大连快轨三号线车轮防滑系统简介及故障诊断

庞祺

【摘 要】本文介绍了大连快轨三号线车辆车轮防滑系统的工作原理，并针对现存的故障进行分析，提出相应合理的解决办法，总结了维修经验。

【关键词】大连快轨三号线；车轮防滑WSP（Wheel Slide Protect ）系统；防滑器；防滑阀； G16型脉冲发生器；擦伤

0 概述

轨道车辆在线路中运营过程中，车轮打滑是严重影响轮对寿命的一个重要因素，轮对踏面的擦伤也将大大影响旅客乘坐舒适度，严重时甚至危及行车安全。当车辆制动时，如果施加的摩擦制动力过度，超过了粘着限制，轮对与轨道间就会发生相对滑动。严重时会出现轮对被制动单元抱死，导致轮对踏面严重擦伤。因此，必须采取有效措施防止车轮打滑造成踏面擦伤。

车轮防滑在铁路车辆上的应用有着悠久的历史，防滑系统早期是其初级阶段的机械式防滑器，它由传感阀和排风阀组成。它判断是否要发生滑行的根据只有一种，即车轮的角减速度。它把回转体的惯性转换成位移，打开阀门或接通电路，使角减速度骤低的轮对缓解。防滑器发展的第二阶段是电子式防滑器。它可以采用多种判据，又具有较高的灵敏度和较快的作用速度，还能进行必要的监督和轮径补偿；但其缺点是分离电子元件的零点漂移现象不易清除，需要进行各种偏置电压的大量调整工作，而且易受环境影响，性能不稳定，维修量较大。

随着微型计算机技术的发展，防滑系统的发展也进入了第三个阶段，即采用微机控制的防滑系统。它可以对制动、即将滑行、缓解、再粘着的全过程进行动态检测与控制，信息采用脉冲处理，既简单又可靠，无零点漂移，故无需调节和补偿，更重要的是微处理器的处理速度极快，可大大提高检测精度，即使微小而缓慢的滑行也能及早检测出来并采取措施加以防止。

微机控制的防滑系统还有一个突出的优越性，即它可以利用软件随时提供有关信息，进行自我检查、诊断和监督，必要时可把有关信息随时储存、调用和显示。它还能根据新的情况和要求很方便的改变控制判据而不必改动软件。

在大连快轨三号线车辆制动系统中就引入了微机控制的车轮防滑WSP（Wheel Slide Protect ）系统，作用于常用制动及紧急制动过程中，用来防止因制动过度车轮打滑造成的轮对踏面擦伤。系统在每根轴上安装有一个速度传感器用来测取轮轴速度。在每架的中继阀与制动单元之间安装一个防滑阀，用来控制该架的车轮防滑。这是一种比较先进的防滑系统。

1 车轮防滑系统WSP的功能

1.1 速度信号的测取

系统通过在每根轴上安装速度传感器来测取速度信号。三号线车辆采用G16型脉冲发生器，以非接触式测量铁磁体齿轮的转速。该脉冲发生器由磁阻测量传感器和一个与其相连的电子译码器组成。两个部件都密封在一个铝制模铸壳体内。它可以自动检测具有一定几何形状的铁磁体旋转齿轮的轮齿和间隙。测量传感器将磁场变化转换成电信号。一个电流为7mA或14mA的电源经过译码器施加在输出端上。工作时，根据单位时间的脉冲数可以获得轴端速度。这些速度信号被送到EBCU的主板MB04B-1进行分析及处理。

安装在轴端的磁性齿轮参数为齿数：80

1.2 车轮打滑的判定

WSP的控制逻辑是EBCU（微机制动控制单元）的一部分，EBCU连续接收位于每根轴上速度传感器传来的速度信号。每节车辆的EBCU将接收到的四根轴上的四个速度信号V1～V4计算出算术平均值作为该节车辆的参考速度V，这个速度V将会最大程度地接近实际车速。当四个速度中的某个速度偏离出参考速度一定范围时（该范围一般设定为2km/h），则判断该轴发生打滑。

若出现四根轴同时打滑，则根据以下方法进行判定：

车辆在无打滑现象发生时，制动减速时的参考速度图象为平滑曲线，曲线每一处的斜率我们称为参考坡度。并将该坡度曲线与系统内部预先存储好的坡度矩阵进行对比。当参考坡度发生突然性的改变时，系统判定四根轴同时打滑。

1.3 防滑阀的功能（图1）

防滑阀的安装可采用两种形式，轴控（每根轴安装一个防滑阀）和架控（每个转向架安装一个防滑阀）。三号线车辆的防滑阀安装采用架控的形式。如图所示，防滑阀基本上由一个阀体和两个转换膜板、一个双阀电磁铁、两个将阀门电磁铁连接在阀体上的膜板以及一个阀架组成。阀体有两个阀座（Vd和Vc）。每个阀座都能通过膜板开启或关闭。阀内的两个电磁阀分别为充气阀和排放阀，一个用于切断从中继阀来的压力供给，另一个用于缓解排放制动单元制动缸内的BC压力。根据阀的功能，如果两个阀都得电，则制动单元制动缸开始通过防滑阀排风，直到用于排风的电磁阀断电为止。此时只有充气阀得电，制动单元制动缸压力处于保持状态。如果两个阀门全部断电，则制动单元制动缸会一直充风，直到用于切断充气路的充气阀得电，充气才停止，并保持在现有压力状态。防滑阀的这种功能允许其既可以长时间持续的增大或减小BC压力，也可以短时间阶段性的增大和减小BC压力，并可以随时保持BC压力。

图1 防滑阀的功能示意图

1.4 WSP的控制逻辑

当发生车轮打滑时，无论是一根轴还是多根轴打滑，EBCU通过对发生打滑轴的速度变化进行计算分析，根据打滑轴的实际速度与实际打滑进行控制。

一种情况下，当EBCU分析认定打滑现象并不严重，即发生打滑轴的速度只是稍微偏离了车辆参考速度。EBCU控制打滑轴所在转向架上的防滑阀阶段缓解制动缸BC压力，并可保持缓解后的BC压力。当打滑现象消除后，EBCU立即再控制防滑阀阶段性的恢复BC压力，直至原制动要求下的压力值。通常情况下，一次阶段性的充排气只需300～500ms。若恢复BC压力过程中再次出现打滑现象，则EBCU重新按上述过程控制消除打滑。原则上，这样做的目的是避免制动力的过度损失，使车辆始终处在发生打滑的边缘。这样即可获得与轨道最大的粘着力。

另一种情况，当EBCU分析认定发现打滑现象严重时，例如车轮已经被抱死。EBCU将控制打滑轴所在转向架上的防滑阀对制动单元制动缸进行长时间排风。每个长时间排风周期为3～5S，一个排风周期过后，如仍有较严重打滑再进行第二次长时间排风。直到打滑轴速度接近车辆参考速度，再通过防滑阀阶段缓解BC压力至打滑现象完全消失。待消失后，EBCU再通过防滑阀向制动缸内长时间充风，直至BC压力值达到原制动要求。原则上，在这种情况下，EBCU更会避免制动力过度损失。

2 防滑阀的安全电路及WSP的试运转

防滑阀的每个电磁阀都由EBCU的“安全电路”监控，以避免制动力的过度损失，如果发生故障，使电磁阀通电时间太长，安全电路会将其自动切断，并按原制动要求，建立制动缸BC压力。

车轮防滑系统WSP的性能可以通过试运转来验证，试运转只能在静止时进行。制动必须实施于常用制动的最高制动要求上。

按下位于EBCU主板MB04B-1的MMI（人机接口）面板上的键“2”并持续3S，将开始WSP试运转。

试运转包括以下操作：

——触发（内部）信号的输入和输出。

——防滑阀试验（从阀1开始，按顺序进行）

转向架1和转向架2的防滑阀按顺序通电，转向架1和转向架2依次缓解，首先采用一个0.5S的阶段缓解，然后持续大约10S。制动缸排风时，可听到声音。在这期间内也测试每个防滑阀的安全电路。在试验结束后，如果检测出故障，将显示相关代码。

如果车辆开始移动，则试运转中断。如果一切性能正常，首先在主板上显示“8888”，最后显示屏显示“89”。

3 WSP系统在大连三号线车辆中的应用

由于大连轻轨3号线车辆的电空制动系统中安装有WSP系统，这使得车轮打滑现象得到了很好的控制。但是这并不意味着就没有车轮打滑导致轮对踏面擦伤现象的发生。经检修人员检查发现，部分车辆的踏面仍有小块面积擦伤现象发生。更为严重的情况是在2007年三列车先后出现了单节动车大面积擦伤的现象。

擦伤现象的发生可能由下列原因所致：

（1）当TCU（牵引控制单元）及EBCU（微机制动控制单元）共同确认车辆处于牵引状态时，WSP系统将不会起作用。

（2）当车速过低时（通常V<3km/h），WSP系统也将无法正常控制车轮防滑。

通过上述原因可见，该系统在一定范围内，仍无法适应铁路部门生产运营的需要。仍需要通过与生产中实际相结合，不断改进更新。

4 结论

车轮防滑系统WSP在电空制动系统中的应用，在很大程度上有效的防止了车轮打滑现象的发生。但通过实际的运营中发现，该系统的应用虽然只能完全防止由于空气制动时轮对被抱死的情况发生，但却不能完全控制车轮打滑的发生，而只能是将其限制在一定的范围内，尽量降低打滑对轮对造成的危害。总之，该系统在制动系统内的地位还是举足轻重的。尽管有WSP的存在，司机在雨雪等恶劣天气下，轨道粘着系数降低时，还应该注意操纵技巧，最大程度避免打滑发生。

【参考文献】

[1]中国北车集团大连机车车辆有限公司.快轨车辆运用保养手册[Z].2版.2005.

[2]中国北车集团大连机车车辆有限公司.快轨车辆制动部件运用保养手册[Z].2003.

[责任编辑：曹明明]

另一种情况，当EBCU分析认定发现打滑现象严重时，例如车轮已经被抱死。EBCU将控制打滑轴所在转向架上的防滑阀对制动单元制动缸进行长时间排风。每个长时间排风周期为3～5S，一个排风周期过后，如仍有较严重打滑再进行第二次长时间排风。直到打滑轴速度接近车辆参考速度，再通过防滑阀阶段缓解BC压力至打滑现象完全消失。待消失后，EBCU再通过防滑阀向制动缸内长时间充风，直至BC压力值达到原制动要求。原则上，在这种情况下，EBCU更会避免制动力过度损失。

2 防滑阀的安全电路及WSP的试运转

防滑阀的每个电磁阀都由EBCU的“安全电路”监控，以避免制动力的过度损失，如果发生故障，使电磁阀通电时间太长，安全电路会将其自动切断，并按原制动要求，建立制动缸BC压力。

车轮防滑系统WSP的性能可以通过试运转来验证，试运转只能在静止时进行。制动必须实施于常用制动的最高制动要求上。

按下位于EBCU主板MB04B-1的MMI（人机接口）面板上的键“2”并持续3S，将开始WSP试运转。

试运转包括以下操作：

——触发（内部）信号的输入和输出。

——防滑阀试验（从阀1开始，按顺序进行）

转向架1和转向架2的防滑阀按顺序通电，转向架1和转向架2依次缓解，首先采用一个0.5S的阶段缓解，然后持续大约10S。制动缸排风时，可听到声音。在这期间内也测试每个防滑阀的安全电路。在试验结束后，如果检测出故障，将显示相关代码。

如果车辆开始移动，则试运转中断。如果一切性能正常，首先在主板上显示“8888”，最后显示屏显示“89”。

3 WSP系统在大连三号线车辆中的应用

由于大连轻轨3号线车辆的电空制动系统中安装有WSP系统，这使得车轮打滑现象得到了很好的控制。但是这并不意味着就没有车轮打滑导致轮对踏面擦伤现象的发生。经检修人员检查发现，部分车辆的踏面仍有小块面积擦伤现象发生。更为严重的情况是在2007年三列车先后出现了单节动车大面积擦伤的现象。

擦伤现象的发生可能由下列原因所致：

（1）当TCU（牵引控制单元）及EBCU（微机制动控制单元）共同确认车辆处于牵引状态时，WSP系统将不会起作用。

（2）当车速过低时（通常V<3km/h），WSP系统也将无法正常控制车轮防滑。

通过上述原因可见，该系统在一定范围内，仍无法适应铁路部门生产运营的需要。仍需要通过与生产中实际相结合，不断改进更新。

4 结论

车轮防滑系统WSP在电空制动系统中的应用，在很大程度上有效的防止了车轮打滑现象的发生。但通过实际的运营中发现，该系统的应用虽然只能完全防止由于空气制动时轮对被抱死的情况发生，但却不能完全控制车轮打滑的发生，而只能是将其限制在一定的范围内，尽量降低打滑对轮对造成的危害。总之，该系统在制动系统内的地位还是举足轻重的。尽管有WSP的存在，司机在雨雪等恶劣天气下，轨道粘着系数降低时，还应该注意操纵技巧，最大程度避免打滑发生。

【参考文献】

[1]中国北车集团大连机车车辆有限公司.快轨车辆运用保养手册[Z].2版.2005.

[2]中国北车集团大连机车车辆有限公司.快轨车辆制动部件运用保养手册[Z].2003.

[责任编辑：曹明明]

另一种情况，当EBCU分析认定发现打滑现象严重时，例如车轮已经被抱死。EBCU将控制打滑轴所在转向架上的防滑阀对制动单元制动缸进行长时间排风。每个长时间排风周期为3～5S，一个排风周期过后，如仍有较严重打滑再进行第二次长时间排风。直到打滑轴速度接近车辆参考速度，再通过防滑阀阶段缓解BC压力至打滑现象完全消失。待消失后，EBCU再通过防滑阀向制动缸内长时间充风，直至BC压力值达到原制动要求。原则上，在这种情况下，EBCU更会避免制动力过度损失。

2 防滑阀的安全电路及WSP的试运转

防滑阀的每个电磁阀都由EBCU的“安全电路”监控，以避免制动力的过度损失，如果发生故障，使电磁阀通电时间太长，安全电路会将其自动切断，并按原制动要求，建立制动缸BC压力。

车轮防滑系统WSP的性能可以通过试运转来验证，试运转只能在静止时进行。制动必须实施于常用制动的最高制动要求上。

按下位于EBCU主板MB04B-1的MMI（人机接口）面板上的键“2”并持续3S，将开始WSP试运转。

试运转包括以下操作：

——触发（内部）信号的输入和输出。

——防滑阀试验（从阀1开始，按顺序进行）

转向架1和转向架2的防滑阀按顺序通电，转向架1和转向架2依次缓解，首先采用一个0.5S的阶段缓解，然后持续大约10S。制动缸排风时，可听到声音。在这期间内也测试每个防滑阀的安全电路。在试验结束后，如果检测出故障，将显示相关代码。

如果车辆开始移动，则试运转中断。如果一切性能正常，首先在主板上显示“8888”，最后显示屏显示“89”。

3 WSP系统在大连三号线车辆中的应用

由于大连轻轨3号线车辆的电空制动系统中安装有WSP系统，这使得车轮打滑现象得到了很好的控制。但是这并不意味着就没有车轮打滑导致轮对踏面擦伤现象的发生。经检修人员检查发现，部分车辆的踏面仍有小块面积擦伤现象发生。更为严重的情况是在2007年三列车先后出现了单节动车大面积擦伤的现象。

擦伤现象的发生可能由下列原因所致：

（1）当TCU（牵引控制单元）及EBCU（微机制动控制单元）共同确认车辆处于牵引状态时，WSP系统将不会起作用。

（2）当车速过低时（通常V<3km/h），WSP系统也将无法正常控制车轮防滑。

通过上述原因可见，该系统在一定范围内，仍无法适应铁路部门生产运营的需要。仍需要通过与生产中实际相结合，不断改进更新。

4 结论

车轮防滑系统WSP在电空制动系统中的应用，在很大程度上有效的防止了车轮打滑现象的发生。但通过实际的运营中发现，该系统的应用虽然只能完全防止由于空气制动时轮对被抱死的情况发生，但却不能完全控制车轮打滑的发生，而只能是将其限制在一定的范围内，尽量降低打滑对轮对造成的危害。总之，该系统在制动系统内的地位还是举足轻重的。尽管有WSP的存在，司机在雨雪等恶劣天气下，轨道粘着系数降低时，还应该注意操纵技巧，最大程度避免打滑发生。

【参考文献】

[1]中国北车集团大连机车车辆有限公司.快轨车辆运用保养手册[Z].2版.2005.

[2]中国北车集团大连机车车辆有限公司.快轨车辆制动部件运用保养手册[Z].2003.

[责任编辑：曹明明]