关于地铁列车连挂救援相关问题的研究

卢剑鸿

(西安市轨道交通集团有限公司运营分公司 陕西 西安 710016)

0 引言

地铁车辆在日常运行过程中，因车辆故障或其他原因造成的列车救援是不可避免的，在救援过程中一般存在两种风险：第一种发生在救援车与被救援车的连挂过程中；第二种是被救援车发生抱闸动车的问题。本文结合西安地铁车辆的实际情况，对如何保证列车的正常连挂和制动切除进行了研究分析，提出了一些针对性措施。

目前，西安地铁1、2、3、4号线均采用B2型地铁电动客车(车体长度为19 000 mm、宽度为2 800 mm、高度为3 800 mm)，其中1、3号线由中车大连机车车辆有限公司生产制造，2、4号线由中车长春轨道客车股份有限公司生产制造。列车头尾两端车钩均采用的是中车青岛四方车辆研究所有限公司制造的半自动钩缓装置，其作用是保证列车之间的自动机械连接、自动风路连接和手动机械分解及自动风路分解。

1 列车曲线连挂及通过研究

正常情况下列车可实现自动连挂，若列车连挂区域正好处在曲线上，将会对半自动钩缓装置自动连挂，对列车顺利通过曲线产生一定影响，下面结合西安地铁线路特点和车辆尺寸，对列车曲线连挂和通过进行计算分析[1]。

1.1 计算条件

1.1.1线路参数

最小平面曲线半径：区间正线一般为400 m、困难地段为350 m，车场线一般为150 m，辅助线一般为200 m，困难地段为150 m。

最小竖曲线半径：正线区间一般为5 000 m，困难地段为3 000 m，车场线、折返线为2 000 m。

1.1.2电动客车的相关参数

车辆长度(车钩连接面之间长度)：Tc车(带司机室的拖车)为20 140 mm，Mp车(带受电弓的动车)为19 520 mm，M车(动车)为19 520 mm，列车长度(6辆编组)为118 360 mm；车辆最大宽度为2 800 mm，转向架中心距为12 600 mm，转向架固定轴距为2 200 mm。

车钩的相关参数：头车半自动车钩连挂面到回转中心距离为1 460 mm，头车半自动车钩回转中心到安装底面的距离为210 mm，头车半自动车钩回转机构最大主动对中角为±15°，头车半自动车钩回转机构最大垂直转角为±6°，机械车钩水平连挂范围±170 mm，机械车钩垂直连挂范围±90 mm。

1.2 模拟计算

通过采用SolidWorks软件绘制线路与车辆模拟图进行计算，模拟车辆在曲线上的状态，查看车钩连挂时的角度及两侧车钩纵向中心面距离，从而得出列车能否连挂并通过曲线的结论。

模拟连挂选择在出入段线的最小曲线半径上进行，出入段线最小半径为150 m，可分为R150 m定圆、R150 m圆与直线相切、S型(R150 m)曲线3种工况。

1.2.1在R150 m定圆上连挂情况

如图1所示，两侧车钩转动角度均为3.87°，小于车钩允许的最大水平摆角(15°)，说明车钩连挂时不会与车体相干涉，列车可以顺利通过此种曲线线路。

图1 R150 m定圆连挂情况

在连挂前，车钩与车体保持在一条直线上，两车钩都同时向曲线的外侧偏转，由于同步偏转，故两车钩总是在连挂范围内。

假定两个待连挂的车钩中，由于某种原因，在连挂前其中一个车钩相对车体中心线已经水平偏转了3.87°，经计算，该车钩连挂面中心点偏移量为98.5 mm，该偏移量小于车钩的最大水平偏移量170 mm，完全能够实现连挂。

1.2.2在R150 m圆与直线相切上连挂情况

如图2所示，一侧车钩转动角度为2.18°，另一侧车钩转动角度为6.05°，小于车钩允许的最大水平摆角(15°)，说明车钩连挂时不会与车体相干涉，列车可以顺利通过此种曲线线路。

两侧车钩纵向中心面距离为209.76 mm，大于车钩允许的最大主动对中范围170 mm，说明两侧车钩不能够实现自动连挂，可以手动完成连挂。

图2 R150 m圆与直线相切连挂情况

1.2.3在S型曲线(R150 m)上连挂情况

如图3所示，两侧车钩转动角度均为8.23°，小于车钩允许的最大水平摆角(15°)，说明车钩连挂时不会与车体相干涉，列车可以顺利通过此种曲线线路。

两侧车钩纵向中心面距离为419.10 mm，大于车钩允许的最大主动对中范围(170 mm)，说明两侧车钩不能够实现自动连挂，可以手动完成连挂。

图3 S型(R150 m)曲线连挂情况

1.3 结论

经过计算，说明西安地铁列车半自动车钩的连挂范围能够顺利通过R150 m曲线；连挂范围能够保证在R150 m的定圆上两列车实现自动连挂，在R150 m圆与直线相切上和S型曲线(R150 m)上需要在外界作用下进行连挂。

2 列车救援制动相关问题研究

西安地铁1号线、2号线增购车、3号线、4号线车辆的制动截断塞门布置在车厢内部，列车发生故障需要连挂救援时，司机可直接在车上操作制动截断塞门缓解制动，节省救援时间。但在车上操作制动截断塞门，无法准确判断闸瓦与踏面脱离情况，存在抱闸动车的风险，下面对车上操作制动截断塞门的可实施性进行测试及验证；同时对救援动车过程中，被救援车停放制动是否存在异常施加的情况进行了研究[2]。

2.1 现场试验方法

现场切除车上制动截断塞门，确认是否可以通过司机台显示(压力表或状态指示灯)及列车监控信息判断列车制动已缓解，避免司机下车操作，影响救援效率。

通过人工对踏面制动单元停放制动缸风压进行排风的方式，模拟被救援车在救援动车过程中出现停放制动异常施加的工况，验证是否存在停放制动施加的可能性。

模拟被救援车主风压泄漏，确认主风压力降低对救援车的影响，对被救援车停放制动的影响。然后接通两列车主风压管路，通过救援车为被救援车提供风源，最大化地避免停放制动异常施加情况的发生。

2.2 试验情况

结合西安地铁列车制动系统特点，其中1号线、3号线、4号线车辆制动系统均采用的是德国克诺尔(KNORR)公司生产的EP2002制动控制系统，测试结果如下：

(1)制动截断塞门切除工况下，列车监控信息能够准确显示每节车常用制动(BC)和停放制动(PB)压力值，司机可通过该两组数据对车辆制动缓解状态进行判断，如图4中“BC压1”和“BC压2”均显示为0。

(2)制动截断塞门切除，闸瓦、轮对踏面脱开状态下，将单车停放制动缸风压由8.6 bar降至3.4 bar时，闸瓦有抱闸动作，说明列车救援过程中存在停放制动异常施加的风险，且施加气压下限值约为3.4 bar(见图4)，PB气压低于该值时车辆将施加制动力，不能再动车。

图4 制动风压监控信息

(3)降低被救援车主风压力，对停放制动风压变化情况进行确认。由于车辆在主风管和停放管路之间设置单向阀，主风压力的骤降对停放管路的影响较小；此外，停放管路由于自身供风不足，存在一定的降幅。将两列车风源联挂接通后，救援车空压机启动，随着被救援车主风恢复的同时，停放制动风压得到了补充，恢复停放制动缓解状态。

西安地铁2号线增购车制动系统采用的是日本纳博特斯克(Nabtesco)公司生产的HRA型电气指令式制动控制系统，测试结果如下：

(1)制动截断塞门切除工况下，通过列车监控信息上的BC塞门状态信息(均为“OFF”)和总风压力，完全可以判断车辆制动缓解状态，如图5所示，无须下车底确认闸瓦、踏面脱离情况。

图5 制动截断塞门和总风压状态信息

(2)在车辆停放制动处于缓解状态，制动截断塞门切除闸瓦脱开工况下，现场对整列车停放制动缸风排出(模拟被救援车主风泄漏)后，轮对闸瓦无抱闸动作，说明车辆常用制动被切除后，停放制动不会因主风压降低而出现施加现象，故列车运行中不存在停放制动异常施加的风险。

2.3 试验结论

西安地铁1号线、2号线增购车、3号线、4号线车辆发生故障后，需要连挂救援时，可直接在列车车厢内部操作制动截断塞门缓解制动，无须下车底确认闸瓦状态和操作停放制动拉环，但须注意以下事项。

(1)列车因故障需要救援时，司机在切制动截断塞门前，必须在监控信息中确认列车停放制动处于缓解状态及其总风压力；切制动截断塞门后，要确认制动压力为零或制动截断塞门状态为OFF，否则存在抱闸动车的风险。

(2)为避免1号线、3号线、4号线车辆停放制动异常施加，救援动车过程中司机需通过列车监控信息关注PB压力状态。根据多次现场测试结果，结合PB压力理论值，同时考虑踏面制动单元机械特性偏差余量，为确保安全，如被救援车司机发现PB压力值下降至4.5 bar时，须立即联系救援车司机停车，到对应车车下操作停放制动手动缓解拉环，缓解该车转向架停放制动；此外，在救援过程中应保证两列车风源接通，保证被救援车主风管路、停放制动管路供风的连续性，避免行车过程中停放制动异常施加情况的发生。

(3)通过试验，2号线增购车在救援过程中，如出现被救援车发生风源泄漏导致救援车风压被拉低的情况时，司机应立即停车，下车关闭救援车和被救援车之间的气路塞门，截断主风气路。

3 结束语

本文结合西安地铁实际运营情况，对地铁车辆发生故障后，需要连挂救援时的相关问题进行了研究分析，提出了一些针对性的建议及措施。通过计算分析，列车在线路曲线半径较小的区域连挂时，如在R150 m圆与直线相切处和S型曲线(R150 m)处，车钩无法实现自动连挂，需借助外力，因此作为运营单位应提前考虑，准备专用工具，以备不时之需。此外，本文根据西安地铁车辆制动系统原理，对不同制动系统进行现场验证，对救援过程中抱闸动车会出现的可能性进行了总结归纳，提高列车故障情况下的救援效率，做到最大程度减少损失，降低事件影响。