广州地铁B7型车闸片异常磨耗问题分析研究

2021-03-25冉春燕

新型工业化 2021年11期

冉春燕

（广州地铁集团有限公司运营事业总部，广东广州 510000）

0 引言

广州地铁14号线采用电空混合的制动方式，空气制动采用盘式制动，通过闸片与制动盘摩擦生热将列车动能转换为热能消散于大气中。14号线列车最高运行速度为120km/h，正常工况下，优先使用电制动，电制动力不足时使用空气制动。14号线自开通运营以来，电空制动配合较好，闸片及制动盘磨耗量小且未出现异常现象。在一次制动闸片专项作业中（列车运行3万公里）发现，14B07007008车的B08车二架闸片存在异常磨耗情况。其中一个制动夹钳闸片出现内外侧严重偏磨的情况，其他三个位置闸片及制动盘出现较深划痕情况。闸片磨耗异常将影响列车行车安全及维修成本，故查清故障原因及解决故障具有极大的意义[1]。

1 原因分析

1.1 空气制动系统简介

空气制动采用EP2002制动系统，实现分散式制动控制网络，如图1 所示，每个转向架配置一套EP2002阀，每个转向架有2根轴，4个轮对，每个轮对配置一套制动夹钳、铝制动盘及一套粉末冶金闸片，如图2所示。当一个EP2002阀出现故障时，只有一个转向架上的空气制动失效，减小了对车辆产生的影响。每个制动供风风源与EP2002阀之间还设置了一个B09截断塞门，当EP2002故障时可操作B09阀，切断风源至EP2002之间的连接路，缓解该架空气制动[2]。

图1 EP2002分布式控制

图2 制动系统配置

1.2 异常磨耗现象

故障现象如下：

（1）B08三轴左侧轮对闸片内外侧磨耗异常，外侧闸片厚度最小位置仅7mm，内侧闸片厚度为23mm，厚度及状态详见图3。且闸片表面磨损较严重。

图3 B08三轴左侧轮对闸片

（2）B08车二架其他位置闸片表面磨痕较深，如图4 所示。该车其他位置转向架闸片磨损状态较好，如图5所示。该架闸片厚度及其他架闸片检查结果如表1所示。

图4 B08车二架闸片状态

图5 其他轮对闸片状态

由表1可以看出，B08车三轴左侧闸片磨耗量较大，且存在偏磨的问题，B08车二架其他闸片厚度暂无异常。

表1 闸片检查结果

（3）检查B08车二架制动盘状态，表面划痕较深，有明显摩擦痕迹，制动盘部件有明显高温后变色的现象，如图6所示。

图6 B08二架制动盘状态

1.3 原因分析

根据故障现象本次故障主要集中在一个转向架上的制动盘有明显的磨损痕迹，且有高温后变色情况，制动闸片磨损较为严重，故障原因可锁定在该转向架的空气制动系统故障导致，初步分析有以下几个原因。

（1）EP2002智能阀故障导致抱闸动车，闸片磨耗异常；

（2）制动夹钳卡滞导致磨耗异常问题；

（3）制动缸残余压力抱闸动车，闸片磨耗异常。

1.4 抱闸动车分析

（1）查看近3个月制动阀内部数据，无相关故障信息，列车制动施加缓解功能正常。

（2）检查二架制动夹钳安装无倾斜现象，平衡杆动作正常，外观无异常，夹钳动作正常。停放制动施加缓解功能正常，测试常用制动、紧制制动、快速制动下制动缸压力值在标准范围内[3]。切除B09阀，制动夹钳功能正常。

通过以上分析，闸片磨耗异常可能是异常工况抱闸动车引起的。需对列车运行状态及制动缸压力进行排查。

（3）制动缸残余压力导致抱闸动车排查。

排查制动数据，发现12月26日15:06:45至16:25:35间，列车B08二架制动缸压力维持在2.94bar左右（紧急制动压力），其他轴无制动压力，且列车最高运行速度接近40km/h，制动储风缸压力在7.35至8.86bar变化，其他转向架的制动缸压力为0bar。根据数据判断B08车二架处于抱闸运行状态。

图7 制动数据

核查发现12月26日下午该车用于救援演练，切除整车B09，用另一列车进行救援拖行。

紧急制动功用异常故障逻辑：当列车处于紧急制动状态，但EP2002阀检测到制动缸压力为0。

查看列车故障履历，12月26日14:53:04至16:26:19列车整车B09球阀被切除，所有车B09切除均有记录，如图8所示。其他节车故障信息均正常，但仅B08车2架未报出“紧急制动功用异常”信息，说明该架B09切除后，制动缸内仍有残余压力，未报出“紧急制动功用异常”信息。后续列车被救援拖行导致列车抱闸运行，闸片与制动盘表面出现严重的摩擦痕迹且温度上升，导致制动盘与闸片表面留下严重的摩擦痕迹及高温后铝制动盘变色的情况[4]。

图8 故障履历

综上分析可判断本次闸片异常磨耗的原因为切除手柄B09切除异常导致制动缸压力未排除，导致该架出现抱闸运行状态。

2 B09截止阀原理分析

2.1 B09球阀机械结构

14号线列车B09球阀是SK-DN型带开关模块的球阀，型号为II58614/1A3E。其外观如图8所示。

图9 B09球阀

通过转动手柄可让球阀处于“通路位置” 和 “截断位置”两种工作状态。当手柄与球阀体纵向角度为0°，球阀处于通路位置，压缩空气从P1口进入P2口，即储风缸压缩空气通过B09球阀进入EP2002阀，然后流向制动缸。球阀的状态如图10（a）所示。

当手柄与球阀体纵向角度为90°，即垂直方向，此时B09球阀处于截断位置，如图10（b)所示，压缩空气从P2口流向O口，P1口压缩空气截止，制动缸的压力流过EP2002阀，然后排向大气。

图10 B09球阀的两种状态

2.2 B09球阀状态检测

根据B09球阀的安装图纸，该球阀有两对检测触点，当手柄转动10±5°时，触发第一对检测开关，当手柄转动80±5°时，触发第二对检测开关。

图11 B09球阀电路开关

14号线列车控制系统B09切除检测：检测采集B09球阀截断塞门常闭触点2/6的状态作为进行判断，当手柄转动10±5°时，触发常闭触点2/6断开，列车监测判断B09球阀处于截断（切除）状态，判断B09切除成功，该逻辑存在一个隐患点，即B09切除未动作到位（未动作至90°垂直位置），但列车控制系统从电路检测逻辑上判断该架制动已缓解。设置的优点在于当B09阀恢复到手柄与初始位置超过10±5°时，此时虽然手柄未恢复到位，但P1至P2的通路已导通，不影响列车的制动功能[5]。

2.3 原因分析

现场检查测试B09切除阀无异常，功能正常。综上分析制动缸内有残余压力的主要原因是B09球阀手柄未动作至90°的位置导致制动缸压力无法排除，制动未缓解，抱闸动车[6]。

3 试验验证

根据理论分析，对B09转动角度显示情况及制动缸压力进行测试。

（1）操作B09球阀手柄转动约10°，可以听到球阀动作，此时检查排气口O不排风，列车记录显示“转向架切除”，未显示该架紧急制动功能异常。

图12 操作手柄10°

（2）操作B09球阀手柄转动至30°、45°和60°时，排气口O均有排气现象，制动缸压力（BCP）维持在2.77bar不变，制动储风缸压力(BSRP)和主风压力（MRP）压力因球阀排气口排气一直下降，如图13，当主风下降到7.5bar时，压缩机启动，制动储风缸压力(BSRP)和主风压力（MRP）上升，当主风压力达9.0bar时，压缩机停止打风，制动储风缸压力(BSRP)和主风压力（MRP）逐渐下降，一直重复上升下降的过程，试验数据与12月26日下午B08车数据曲线基本一致。