沈阳地铁车辆制动系统空气制动隔离装置升级改造研究

2020-07-04韩籽贞王鑫

现代城市轨道交通 2020年6期

韩籽贞王鑫

摘要：当车辆发生制动不缓解故障时，需要进行空气制动隔离操作，通过排空故障车踏面制动单元内的压缩空气实现制动缓解。沈阳地铁 1 号线车辆出现此类故障时，司机需要下车，通过截断位于车下辅助控制箱内的故障转向架截断塞门实现制动隔离，所需操作时间较长，可能造成车辆延误，影响运营服务质量。为缩短正线故障处置时间，应对既有车辆制动系统的空气制动隔离装置进行升级改造，增加车上空气制动隔离功能。为此，文章通过分析沈阳地铁 1 号线既有车辆制动系统气路原理以及现有转向架截断塞门的合理性，在保留现有转向架截断塞门的基础上，提出手动隔离、远程隔离和带紧急制动互锁功能的远程隔离 3 种升级改造方案，并对比其优缺点，最终得出结论，手动隔离方案是适用于沈阳地铁 1 号线既有车辆的最佳方案。

关键词：地铁车辆;制动系统;空气制动隔离装置;升级改造

中图分类号：U270.35

1 研究背景

沈阳地铁1号线既有车辆制动系统采用克诺尔集团生产的EP2002型电空制动系统，该系统采用架控制动控制方式，每节车下安装2个电子制动控制单元——网关阀、智能阀，每个电子制动控制单元分别控制其对应转向架上的4个踏面制动单元的制动施加与缓解;每节车下各设置1个辅助控制箱，辅助控制箱内包含2个带排气功能的截断塞门，可截断其对应转向架上游的压缩空气，实现单个转向架的空气制动切除，从而使转向架失去空气制动力。

若1号线既有车辆在正线发生制动不缓解故障，司机可进入隧道，截断故障车辆辅助控制箱中相应的截断塞门，以实现故障转向架的制动缓解。但由于1号线隧道空间狭窄、光线较暗，辅助控制箱位置较低，不利于司机的操作，因此故障处置时间较长，可能造成车辆延误，影响地铁运营服务质量。因此，1号线既有车辆目前采用断合位于客室电气柜内的智能阀和网关阀的空气开关、重启阀体的方式实现故障转向架的制动缓解。但可能出现重启阀体后故障转向架仍无法实施制动缓解的情况，此时车辆只能抱闸运行，从而导致车轮踏面和钢轨擦伤。

本文将通过分析沈阳地铁1号线既有车辆制动系统的气路原理，提出为其增加车上空气制动隔离功能的升级改造方案，通过电气或机械控制在车上对发生制动不缓解故障的转向架进行制动隔离，以提高制动系统的安全性与可靠性，保障车辆的安全运营。

2 1 号线既有车辆制动系统气路原理

1号线既有车辆制动系统的气路原理如下：空气自空气滤清器吸入，经空气压缩机压缩后流入双塔干燥器，干燥后的压缩空气流入辅助控制箱，然后经空气过滤器、总风截断塞门、止回阀后，分为2路，一路经转向架截断塞门1、网关阀至转向架1的踏面制动单元，另一路经转向架截断塞门2、智能阀至转向架2的踏面制动单元。除以上制动管路外，压缩空气还经辅助控制箱分别流向带停放制动装置的踏面制动单元和空气弹簧。

3 现有转向架截断塞门合理性分析

1号线既有车辆踏面制动单元为克诺尔公司生产的PEC7型踏面制动单元，工作原理为充风制动、无风缓解。辅助控制箱内2个转向架截断塞门的常态为竖直导通状态，若截断该塞门，可截断来自其上游的压缩空气，并排空转向架1和转向架2上踏面制动单元制动缸内部的压缩空气，从而实现踏面制动单元的缓解。转向架截断塞门的使用条件如下。

（1）车辆在运营中出现单个转向架或单节车辆制动不缓解时，通过操作此截断塞门可以切除故障车辆转向架的空气制动，避免车辆抱闸运行。

（2）车辆在运营中出现整列车紧急制动不缓解时，司机可通过此截断塞门切除各节车的空气制动，以便使用救援车辆将故障车辆拖离现场。

（3）在日常检修中，检修人员在车下检查闸瓦与轮对踏面之间的间隙及更换闸瓦时，必须通过操作此截断塞门切除相应转向架的空气制动，防止踏面制动单元动作对人员造成伤害，保障其人身安全。

（4）车辆需要调车（如进行车轮镟修、车辆进入无电区等）时，均需通过操作此截断塞门切除各节车的空气制动。

（5）车辆需排空全部压缩空气时，应将转向架截断塞门旋转45°进行排风，否则无法排出制动风缸内的压缩空气。

通过对转向架截断塞门的使用条件进行分析，可以得出以下结论：目前沈阳地铁1号线既有车辆辅助控制箱內的转向架截断塞门可应用于需切除空气制动的各种情况，设计合理，故后续设计方案应保留此截断塞门。

4 空气制动隔离装置升级改造方案

基于上述分析，本文在保留现有转向架截断塞门的基础上，提出以下3种空气制动隔离装置升级改造方案。

4.1 手动隔离方案

目前，沈阳地铁1号线增购车辆，以及2号、9号、10号线车辆均采用手动隔离方案，根据车辆的气路设计，在保留辅助控制箱内原截断塞门的基础上，在各节车的辅助控制箱气路接口至智能阀气路接口，以及辅助控制箱气路接口至网关阀气路接口之间分别加装带反馈触点的手动截断塞门。其设置在每节客室座椅下方，以便司机在客室内进行手动操作。制动风管由车下经车体地板引入客室。

同时，在手动截断塞门外侧加装带8 mm×8 mm四角锁的金属保护箱，防止因乘客误操作而影响车辆运营安全。截断塞门电触点的电信号反馈至列车管理系统（TMS），司机可通过TMS屏幕监测塞门的状态，截断该塞门后，TMS屏幕将显示该转向架被隔离。

4.2 远程隔离方案

在保留辅助控制箱内原截断塞门的基础上，在辅助控制箱气路接口至智能阀气路接口，以及辅助控制箱气路接口至网关阀气路接口之间分别新增1组控制电磁阀和活塞阀，同时从辅助控制箱气路接口加装1路风管至控制电磁阀，作为控制气路。

两端司机室增设转向架隔离按钮，分别控制其对应转向架的制动隔离，以实现故障转向架的制动缓解。按钮与对应转向架的控制电磁阀之间采用硬线连接，通过操作转向架隔离按钮，驱动控制电磁阀动作，改变气路流向，控制活塞阀排气，实现远程隔离功能。

控制电磁阀正常为失电状态，此时活塞阀处于通路状态，转向架的制动功能可以正常施加。当司机在车辆运行过程中发现报出转向架制动不缓解相关故障时，按下对应转向架的隔离按钮，此时控制电磁阀得电动作，阀用电磁铁励磁，活塞阀排气，从而实现故障转向架的制动缓解。转向架隔离按钮连接至TMS，按下按钮后，TMS屏幕将显示该转向架被隔离。

4.3 带紧急制动互锁功能的远程隔离方案

手动隔离方案、远程隔离方案虽然能够实现对故障转向架的制动隔离功能，但同時也隔离了该转向架的紧急制动功能。为保证车辆紧急制动功能的有效性，可以在远程隔离方案新增控制电磁阀、活塞阀的基础上增加紧急制动互锁功能。具体设计方案为：在紧急制动回路中串联控制继电器，在控制电磁阀的控制回路中增加该继电器的常开触点。当紧急制动安全环路导通时，该继电器得电，控制电磁阀控制回路中的触点闭合，按下转向架隔离按钮，控制电磁阀得电;当紧急制动安全环路断开时，该继电器失电，控制电磁阀控制回路中的触点断开，无论转向架隔离按钮是否按下，控制电磁阀均失电，处于隔离状态下的转向架将自动解除制动隔离，该转向架的紧急制动功能恢复，从而保证紧急制动距离。

5 方案对比分析

从改造风险、故障处置效率等方面对上述3种方案进行对比分析，得出各个方案的如下优缺点。

5.1 手动隔离方案

手动隔离方案的优点在于：①改动对气路原理影响较小;②与1号线增购车辆的转向架隔离操作方式一致，可保证既有车辆、增购车辆隔离操作的一致性;③除对制动管路的改动外，每个转向架仅增加1个截断塞门，随之产生的故障风险点少于其他2种方案，对检修维护工作影响较小。

其缺点在于：①对车下制动管路的改动较大，需从车体地板穿入风管，并对车底进行钻孔和密封，改造工艺要求较高;②无法实现制动系统的远程隔离功能，当车辆运行过程中需要进行空气制动隔离时，司机须到相应车厢的座椅处，手动操作对应故障转向架的截断塞门，而高峰时段车内乘客较多，隔离所需时间较长，可能会造成车辆晚点。

5.2 远程隔离方案

远程隔离方案的优点在于：当车辆在运行过程中发生转向架制动不缓解故障，需要缓解单个转向架的空气制动时，司机可通过按下司机室内的转向架隔离按钮，激活控制电磁阀，实现对故障转向架的远程制动隔离，操作方便，可以大大缩短正线应急故障处置时间，提高运营服务质量。

其缺点在于：①故障转向架处于远程隔离状态时，其紧急制动功能也将被隔离，若此时发生紧急情况需要列车立即制动，则该故障转向架无法施加紧急制动力，列车紧急制动距离会有所增加;②电气方面需要在两端司机室增加转向架隔离按钮及按钮至控制电磁阀的接线，在气路上需要增加活塞阀和控制电磁阀，增加了检修维护工作量及故障风险点。

5.3 带紧急制动互锁功能的远程隔离方案

带紧急制动互锁功能的远程隔离方案的优点在于：除具备远程隔离方案的优点外，还可在故障转向架处于远程隔离的状态下，且触发紧急制动时，复位远程隔离功能，从而保证紧急制动的正常施加，降低故障对车辆运营的影响。

其缺点在于：电气方面需要更改紧急制动安全环路、增加串联控制继电器、在车辆两端司机室增加转向架隔离按钮及按钮至控制电磁阀的接线、在控制电磁阀的控制回路中增加常开触点，在气路上需增加活塞阀和控制电磁阀，改动工作量较大，增加了检修维护工作量及故障风险点。

6 结语

通过对以上3种方案的优缺点进行对比分析，手动隔离方案为纯机械控制，可靠性最高，改动风险相对较小（原因在于沈阳地铁1号线既有车辆在电气、机械方面已经完备），而且可以解决车辆在正线发生制动不缓解故障时，司机无法在车上进行制动隔离操作的问题，避免车轮踏面和钢轨的擦伤。因此，对于沈阳地铁1号线既有车辆，宜采用此方案。

随着地铁运营线路的增加及行车间隔的缩短，对正线故障处置效率的要求越来越高，带紧急制动互锁功能的远程隔离方案更适应未来地铁的发展趋势。因此，新造车辆可采用以带紧急制动互锁功能的远程隔离为主、手动隔离为备用的制动隔离方式，以缩短正线故障处理时间，减少因制动不缓解故障造成的列车延误和晚点，提高运营服务质量。

参考文献

[1]长春轨道客车股份有限公司. 沈阳地铁一号线轨道车辆维修手册第三分册制动系统[G]. 2009.

[2]李彦武，张兴宝. 用于地铁车辆转向架空气制动切除的截断塞门安装方式[J]. 城市轨道交通研究，2015（3）：133-135.

[3]梁强升. 提高地铁列车故障救援效率的探讨[J]. 城市轨道交通研究，2007（8）：23-25.

[4]夏寅荪，陈钟麟. 上海地下铁道车辆制动系统（上）[J]. 铁道车辆，1995（1）：5.

[5]赵建飞. 基于减速度控制的新一代地铁车辆制动控制技术[J]. 现代城市轨道交通，2019（11）：39-46.

[6]张永垒，侯继峰，朱西深，等. 城轨车辆常用制动隔离系统设计研究[J]. 中国铁路，2014（5）：115-117.

[7]杜鹏，张增勇，毛保华. 城际轨道交通列车故障救援模式的探讨[J]. 城市轨道交通研究，2011（3）：75-78.

[8]郑晓民，宋雨洁.地铁列车救援对乘客的影响及对策建议[J]. 中国新技术新产品，2009（13）：249.

[9]薛国星，段学军.地铁突发事件应急预防与处置研究[J]. 中国应急救援，2008（2）：21-23.

[10] 杨峰. 地铁车辆制动系统浅析[J]. 现代城市轨道交通，2009（4）：29-31.

[11] 王伟波，胡跃文，蒋廉华. Nabtesco地铁车辆制动系统概述[J]. 电力机车与城轨车辆，2009（3）：40-42，47.