浅析郑州地铁1号线车辆空转滑行保护机制

李峰

摘 要：简单介绍空转滑行危害，从制动系统和牵引系统分析郑州市轨道交通1号线车辆空转滑行保护机制，为同行业空转滑行保护提供参考。

关键词：郑州地铁；空转；滑行；保护机制

中图分类号：U463.5 文獻标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）17-166-02

Abstract： This paper briefly introduces the hazard of idling and taxiing， analyzes the idling and taxiing protection mechanism of Zhengzhou Rail Transit Line 1 from the braking system and traction system， and provides reference for the idling and taxiing protection of the same industry.

Keywords： Zhengzhou subway； idling； taxiing； protection mechanism

CLC NO.： U463.5 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-166-02

引言

空转滑行现象是轨道交通行业的共性问题，该现象会对轮对、轨道以及乘客造成一定的危害。实际的应用中空转滑行不可能做到完全避免，因此最大限度实现防滑保护成为降低空转滑行影响的重中之重。郑州地铁1号线车辆应用的克诺尔制动系统和西门子牵引系统有完善的滑行控制保护，能够在发现车辆空转滑行初期，通过相应的保护机制迅速反应短时内将空转和滑行轮对轴速调整至门限值以内，保障车辆平稳运行。郑州地铁1号线运营近5年来，出现过多次空转滑行现象，但因保护机制的存在，均未造成较大影响。

1 空转滑行概念及危害

1.1 概念

城市轨道车辆能够实现牵引和制动，与牵引、制动力及轮轨间摩擦力有关。而当牵引力大于轮轨间最大静摩擦力，轮对实际转速超过车辆运行速度一定值时便会发生打滑，即空转现象。相反，当制动力大于轮轨间最大静摩擦力，轮对实际转速低于车辆运行速度一定值时便会发生滑行现象。

1.2 危害

从车辆及轨道方面考虑，空转滑行现象如果得不到有效保护，势必造成轮对踏面及轨面擦伤。擦伤的轮对须进行镟修处理，轨面进行打磨，较为严重的则直接更换轮对和轨道，这将增加工作量、提高运营成本。从运营角度出发，出现空转滑行时伴随轮轨摩擦的尖锐噪声，易引起乘客恐慌；严重时造成晚点、脱轨等后果，极大影响运营效率，破坏公司形象。

2 空转滑行因素及受力分析

2.1 因素

空转滑行的产生根本原因为轮轨间粘着条件恶化。车辆运行环境湿度较大，轨面、踏面上有油污或水分，轨道处于坡道等情况均是导致轮轨间粘着条件恶化的因素。

2.2 受力分析

牵引过程中，作用于一个轮对、一节车或一列车的牵引力F1的总和应小于等于粘着力F2，否则产生空转，如图1。其中F1=F*?，F为牵引电机传至轮对的牵引力，?为踏面与轨面间的摩擦系数。制动过程中，作用于一个轮对、一节车或一列车的闸瓦摩擦力F1的总和应小于等于粘着力F2，否则产生滑行，如图2。其中F1=F*?，F为闸瓦制动力，?为闸瓦与踏面间的摩擦系数。

3 空转滑行触发条件及保护机制

郑州地铁1号线车辆，空转滑行的保护依托于克诺尔制动系统和西门子牵引系统。制动系统和牵引系统的空转滑行采集及保护机制，为车辆及轨道防护提供有力保障。

3.1 触发条件

郑州地铁1号线车辆应用的克诺尔制动系统和西门子牵引系统有完善的滑行控制机制。车辆的所有轴上安装速度传感器，实时监控各轴轴速；每节车配置2个EP2002阀，用于计算、分析、对比速度差和减速度。牵引箱内逆变控制单元可精准计算出所有动车各轴轴速及轴加速度，为牵引系统空转保护提供支持。

制动系统滑行控制激活条件有2条：单轴减速度过大；相对于计算对地速度的速度差过大，触发其中任一条件便实施滑行保护。对地速度分2种模式：非制动模式下，对地速度为采集到的车辆最低轴速度；制动模式下，最高轴速度被设定为对地速度。车辆运行过程中，EP2002阀通过计算对比每根轴的减速度，当达到门限值时便触发滑行保护。同时，EP2002将车辆最低轴速度或最高轴速度设定为对地速度，其余各轴轴速均与之比较，当差值超过门限值时也会产生滑行保护。牵引系统空转控制激活条件有2条：单轴加速度过大；相对于计算对地速度的速度差过大，其控制触发机理与滑行保护相同。

3.2 保护机制

当触发空转滑行保护后，郑州地铁1号线车辆的制动系统和牵引系统将作出应对，能够快速消除空转滑行现象，实现列车正常运行。

制动系统中为了实现滑行保护，每根轴配备2个独立的安全计时器，分别为保持计时器和排风计时器，它们分别控

制保持阀和排气阀。制动过程中触发滑行保护门限值后，在EP2002阀的控制下保持计时器执行3秒钟的制动压力保持，使列车制动力维持在一个定值不变；出现滑行的车轴对应的排风计时器1秒后执行排风动作，减小该轴的制动力、增大减速度，使轴速逐渐匹配对地速度，恢复至门限值以内，从而实现防滑保护，如图3。

制动系统实施滑行保护的同时，EP2002阀将此信息通过MVB网络控制系统，当此信号持续超过4秒后，牵引系统也将参与滑行保护。如果该信号超过4s，那么牵引系统将切除相关牵引逆变器输出的电制动力，并且在此次制动过程中， 实际的电制动力将被冻结，制动系统网关阀也不会增加空气制动力以补偿丢失的电制动力。

牵引系统检测到空转信号后，牵引逆变器控制单元将通过调整计算输出速度所需的粘着系数来降低空转轴速，使轴速逐渐匹配对地速度，恢复至门限值以内，从而实现空转保护。

4 结语

空转滑行是轨道行业无法避免的现象，它的产生因素多而复杂，通过相应的保护措施来实现空转滑行导致的恶性后果是车辆、制动、牵引、控制厂家需要共同努力达到的目标。郑州地铁1号线采用的克诺尔制动系统和西门子牵引系统的有机结合，有效地保障了车辆的安全运营，是空转滑行保护很好的应用案例，希望为同行业单位在后续的空转滑行保护方案选择上提供一定的帮助。

参考文献

[1] 张大为.地铁列车空转滑行故障原因及处理措施[J/OL].中国高新技术企业，2017（12）：163-164[2018-07-21].https：//doi.org/10. 13535 /j.cnki.11-4406/n.2017.12.084.

[2] 龚伟.列车牵引系统空转滑行控制机理分析[J].技术与市场，2013， 20（08）：122-123.

[3] 杨进华.列车空转/滑行故障分析及措施探讨——以深圳地铁罗宝线一期22列车为例[J].科技风，2013（10）：46-47.