广州地铁B7型车单节车制动不缓解动车试验研究

冉春燕，王志文

（广州市广州地铁集团公司，广东 广州 510000）

1 前言

鉴于线网大客流条件下，对正线运营列车故障应急处理的时效要求不断提高以及在列车制动不能缓解情况下尽快出清线路恢复运营的需求，地铁列车在正线运行过程中若出现单节车制动不能缓解故障，为尽快完成对故障的处理，加快正线故障处理时间，争取更快出清线路，研究列车采取自身动力动车开行至最近存车线处理的应急处理方式。为了评估单节车制动不能缓解情况下开行对列车及轨道所造成的影响，了解轮对、闸瓦、钢轨三者间相对运行状况、轮对闸瓦的温升情况以及单节车不能缓解列车的故障特征，这些信息作为制定正线出现制动不能缓解故障时应急方案的依据。

地铁列车正线运行过程中如出现单节车转向架紧急制动不能缓解故障或者单节车停放制动不能缓解的情况，司机如何快速处理，尽快出清线路，是本次试验的主要目的，研究了列车单节车制动无法缓解情况下动车的可行性。

本试验根据制动设备状态，模拟并测试B7型车单节车紧制、停放制动无法缓解的情况下，在考虑闸片和制动盘温升等安全前提下，列车可以限速多少运行多长距离，制定正线单节车紧急制动不能缓解的应急处理方案。

2 试验可行性分析

2.1 单节车紧制不能缓解动车理论计算

AW3工况下列车质量M3=329 200 kg。M g=（M+Mp）×2×0.1+Mt×2×0.05=17 678 kg。列车换算质量M3g=M3+M g=329 200 kg+17 678 kg=346 878 kg。

2.1.1 列车能否启动计算

根据列车牵引特性曲线及仿真计算，在AW3工况下列车在启动阶段整列车牵引力Fq为340 kN。根据克诺尔提供的列车制动计算报告，紧急制动时每节车的制动力如表1所示。

表1 紧急制动时每节车的制动力（单位：N）

从每节车的紧急制动力看出，B车最大，因此可先计算B车整节车紧制不缓解时列车启动情况，若其牵引力满足列车启动需求，则其他车整节车紧制不缓解时牵引力也可满足启动需求。列车AW3工况下B车紧制不缓解，其制动力Fjz为77 614 N。

按照最大坡度35‰计算坡度上的附加阻力Wi3：Wi3=M3×35‰×9.8=112.92 kN。

列车启动阻力Wq3计算（按49×10-3kN/t）如下。（AW3）：Wq3=M3×49×10-3=16.13 kN。

AW3工况下，Fjz+Wi3+Wq3=206.66 kN＜Fq=340 kN。

因此若列车在AW3工况下停放在35‰的坡道时，若一节车施加紧急制动，则列车可以启动。

2.1.2 轮对是否产生滑行计算

根据车辆称重试验报告，AW3状态，则最小轴重为97.21 kN。根据TBT 1407—1998《列车牵引计算规程》，国产各型电力机车的计算粘着系数μ计算公式为μ=0.24+12/（100+8v）。列车静止和60 km/h速度运行时的粘着系数分别为0.36、0.26。则AW3工况下列车启动时B车最大粘着力为35 kN。AW3工况下列车以60 km/h速度运行时B车最大粘着力为25.3 kN。根据制动计算报告列车AW3工况下B车紧急制动单轴制动力为19.4 kN。紧急制动力小于最大粘着力，因此列车车轮不会产生滑行。

2.2 单节车停放制动不能缓解动车理论计算

据克诺尔提供的列车制动计算报告，列车AW3工况下每节车的停放制动力均为29.34 kN。

AW3工况下，Ftf+Wi3+Wq3=29.34+112.92+16.13=158.39 kN，小于列车牵引力Fq。因此若列车在AW3工况下停放在35‰的坡道时，施加停放制动，列车可以启动。

2.3 闸瓦及制动盘耐热度

闸片和制动盘的最高温度不能超过305℃，超过则会对闸片造成损伤，影响使用寿命。

综上分析，列车出现单节车气制动或停放制动无法缓解的情况下，从理论上分析，列车可以凭自身动力牵引。

3 抱闸动车试验结果分析

3.1 试验后制动盘及制动闸片、钢轨状态

试验后检查设备状态：①检查轮对状态良好，无异常情况；②检查制动盘整体状况良好，4号轮内侧制动盘、5号轮外侧制动盘、8号轮制动盘上有小的铝材熔点，清除熔点，制动盘状态经过评估，可继续使用；③检查制动机机转向架上机械零部件，未发现异常，轮对迟缓线无异常；④测量闸片厚度，拆下闸片进行检查，发现停放制动不缓解列车闸片具有较深的划痕，表面有轻微碳滑，个别存在缺角情况。

3.2 试验数据分析

3.2.1 单节车停放制动无法缓解温升

试验过程中，列车停稳后，先测量第一轴的温度数据，对比分析，其他轴与第一轴的分析结果接近，此处对第一轴的温度数据进行分析。

3.2.1.1 制动盘

第一轴左侧与第三轴左侧为带停放制动位置，运行里程与制动盘温度的关系如图1所示，对数据进行分析，发现列车运行里程与制动盘温度呈现出二次方关系。

图1 制动盘温度曲线

3.2.1.2 闸片

运行里程与制动盘温度的关系如图2所示，对数据进行分析，发现列车运行里程与制动盘温度呈现出二次方关系。

图2 闸片温度曲线

3.2.1.3 轴箱

当单节车停放制动无法缓解，抱闸动车，轴箱温度上升到55℃之后就开始有轻微下降，停放制动不缓解，在运行4.6 km范围内，轴箱在使用要求范围内。轴箱温度曲线如图3所示。

图3 轴箱温度曲线

3.2.2 单节车紧急制动无法缓解温升

试验过程中，由于两个试验连续进行，因此第一轴的初始温度较高，此处对第二轴的数据进行分析。

3.2.2.1 制动盘

运行里程与制动盘温度的关系如图4所示，对数据进行分析，发现列车运行里程与制动盘温度呈现出线性关系。拟合公式为f（x）=19.824x+78.382，其中x为列车运行里程，f（x）为制动盘温升，根据制动盘使用要求，制动盘使用温度不能超过300℃。正线出现单节车紧急制动不能缓解故障，在保障制动盘不损坏的前提下，列车抱闸最大可运行11.17 km。

图4 制动盘温度曲线

3.2.2.2 闸片

运行里程与制动盘温度的关系如图5所示，对数据进行分析，发现列车运行里程与制动盘温度呈现出线性关系，拟合公式f（x）=18.264x+55.014，列车运行里程达为11.17 km，闸片最高温度为259.19℃，在闸片的使用要求范围内。

图5 闸片温度曲线

3.2.2.3 轴箱

运行里程与轴箱温度的关系如图6所示，对数据进行分析，发现列车运行里程与制动盘温度呈现线性关系，拟合公式f（x）=2.394 7x+33.902，列车运行里程为11.17 km，轴箱最高温度为60.6℃，在轴箱的使用要求范围内。

图6 轴箱温度曲线

4 结论

列车在干燥钢轨上运行，无论单节车出现何种制动不能缓解，轮对相对钢轨都是滚动运行，相对闸片滑动运行。单节车停放、紧急制动不能缓解，列车强行运行，不能缓解车辆制动盘温度上升最快，其次为闸片。停放制动不缓解动车温升较紧急制动不缓解动车快；停放制动时单个制动盘的制动力为37900N，紧急制动时单个制动盘的制动力为24 849 N（数据来源于《TA42336_41A_EN_02铝盘制动力计算》），试验结果与理论数据相符合。列车抱闸运行，会产生烟雾同时伴有较大异味，无明显噪声。单节车停放制动无法缓解，列车以60 km/h速度，在试车线上最大可运行4.6 km，闸片损伤较严重，制动盘、制动机、转向架及轮对踏面状况良好。单节车紧急制动无法缓解，列车以60 km/h速度，在试车线上最大可运行11.17 km，闸片仍可继续使用，制动盘、制动机、转向架及轮对踏面状况良好。