城市轨道交通车控制动系统故障分析

范荣巍 武青海 王群伟

(中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，100081,北京//第一作者，助理研究员)

目前,国内各大城市交通拥堵现象日益突出，轨道交通在人们日常出行所占比例越来越大。因此，保证城市轨道交通车辆的正常运营成为了车辆维护部门的头等大事。对于城市轨道交通制动系统来说，在运营中可能出现的故障有两种:一种是制动力不足，另一种是制动不缓解。制动力不足故障可能造成运营车辆降速运行，而制动不缓解故障将可能造成运营车辆的救援。而引起这两种故障的影响因素较多，但是多数情况是由于制动系统关键部件发生故障所导致。因此，本文着重分析城市轨道交通车辆制动系统关键部件发生故障时的现象和原因，以及对制动系统两种运营故障所产生的影响，并提出合理的处理措施，降低对城市轨道交通车辆正常运营的影响。

1 城市轨道交通车辆制动系统简介

城市轨道交通车辆通常采用微机控制的直通式电-空制动系统，能在司机控制器、ATO(列车自动驾驶)或ATP(列车自动防护)的控制下，对列车进行阶段性或一次性的制动与缓解。制动系统可根据制动指令对应的制动减速度、列车速度和重量，计算出制动力的大小，然后进行空气制动与电制动的配合控制，实现列车的精确停车。

车控制动系统是以每辆车为单位来设置制动控制单元的制动控制方式，即每辆车均配置有1个独立的制动控制单元,用于控制本车的制动力。下面着重介绍车控制动系统制动控制单元原理。

图1为城市轨道交通车控制动系统制动控制单元原理图。制动控制单元主要由滤清器(01)、常用制动充风电磁阀(02)、常用制动缓解电磁阀(03)、中继阀(06)、空重阀(09)、紧急电磁阀(10)、压力传感器(05/07/11)、压力开关(13)和相关压力测点(04/08/12)等部件组成。图1中,AS1、AS2表示空簧压力管路，R表示总风，AC表示常用制动预控压力管路，EM表示紧急制动预控压力管路、EX表示排气口，BC表示制动缸压力管路。

图1 制动控制单元原理示意图

常用制动时，制动控制单元接收到制动指令，通过控制充风电磁阀和缓解电磁阀的得电和失电，得到相应的常用预控压力输出到中继阀，通过中继阀的流量放大作用，将制动压力输出到制动缸中。

紧急制动时，紧急电磁阀失电(正常缓解时，紧急电磁阀为得电常闭状态)，空重阀根据空簧压力调整紧急预控压力，输出到中继阀，通过中继阀的流量放大作用，将紧急压力输出到制动缸中，实现车辆的紧急制动。

制动控制单元对电磁阀预控压力、中继阀输出的制动缸压力进行闭环控制，同时，微机诊断系统对电磁阀的状态进行实时监测，有助于对制动系统故障进行更精准的定位。

2 制动系统故障影响因素

2.1 制动力不足故障判断逻辑

在城市轨道交通车控制动控制系统中，制动力不足故障判断逻辑为：在常用制动状态下(无电制动),制动指令大于一定值(目前常规设定为制动缸压力的目标值在150 kPa以上)，如果制动缸压力在一定时间内不能上升到规定压力值(目前常规设定为3.5 s内制动缸压力不能上升到60 kPa)时,则制动系统上报制动力不足故障。

2.2 制动不缓解故障判断逻辑

在城市轨道交通车控制动控制系统中，制动不缓解故障判断逻辑为：在非制动状态下,如果制动缸压力实际值大于一定值(目前常规设定为40 kPa左右)，持续时间超过一定值(目前常规设定为5 s左右),则制动系统上报制动不缓解故障。

2.3 制动力不足故障影响因素

由于车控制动系统关键部件的故障而引起制动力不足故障情况汇总见表1。

2.4 制动力不缓解故障影响因素

由于车控制动系统关键部件的故障而引起制动力不缓解故障情况汇总见表2。

表2 制动力不缓解故障情况汇总表

3 制动系统故障原因分析以及应急处理措施建议

3.1 制动力不足故障

现从可能引起制动系统制动力不足故障的关键部件进行分析。

3.1.1 常用制动充风电磁阀

故障现象：车辆在制动时，TCMS(列车监控管理系统)显示无制动缸压力。

故障原因分析：在常用制动时，制动系统控制常用制动充风电磁阀和缓解电磁阀产生常用制动的预控压力；初始阶段，充风电磁阀得电开启，同时缓解电磁阀得电关闭，将总风输入到中继阀常用预控腔；当常用预控压力达到目标值时，此时充风电磁阀失电关闭。在制动系统得到缓解指令后，此时充风电磁阀失电关闭，缓解电磁阀失电，常用预控压力通过缓解电磁阀排空。当常用制动充风电磁阀故障，得电后无法开启，常用预控压力为零，中继阀无制动压力输出，造成制动力不足故障。

应急处理措施建议:当1辆车发生制动力不足故障时，可适当提高制动指令，列车其余车辆来补充不足的制动力，在列车到达终点后再退出运营；当2辆或以上车辆发生制动力不足故障时，可根据现场情况以及运营要求，采取下站清客退出运营或限速运营的方式到达终点再退出运营。

3.1.2 常用制动缓解电磁阀

故障现象：车辆在常用制动时，常用制动缓解电磁阀常排风，充风电磁阀开启和闭合切换频繁；制动系统上报制动力不足故障后，制动缸压力将在目标压力下出现循环波动。

故障原因分析：在常用制动时，缓解电磁阀故障，得电后不能正常关闭，开始阶段充风电磁阀向中继阀常用预控腔充风，同时通过缓解电磁阀排风，常用预控压力上升缓慢，无法在规定时间上升到设定值，制动系统将上报制动力不足故障；之后预控压力还将上升并达到目标值，充风电磁阀断电关闭，不再充风；但由于缓解电磁阀故障而一直处于排风状态，预控压力将很快下降，充风电磁阀得电后再次充风；此状态将一直循环直到制动缓解。

应急处理措施建议:此种电磁阀故障造成的制动力不足故障，无须采取其他措施，可正常运行到终点后再退出运营。

3.1.3 中继阀

故障现象：车辆在制动时，预控压力正常，但中继阀无制动缸压力输出。

故障原因分析：制动时，中继阀预控腔内压力正常，而没有制动缸压力输出，最大可能的原因是勾贝卡滞没有动作，无法打开总风阀口将压缩空气输出到制动缸，造成制动力不足故障。

应急处理措施建议:与常用制动充风电磁阀故障时处理措施相同。

3.2 制动不缓解故障

现从可能引起制动系统制动不缓解故障的关键部件进行分析。

3.2.1 常用制动充风电磁阀

故障现象：车辆在常用制动时，制动缸压力高出目标值，在接收到制动缓解指令后，制动缸压力没有下降。

故障原因分析：在常用制动时，充风电磁阀故障，失电后不能正常关闭，总风一直通过充风电磁阀向中继阀常用预控腔充风，同时通过缓解电磁阀排风，在压力稳定后，一般情况下实际预控压力高于目标压力值；在接收到缓解指令后，由于充风电磁阀故障，预控压力将保持原来压力，导致中继阀输出的制动缸压力没有下降，造成制动不缓解故障。

3.2.2 常用制动缓解电磁阀

故障现象：车辆在接收到常用制动缓解指令后，制动缸压力没有下降。

故障原因分析：在常用制动缓解时，缓解电磁阀故障，失电后不能排风，常用预控压力保持原来压力，导致中继阀输出的制动缸压力没有下降，造成制动不缓解故障。

3.2.3 紧急电磁阀

故障现象：车辆在接收到紧急制动缓解指令后，制动缸压力没有下降。

故障原因分析：在紧急制动缓解时，紧急电磁阀故障，得电后不能排风，中继阀紧急预控腔压力得不到缓解，导致中继阀输出的制动缸压力没有下降，造成制动不缓解故障。

3.2.4 中继阀

故障现象：车辆缓解状态下，制动缸压力一直保持80 kPa左右的压力。

故障原因分析：中继阀在出现总风口关闭不严、向制动缸漏风故障时，中继阀此时的状态是总风通过总风阀口向中继阀下游制动缸内充风，由于处于缓解状态，中继阀制动腔内的压缩空气同时向外排风；当总风泄漏量较大时，中继阀制动腔内的压力超过制动不缓解逻辑判断的设定值时，制动系统将上报制动不缓解故障。

3.2.5 应急处理措施建议

在发生制动不缓解故障时，可人工按下“强迫缓解”按钮进行缓解，此时通过故障车的防滑阀将制动缸内的压缩空气排空，实现故障车的强迫缓解;制动不缓解故障不影响制动时的正常施加，在列车到达终点后再退出运营。

如果故障车报“防滑阀故障”，则按下“强迫缓解”按钮后也无法实现制动缓解，此时需对该故障车进行制动切除操作，故障车丧失制动功能；切除1辆车制动，可在列车到达终点后再退出运营；切除2辆或以上车辆制动，可根据现场情况以及运营要求，采取下站清客退出运营或限速运营的方式到终点后再退出运营。

4 结语

本文从关键部件故障角度出发，分析制动系统运营故障产生的原因，并提出应急处理措施建议，以提高运营维护部门对制动系统的认识，及时有效地处理出现的运营故障，降低故障对线路正常运营的影响。

另外，为降低制动系统的运营故障，提高制动系统关键部件的可靠性是重中之重，对关键部件的可靠性研究是一项需长期坚持的工作。