总风低压引起地铁车辆紧急制动分析

李洪

摘 要：分析了一种总风压力不足引起的紧急制动停车;对出现的紧急制动现象进行了描述;通过车上观察，结合平时运用中出现的问题，对坡道出现紧急制动现象的原因进行了分析;分别从车辆设备和信号设备侧进行了分析，并提出了解决方法，对工程设计和运营管理具有一定的参考。

关键词：地铁车辆;风源;制动;缓解;信号系统;紧急制动

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.002

0 引言

B型地铁车辆供风系统设备配置为每列配备两台排量720L/min的空压机，每辆车一个150L的总风缸，一个100L的制动风缸。正常总风压力范围为7.5bar-9bar，总风压力小于7.5bar时一台主空压机启动工作，总风压力小于7.0bar时两台空压机同时启动工作;两台空压机按照一定的时间周期，轮流作为主空压机工作。某种情况下，在运行过程中，当总风压力小于7.0bar，两台空压机同时工作的情况下，如果供风量依然小于耗风量，总风压力会持续下降;压力小于6.0bar时，总风压力开关动作，紧急制动控制回路断开，列车施加紧急制动。停车后列车必须在总风压力上升到7.0bar以上时，压力开关复位，紧急制动回路闭合，才可以重新启动牵引。这种情况的频繁出现会影响列车的正常运行。因此必须对出现这种现象的原因进行分析，找到解决措施，保证车辆设备正常安全的运营。

1 紧急制动现象的出现

车辆安装的设备为国外某厂家的牵引控制和空气制动系统;列车编组六辆，四动两拖，制动系统负责制动力运算。车辆运行初期，ATO模式AW3工况下，在通过一较大凹形坡度区段时，频繁出现列车运行到坡底时风压不足引起紧急停车现象，直到风压上升到7.0bar以上时，列车才能重新启动，牵引列车上坡。为分析原因，采用运行过程中在司机室通过TCDS显示屏观察制动施加及空压机的工作状况，以下为观察到的情况。

1.1 ATO运行模式

在正常区间运行时，列车为满足信号系统的限速要求，使实际速度曲线更好的贴合目标速度曲线，时刻处于加速牵引或减速制动过程中;在区间两分钟左右的运行过程中，通过显示屏观察统计，发现施加制动操作达十次左右，制动级别大多为5-6级;两个空压机时刻处于工作状态;总风压力保持在6.5bar到7.0bar左右。列车通过前述坡度区段，运行到坡道底部时，风压出现低于6.0bar现象，触发紧急制动，列车停于坡底，直到风压上升到7.0bar以上时，才能重新启动牵引列车上坡。

1.2 ATP运行模式

为顺利通过该区间，采用ATP人工驾驶模式，在该模式下，司机合理使用牵引及制动的时机及级位，利用惰行，平均制动作用次数减为六次左右，制动级别大多为4-5级左右，总风压力始终保持在7.5bar以上，能正常通过该坡度区间。

2 原因分析

从以上所述看出，ATO模式下，列车施加制动次数较ATP模式多，制动级别较ATP模式大，因此制动耗风量大很多。在坡度区段叠加空簧的额外耗风增加量，造成总风压力瞬时低于6.0bar;结合平时列车检修发现的闸瓦磨耗量异常大，平均四个月左右所有闸瓦磨耗到限，判断与空气制动过度施加有关。下面进一步从车辆系统和信号系统进行分析。

2.1 车辆电空制动配合情况

图1为AW3工况时，在动车上测得初速100km/h时的电空混合一次最大常用制动曲线，从曲线上看出，制动指令发出后，制动缸压力迅速上升到5bar左右，2-3s后电制动力开始上升，随着电制动力上升，空气制动压力开始缓解，电制动力达到最大值时，空气制动压力缓解到1bar左右。制动初始瞬间空气制动的率先施加及逐步缓解动作消耗了压力空气。

图2为AW0工况时，在动车上测得初速100km/h时的电空混合最大常用制动曲线，从曲线上看出，制动指令发出后，制动缸压力迅速上升到3.0bar左右，2-3s后随着电制动力开始上升，空气制动缸压力逐步缓解到0.5bar左右。制动初始瞬间制动缸压力的一升一降同样消耗了部分压缩空气。

通过TCDS显示屏观察到这样的空气制动动作在每次调速制动中都会出现，这与在电空混合制动中电制动优先施加，空气制动在电制动力不足时予以补充原则不符。说明在ATO模式下，列车区间两分钟左右的运行时间内，进行十次左右的空气制动，致使压力空气大量消耗。针对出现的问题，可采取以下方法解决。

方法一，提高电制动力的反应速度。由于牵引系统消磁、励磁的特性，在消磁-励磁时间内若发送制动需求，牵引系统将无法快速响应电制动力，因此可对牵引系统的控制逻辑进行优化，当牵引进入制动时，不进行消磁，电制动直接响应。

方法二，空气制动力延迟投入。如果在电制动力的反应速度没有改善前，延迟空气制动的投入，会引起空走距离延长，影响列车制动减速度。

因此提高电制动力的反应速度，同时结合空气制动的延迟投入，是避免制动初期空气制动施加的有效方法。根据上面所述通过对制动软件进行修改，在施加制动时，空气制动延迟2-3s判断电制动力是否满足列车要求，若不足，根据电空混合原则，施加空气制动进行补充。避免空气制动的提前施加，在电制动力足够时避免空气摩擦制动力作用。

当然在列车低速运行时，比如进站停车速度低于10km/h时，由于电制动力减小甚至消失，这时空气制动应该迅速动作，保证列车在站台的精確停车。

2.2 信号系统运用分析

为使列车实际速度曲线与目标速度曲线一致，信号系统不断发送牵引制动指令对列车速度进行控制，但未考虑牵引电机消磁与励磁引起的电制动力滞后，每次调速制动中都会有空气制动的参与。因此信号系统可对线路地图数据进行优化，根据线路地形优化线路限速。避免短时间高限速的线路限速出现。在电制动力滞后未解决的情况下，多采用惰行，减少调速制动的施加频次。由惰行到制动时，信号系统可提前2s左右发出制动指令，补偿电制动施加的迟滞，结合空气制动的延迟投入进行制动施加。

3 结语

通过以上分析看出，ATO模式下列车坡道紧急制动停车的原因为空气制动频繁施加造成的耗风量过大。因此应对车辆的电制动性能进行改善，提高电制动的反应速度，结合空气制动的延迟投入，使电空混合制动满足运用要求，避免在发出制动指令后空气制动的提前施加。信号系统应考虑车辆牵引电制动设备实际状况，根据地形对线路限速进行优化，充分利用惰行，减少ATO模式下制动施加次数，避免电空制动配合不良车辆出现空气制动的过度施加。当然做到信号、线路和车辆的完美匹配需要经过大量的试验和进一步的分析研究。

参考文献：

[1]丁荣军，陈文光.地铁车辆用交流传动系统的设计[J].机车电传动，2001（05）：17-19.

[2]乔青峰.地铁车辆车轮踏面异常磨耗原因分析[J].铁道机车车辆，2011，31（03）：26-30.