地铁车辆正线总风压力严重不足故障应急处置的研究

文／武汉地铁运营有限公司 张维久 邵鹏 吕永鑫

地铁载客量大、行车密度高、安全准点，这些特点让地铁成为市民出行的首选交通工具，地铁车辆一旦发生严重故障，行车中断，将对正常行车带来重大影响，及时高效地疏通正线是车辆故障情况下需要解决的首要问题，本文针对正线车辆总风压力严重不足故障，探讨更安全、快捷的处置方式。

1 研究背景

根据武汉地铁2017年-2019年晚点延误统计，信号故障占5分钟以上晚点的45.5%，车辆故障占28.5%，信号、车辆故障是造成正线晚点延误的主要原因。常见的影响车辆运行的故障有牵引故障、制动故障、车门故障、网络故障、辅助供电故障等，车辆故障中，车辆制动不缓导致的无法动车故障是上述故障中处理难度高、对行车影响大、造成晚点时间最长的一种故障，严重情况下，可导致区间中断运行半小时以上。

列车总风压力不足，起停放制动是最复杂、难于处理的一种。列车起停放制动后，此时无法通过自身的风压缓解制动。为缩短总风压力低故障处理时间，特对连挂救援现场处置方案进行研究。

2 总风压力严重不足故障判断

车辆在正线运行时，出现总风压力严重不足故障主要有两个原因：（1）由于车辆电气原因或空气压缩机本身故障，制动供风单元停止工作，随着车辆运行，车辆总风压力将逐渐降低，直至风压严重不足，该故障发生时车辆一般会有故障预警，司机可以提前准备，第一时间进行清客，车辆退至存车线或者退回段场；（2）车辆风管路破裂损坏。可能的原因有管路安装紧固不到位导致的管路接头裂开、橡胶连接风管路老化破损和车下风管路接头、塞门等受外部异物撞击导致的管路漏风，此情况下，车辆风压将急速下降，可能在几十秒内起停放制动。本文主要针对第二种情况进行研究，判断管路严重漏风有两个方法：一是两台空压机工作，但总风风压持续下降；二是车下是否有明显的、连续的排气声。如符合上述条件，可以判断车辆发生了总风压力严重不足故障，需要立即采取措施。

3 应急处置

根据行车组织“先通后复”的原则，车辆故障处置以动车恢复正线运营为优先考虑因素。对空压机故障或电气故障导致的总风压力低，要尽早发现，及时清客，尽快恢复动车。列车如发生风管路严重泄漏，司机需及时报告行调，并将车辆驾驶至最近车站清客并申请救援，驾驶中，司机尽量平稳驾驶，减少司控器的制动操作，减少耗风量，如车辆无法运行至下一车站，司机在区间停车后需安抚乘客，准备救援。

车辆发生较严重的风压泄漏无法动车时，需先连挂，如果连挂后车辆的空气泄漏量+空气正常消耗量＜空压机工作的供风量，总风压力将上升。如稳定后的总风压力大于紧急制动施加压力，车辆停放制动、紧急制动将会缓解，可以动车；如总风压力大于停放施加压力小于紧急制动缓解压力，停放制动可自动缓解，紧急制动可旁路缓解，具备动车条件，但因风压较低，行车安全风险较大；如总风压力低于停放施加压力值，车辆不能自行缓解停放，需下区间手动隔离故障点两端的塞门，特殊情况还需手动缓解停放制动缸，待停放缓解完成后动车。

通过直接连挂救援缓解制动是比较高效的处理总风压力低故障的应急处理方法，在车辆连挂前，如果能够提供一个较为准确的判断标准，对提升故障的救援效率将有帮助。

4 总风泄漏量计算

假设车下泄漏截面面积为A，总风压力为P bar，根据小孔泄漏模型计算，空气泄漏率

—M为物质的摩尔质量(kg/kmol)=29*10-3

—γ为气体绝热系数=1.4

—R气体常量，通常取8.314kJ/(kmol.K)

—T环境温度

—Cd气体排放系数，一般取值1.0

—A为泄漏孔面积(m2)

—P总风压力

对应泄漏量为：Q0=B1*P*A kg/s

泄漏速度为：Q1=B2*P*Am3/min B2为体积换算后的常量，B2=B1/1.293*60；

假定车辆两台空压机打风的速度为V1m3/min，车辆正常泄漏速度为V2m3/min，当车辆管路压力稳定时，

如要缓解停放制动或紧急制动，则车辆总风压力P需大于相应的停放制动施加临界压力Pp和紧急制动施加临界压力Pe（不同系统Pp、Pe有所差异，Pp一般为4bar，Pe一般为6bar左右）；如总风压力低于临界值，相应制动将无法自行缓解。车辆连挂情况下，空压机打风速度为2V1m3/min，

从上述计算可以看出，列车发生严重空气泄漏的情况下，两台空压机同时打风，如果总风压力能够稳定在临界压力值1/2以上，车辆连挂后可以缓解相应制动。对常见的制动系统（低于6bar起紧急制动，低于4bar起停放制动），发生总风严重泄漏故障后，如果风压能够稳定在2bar以上，连挂救援可缓解停放制动，如果风压能够稳定在3bar以上，连挂救援可缓解紧急制动。如果风压低于2bar，连挂后车辆将无法缓解停放制动，需要下车截断空气泄漏处前端的塞门或缓解相应停放制动缸。

5 实际案例

5.1 事件经过

2017年7月22日，武汉地铁3号线C09车在惠济二路站动车后，车速在70公里时，风速急剧下降。车辆到达赵家条2站台时，TCMS显示3、4、5、6车施加停放制动，1车双针压力表显示总风为5bar，且压力值快速下降，同时司机听到车下有明显排风的声音，判断为车辆风管破裂，后C09车通过连挂救援退出运营。

5.2 故障调查及改进措施

检查发现C095车总风缸下部排污阀缺失，风缸接头螺柱从根部断裂（断裂处外径11.3mm，内径6.5mm，壁厚2.4mm），断裂处有明显异物撞击撕裂痕迹，总风缸空气通过断裂处直接排向大气，在两台空压机同时泵风的情况下，总风压力还是不断下降，并最终稳定在3.5bar左右。

为降低故障塞门被撞击的概率及事故影响，后续车辆设计时，在塞门外增加了防撞保护装置，同时，为减少塞门断裂后的风压泄漏，塞门接头螺柱内径从6.5mm减少到2.5mm。

6 总结

正线车辆管路漏风是常见的车辆故障，车辆发生严重漏风故障后，可以根据风压表在泄漏后稳态下的风压值做出应急判断。同时，为降低风压严重降低故障发生概率，提高应急处置效率，在车辆设计时需要考虑：（1）车下空气管路及塞门设计时需考虑车下异物撞击的可能性，特别要做好塞门的防撞保护，减少撞击影响。（2）合理设计空气管路布局，降低风管路接口处的应力，减少风管路断裂的概率。（3）在车辆设计时应将易受撞击影响的风管路、塞门等纳入设计考虑因素。如发生意外泄漏，2台空压机工作应能够将总风压力稳定在0.5倍紧急制动施加压力以上。（4）特殊情况下，司机需要下区间进行手动缓解停放，为便于操作，车辆设计时，停放制动缓解拉环宜采用双侧设置。