斷開時會產(chǎn)生感應電動勢，但內(nèi)部保護電路吸收能力有限，在開關長期使用且動作頻繁、無額外保護的工況下會累積損傷，導致芯片損壞。為避免此類故障隱患，保護RV閥驅(qū)動芯片內(nèi)部的有源嵌位電路不受損壞，4號線已將每個RV、AV電磁閥連接器更換帶有保護二極管的連接器，在外部增加吸收電路保護有源嵌位電路，運營觀察至今無該類故障出現(xiàn)。

5 總結(jié)

由分析可以看出：由于制動控制裝置（BCU）中制動控制插件板（EPC）損壞導致了緩解電磁閥RV閥無法失電，預控壓力無法及時排出，致使單元制動缸壓力無法下降，造成了單車空氣制動不緩解故障。建議后續(xù)項目電路設計時增加對芯片的保護設計，避免芯片損壞導致制動故障。

基于EPC板卡故障導致單車空氣制動不緩解故障現(xiàn)象，當正線出現(xiàn)該類故障現(xiàn)象時，為更快速做出應急處置，乘務員可根據(jù)HMI故障顯示的車廂號，對單節(jié)故障車進行制動切除操作并及時退出運營。

參考文獻

[1]趙尋， 文作強， 熊耀. 重慶市軌道交通1號線車輛制動不緩解典型案例分析[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通， 2019（3）： 15-18.

[2]李昌銳. 地鐵車輛空氣制動不緩解故障研究[J]. 技術與市場， 2021（11）： 72-73.