上海地铁5号线车辆停放制动故障分析及处理

(上海地铁维护保障有限公司 车辆分公司，上海 200235)

0 引言

目前，上海轨道交通已进入一个快速发展阶段，网络化运营格局已初步形成。网络化规模的增大，给城市带来便利的同时，对车辆的维护和检修也带来了挑战。

上海地铁5号线车辆使用多年来，经常发生停放制动施加或缓解缓慢故障，经过对停放制动故障数据的统计和研究，发现绝大部分的故障为电磁阀故障。车辆在正线运营时，在每次折返线转换司机室时都会自动施加停放制动，而司机到点发车时又要缓解停放制动，导致停放制动电磁阀的动作频繁，一旦发生无法缓解故障将直接影响正线运营。

为此，本文对停放制动故障原因进行分析，根据故障原因对停放制动电磁阀及控制进行研究，制定有效解决方案，有效降低故障率和下线率，提高运营的安全可靠性。

1 车辆停放制动控制工作原理

停放制动是车辆上重要的制动系统，用于确保车辆在数天的停放过程中不会有任何移动。转向架上的停放制动单元由一台与空气制动缸串联一台弹簧力作用的制动缸组成，该制动单元施加停放制动。停放制动是充气缓解，排气施加。当空气供应故障时，停放制动须手工缓解。

停放制动控制是通过司机室驾驶台上的停放制动按钮的操作，来控制停放制动电磁阀的动作，并通过电磁阀的换向来控制停放制动缸内压力空气的充排，进而实现停放制动施加和缓解。当缓解停放制动时，压力空气充入停放制动缸，阻止停放制动缸弹簧制动力的作用而实施；当施加停放制动时，停放制动缸中的压力空气逐渐排入大气，这时停放制动由于弹簧力的作用而实施。停放制动执行机构的设计要求是，其停放制动力永远不衰减，当停放的车辆在总风管和制动缸的压力空气排尽时，停放制动接管常用制动，以保证车辆停放的要求。

1.1 停放制动电磁阀简介

车辆制动系统采用克诺尔的EP98制动系统，为防止车辆无制动空气后可能产生溜车，该系统安装有停放制动空气回路，停放制动电磁阀为二位三通的结构，采用110VDC电源，工作气压为0—10.5bar，直接采用车辆主风管供气，安装于每节车底的制动模块区域，其结构原理图和实物图如图1 所示。

1.2 停放制动控制回路

停放制动控制方式为：电磁阀失电→停放制动缸放气→停放制动施加；电磁阀得电→停放制动缸充气→停放制动缓解。

图1 电磁阀结构原理图和实物图

2 故障情况及原因分析

根据对正线运营时发生的停放制动电磁阀故障统计发现，停放制动电磁阀故障表现形式主要分为两种：第一种表现为停放制动不缓解，共出现1次，占比约为5%，经查该故障为电磁阀线圈烧损引起。第二种表现为停放制动缓解或施加动作缓慢，共出现20次，占比约为95%，如表1所示，其中由于停放制动故障导致车辆下线17次。

表1 停放制动电磁阀故障表现形式

由表1可知，停放制动缓解或施加动作缓慢占比较高，而且影响程度较大，所以对此进行了深入的分析。

1)在故障发生时，对故障车辆停放制动电磁阀的控制电压、线路阻值进行测量，未发现异常。从停放制动电磁阀控制回路得知，四节车辆的停放制动电磁阀为并联形式的电路连接，电路上不存在时间上的滞后性。

2)对故障车辆的停放制动缸检查后发现，每节车上的2个带停放制动缸的单元制动机几乎动作一致，没有明显的时间差。查阅车辆气路图得知，每节车辆2个停放制动缸的气路并列接于停放制动电磁阀控制管路下方，由此可以判断停放缸也不是造成动作缓慢的原因。

3)对停放制动电磁阀进行检查，将有故障的电磁阀与正常车辆的电磁阀进行互换后发现故障发生转移，由此可以推断故障是停放制动电磁阀引起的动作缓慢。在排除阀体的线圈故障后，基本认为是阀体内的活塞及其相关部件动作迟缓，最终导致停放制动施加或缓解缓慢。

3 停放制动电磁阀改进及方案选定

3.1 三种改进方案

根据停车制动故障分析的结果，停放制动缓解或施加缓慢故障对车辆正线准点运营的影响范围较大，且是由于电磁阀内部引起，据此，提出以下三种改进方案。

3.1.1 停放制动电磁阀结构改进

停放制动电磁阀是制动系统中的重要部件，出现电磁阀动作缓慢故障，从电磁阀动作原理分析故障应考虑以下几方面，电磁阀润滑油脂、阀体内部的尺寸公差、尤其是活塞套管、线圈三通阀端盖以及阀芯等部件的相互接触是否存在干涉。因停放制动电磁阀为专业部件，对电磁阀结构的改进需得到供应商的技术支持。

3.1.2 停放制动电磁阀阀体内部清洁

对动作缓慢的电磁阀，在进行内部各零件彻底清洁后，重新组装并装车使用，发现故障消失。根据上述情况，可以制定相应的电磁阀清洁工艺规程，将该规程放入目前的均衡检修规程。以对所有车辆的停放制动电磁阀进行全面的维护，降低故障率。其电磁阀内部各零件的清洁如图2所示。

图2 电磁阀内部各零件清洁图

3.1.3 停放制动电磁阀控制回路改进

由于车辆停放制动在转换司机室时会自动施加，考虑可以通过电磁阀控制回路的改进，使电磁阀保持原有状态，不再自行施加制动。查阅综合电路图得知，要使电磁阀保持原有状态，必须在20K7触点旁并联一路继电器触点开关，保证在转换司机室时，当20K7触点断开，该新增触点闭合，从而保证电磁阀保持转换前的状态，停放制动不会自动施加，其原理如图3所示。

图3 自动施加停放制动电路图

由于20K7继电器是由司机室主控钥匙控制，因而，新添加的继电器触点应当先于20K7触点动作，否则在20K7触点断开后新触点再闭合，两者工作则会出现一定的时间差，导致在时间差内电磁阀失电，停放制动自动施加。

图4 司机室转换电路图

图4为综合线路图中司机室操作与转换电路图。当司机室转换打开控制按钮(20S2)工作后，这一路电路接通，司机室转换继电器20K12工作，且该继电器工作电源不由司机室主控钥匙20S1的触点提供，可以推断出，20K12可以在继电器20K7断电前工作。如果在20K7的C1/D1常开触点旁并联一路20K12继电器常开触点开关，就能满足停放制动不自动施加的要求，如图5所示。

图5 接入司机室转换继电器电路图

当司机室未转换时，电磁阀通过20K7闭合回路得电；当司机室发生转换时，20K12触点先于20K7触点工作，即20K12先闭合，随后20K7断开，保证了电磁阀得电，且中间无断路出现，停放制动不会自动施加。

3.2 改进方案比选

对三种方案进行比较，可以发现如下优缺点：

1)因电磁阀结构问题需更换电磁阀，效果好，费用高，周期长。目前车辆已出质保期，电磁阀改进需得到供应商克诺尔的技术支持，他们目前暂无应对措施。另外假如可以更换，将产生较大费用，装车备件就需要68个电磁阀。

2)效果有，费用低，但对操作者有较高的技术要求。因该电磁阀安装于车底，阀体及安装座上灰尘多，拆装时容易造成异物进入空气管路，可能形成二次故障隐患。而且阀体属于密封件，内部零件较多，共计20余个，经常打开阀体易造成内部零件遗失或损坏，造成后期漏气等故障隐患。

3)效果有，费用低，但整改过程中对操作者有技术要求。该方案全部可以在司机室内完成，可操作性较强，且不影响正常的施加和缓解功能。

通过理论分析，方案3具有优势，兼顾费用低，操作性强，整改用时短等特点，因此，选用方案3作为停车制动故障整改措施。

4 整改后的效果分析

4.1 可靠性分析

为使司机室转换时不施加停放制动，只在停放制动电路20K7的C1/D1触点旁并联一副20K12(司机室转换继电器)的常开触点，新增触点只在进行司机室转换时动作，不影响车辆的其他功能。而且因为该触点为20K12上的闲置触点，其使用寿命与同继电器的其他触点相同，可靠性较高。

4.2 安全评估

改进方案实施后，未改变原有车辆的停放制动施加和缓解功能，只是在司机室转换时不再自动施加停放制动，但在司机室转换时仍会自动施加紧急制动以防止溜车。当发生110 V失电，或者电缆被切断等紧急情况下，停放制动仍会自动施加，保障了车辆安全性。

4.3 实际效果

根据整改完成后的数据统计，正线车辆未发生停放制动故障，有效降低了车辆的正线故障率，保障了车辆正常的运营准点率，较好达到了整改的目的。

5 结语

针对上海地铁5号线停车制动故障进行了详细的分析，找出了产生故障的原因，通过对停放制动电磁阀控制回路的改进，有效地提高了停放制动电磁阀寿命，降低了车辆正线故障率，保障了车辆正常的运营准点率。