国产架控制动系统在广州地铁3号线的运用

陶 波

（广州市地下铁道总公司运营事业总部，511430，广州∥工程师）

国产架控制动系统在广州地铁3号线的运用

陶 波

（广州市地下铁道总公司运营事业总部，511430，广州∥工程师）

介绍了在国内首次采用的国产架控制动系统的项目背景及主要部件功能，通过列车上线运营以来出现的列车冲标、制动夹钳单元漏气、平衡杆脱落、制动缸串气等主要问题，制定了相应的整改措施。该国产架控制动系统的整体运营情况良好，各项技术指标均能达到国际同等水平。

广州地铁3号线；国产；架控制动系统

Author'saddressDepartment of Operation Corporation，Guangzhou Metro Corporation，511430，Guangzhou，China

广州市地铁3号线北延段车辆采购项目共有25列车，车型为B型车，4动2拖6节编组，采用西门子架控式牵引系统。其中，有1列车采用广州市地下铁道总公司与中国铁道科学研究院机车车辆研究所（以下简为铁科院车辆所）开发的国产架控制动系统，其余24列车采用KNORR（克诺尔）公司生产的EP2002架控制动系统。

国产架控制动系统项目包括城市轨道交通制动盘和闸片研制、城市轨道交通车辆制动夹钳研制、阀类和风源系统配置等，可实现包括常用制动（电空混合制动）、紧急制动、快速制动等制动工况。其技术要求与EP2002架控制动系统的技术要求一致，均需满足车辆采购项目合同技术规格书中空气制动系统的技术要求。其主要技术指标如下：①常用制动平均减速度≥1.0 m/s2（车速120 km/h至0）；②紧急制动平均减速度≥1.3 m/s2，响应时间≤1.5 s（车速120 km/h至0）；③冲击极限≤0.75 m/s3。

1 国产架控制动系统主要部件

国产架控制动系统即EP09架控制动系统的主要部件包括制动控制单元、制动夹钳、制动盘和闸片、风源和各种阀类等。

1.1 制动控制单元（BCU）

EP09架控制动系统的BCU分为GBCU和SBCU，主要负责制动力的计算、管理并实施常用、快速、紧急及防滑制动。其中，GBCU具有与车辆多功能总线（MVB）的通信功能，SBCU只具有本地制动控制功能。GBCU与SBCU之间通过CAN（控制器局域网）总线通信，每一个控制单元负责各自转向架的制动及防滑控制。制动时GBCU接收MVB或列车线上的制动信号，然后通过内部计算后经CAN总线送给本身的电控单元及本单元车的SBCU，最后由BCU内部的气阀单元控制制动风缸和基础制动单元之间的压缩空气，进行施加或缓解制动。每个单元（3节车辆编组）的2个转向架上装有可与MVB通信的2个GBCU（其互为备份），其余转向架上装备SBCU，如图1所示。

BCU内部的关键气控阀由德国FESTO公司和中国瑞立公司分别开发，其内部的电磁阀、压力传感器、压力测试接头等均为国外成熟产品。

1.2 制动夹钳

制动夹钳是车辆基础制动装置中的重要部件。它直接关系到列车的运行安全。本项目采用的是JCP型制动夹钳单元（即紧凑型盘形制动夹钳单元）。它具有重量轻、占用转向架空间小、模块化结构及自动补偿闸片与制动盘磨耗等特点，JCP-1及JCP-2型制动夹钳单元的外观分别如图2、图3所示。

图1 EP09系统的BCU通信网络

图2 JCP-1型不带停放制动缸的制动夹钳单元

图3 JCP-2型带停放制动缸的制动夹钳单元

JCP型制动夹钳单元有如下结构特性：

1）制动缸和间隙调整器采用分离式模块化结构，减小了安装空间；

2）紧凑、质量小、占用转向架空间小；

3）制动缸为膜板结构，在同一外形尺寸情况下可满足不同制动率的要求；

4）采用无闸片托吊杆结构，允许制动夹钳单元有一定的横向移动量。

JCP型制动夹钳单元的主要技术参数见表1。

1.3 制动盘和闸片

EP09系统采用轮装盘型制动，制动盘安装在车轮辐板侧面，用制动夹钳使闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，使列车停止前进。其中制动盘和闸片分别见图4和图5。

表1 JCP型制动夹钳单元主要技术参数

图4 制动盘

图5 闸片

该制动盘由内外两个摩擦环组成，分别安装在车轮的内外两侧。这种结构中的每个摩擦环的内侧面都具有散热筋。这些散热筋既能将制动过程产生的热量带走，同时能起到将摩擦环支撑在车轮上的作用，摩擦环的厚度、散热筋的数量和几何结构都是固定的，以保证在施加制动时将摩擦环的温度保持在一定的范围内。图6和图7分别为制动盘的摩擦面与散热筋面。

图6 制动盘外侧面的摩擦面

图7 制动盘内侧面的散热筋面

1.4 风源系统

风源系统由惠州标顶公司生产，由四大主要部件构成，即整体吊架、空气压缩机、空气净化处理单

元和电控单元（如图8和图9所示）。其中，电控单元由压力控制器、空气净化处理单元控制电路、外部供风控制开关等组成，电控单元将各控制信号传递给车辆控制系统，从而实现对整个供风模块的控制。

图8 供风模块立体图

图9 供风模块外形结构平面图

2 国产架控制动系统存在的主要问题

装载该国产架控制动系统的列车于2011年1月正式上线开展一系列的试运营验证，并于2011年10月通过专家评审，至今运营已超过25万km。该制动系统整体运行稳定，没有发生过因制动系统故障而导致的列车晚点及其它事件的发生。在运营及检修过程中发生过的主要问题如下。

2.1 运营初期列车冲标

2011年8月份，该列车开始投入全天候载客运营，上线后连续两天出现ATO（列车自动运行）冲标的情况。经调查发现，该情况都是在列车出段后在第一个站ATO对标时发生的，后续各站均正常。

根据故障现象，判断为与列车的清扫制动有关。广州地铁3号线北延段项目列车的清扫制动指令是由列车控制系统给出的，产生清扫制动的条件为：每天的前两次制动且列车速度大于50 km/h时。由于清扫制动只施加气制动，铁科院车研所通过对该车的制动数据进行分析后发现，当时的实际制动减速度值与给定的减速度值相比偏低，将制动系统的常用制动力、快速制动力及紧急制动力按比例上调10%后，未再出现类似的冲标情况。

2.2 制动夹钳的橡胶模板问题

2011年6月24日，在试运营结束回库后进行的制动系统例行检查时发现，该列车的03B088车的第4轴带停放制动缸的制动夹钳单元有漏气现象；2011年8月16日，在试运营结束后的日检中发现03A087车的第4轴右侧带停放制动缸的制动夹钳单元有漏气情况，漏气部位为夹钳常用制动缸的一侧。

通过对制动缸进行拆解后发现，夹钳漏气是由于制动缸橡胶模板损坏引起的，见图10和图11所示。

图10 带停放制动缸的制动夹钳组装图

图11 制动缸橡胶膜板实景图

该膜板是国产化零部件中技术难度较大的零件，由耐油耐压橡胶及厚度为0.5 mm的夹布热压成型。造成上述问题的原因为膜板在夹布成型过程中受热出现褶皱，与胶料形成缝隙而导致疲劳破裂。

针对此问题，铁科院车辆所通过增加橡胶件的胶强度及改变夹布材质、厚度以增加橡胶件的疲劳性能来解决。该问题在2011年10月底整改完成后，上线运行至今未再出现制动缸漏气的现象。

2.3 平衡杆紧固问题

2011年9月28日，在检修时发现03A088车第1转向架第2轴左侧制动夹钳平衡杆脱落（如图12、图13）；该平衡杆安装座的2颗固定螺栓中，内侧固定螺栓已经丢失，螺纹孔周围有磨损；外侧固定螺栓断裂，部分残留在螺纹孔中。经详细检查后发现，断裂螺栓右上部存在比较明显的锈蚀痕迹，而螺栓中

部开始向下有明显的横向应力剪切断裂的痕迹。经判断，锈蚀点为早期安装时螺栓受损所致，剪切痕迹为后期列车运行过程中螺栓受剪切所致。

经过调查发现，该制动夹钳平衡杆在紧固设计及安装上存在以下缺陷：

1）平衡杆紧固螺栓的长度及强度不足：将该平衡杆紧固螺栓与克诺尔公司EP2002架控制动系统的平衡杆紧固螺栓进行对比发现，该平衡杆紧固螺栓比克诺尔公司的少约5个螺牙；同时国产制动系统的螺栓强度等级为8.8级，而克诺尔公司制动系统的紧固螺栓强度等级为10.9级，故在受到剪切力时相对易发生断裂。

2）平衡杆紧固螺栓安装时未采取防松措施：将该平衡杆紧固螺栓与克诺尔公司EP2002架控制动系统的平衡杆紧固螺栓的安装方式进行对比发现，克诺尔公司的平衡杆紧固螺栓在安装时采用了弹簧垫片并进行了防松处理；而该平衡杆未采取任何的防松措施，螺纹部分也没有涂螺纹紧固胶，故在列车长期运行过程中受到振动后容易松脱。

3）平衡杆安装座平面度不满足安装要求：根据调查发现，该平衡杆紧固螺栓安装面比较粗糙，螺栓紧固后易产生松动。

图12 脱落的制动夹钳平衡杆图

图13 制动夹钳平衡杆安装位置

针对以上问题，制定了如下整改措施：

1）对闸片托上的平衡杆连接安装孔进行加深处理，并对平衡杆紧固螺栓安装面进行加工，以保证安装面的平面度要求。

2）更换所有的连接螺栓，统一为M8螺栓（长为20 mm），并将其强度等级提升为10.9级。

3）安装时，在连接螺栓下增加弹簧垫片，并在螺栓螺纹处涂抹乐泰243防松胶进行防松处理。

该项整改于2011年10月底完成后，上线运行至今未再出现平衡杆紧固螺栓松动或断裂的现象。

2.4 制动缸串气

2012年5月11日，年检时发现03C087车第二轴右侧制动缸有串气现象。通过检查发现，该制动夹钳单元的停放制动缸向常用制动缸串气。制动夹钳单元的停放制动缸与常用制动缸之间是靠缸体密封座对弹簧制动螺杆进行密封。当停放制动缸施加制动时，弹簧制动螺杆向下运动产生停放制动力。

对故障的制动夹钳单元返厂后进行了分解，取出螺杆、弹簧制动勾贝及主弹簧等零件，发现缸体密封座的密封唇处有压痕变形，如图14所示。此处的压痕变形是导致停放缸向常用制动缸串风的主要原因。对拆卸后的缸体密封座进行分析后可知：该零件的密封性能满足使用要求，损坏的主要原因是装配过程中旋入螺杆时操作不当，使缸体密封座受到挤压变形未复原而造成的。更换了整个制动夹钳单元后列车功能正常。

图14 停放制动缸拆解后缸体密封座实景图

2.5 制动控制单元密封问题

2012年12月7日，检修时发现该车所有制动控制箱的箱内存在大量灰尘。由于该车制动控制箱是开放式箱体，箱内集成众多的电气元件和气路控制阀体，大量灰尘沉积将严重影响电气元件的正常运行和使用寿命。该问题目前尚未进行整改，临时处理措施为在月检检修时进行清理。

3 结语

该国产化设备在广州地铁3号线运用以来，各项技术指标均能达到国际同等水平，除在个别细节问题上稍显不足外，整体运营情况良好，打破了架控列车制动系统的关键技术长期以来受国外公司垄断的状况。该制动系统在批量投入生产及使用后，必须要密切关注产品质量和工艺控制，以进一步提高其全寿命周期及平均无故障时间。

［1］ 张振淼.城市轨道交通车辆［M］.北京：中国铁道出版社，2001.

［2］ 张能孝.8G型电力机车空气制动机改造［J］.电力机车与城轨车辆，2008（6）：28.

Application of Homemade Bogie-control Brake System on Guangzhou Metro Line 3

Tao Bo

The background and the functions of the main parts in the first homemade bogie-control brake system are introduced，according to the main problems like train overrunning the signal，air leakage in the brake clamp unit，balance beam dropping and so on that occurred during the operation of Guangzhou Metro Line 3，corresponding measurements are set up. The performance of the first homemade bogie-control brake system proves to be in good condition and every technical indicator has reached the international level.

Guangzhou metro Line 3；homemade；bogiecontrol brake system

U 270.35

2013-01-07）