地铁车辆制动系统常见故障处理与分析

李靖 郭明月

摘 要：地铁车辆制动系统的安全可靠是城市轨道交通运营安全的重要保证，本文介绍了城市轨道交通车辆制动系统的功能及构成，重点总结了正线车辆空气制动系统常见的故障与应急处理，并针对典型故障案例进行了深入分析，为地铁车辆运营制动系统的故障处理及分析提供参考。

关键词：城市轨道交通;制动系统;故障处理

Abstract：The safety and reliability of the metro vehicle braking system is an important guarantee for the safety of urban rail transit operations.This article introduces the function and composition of the braking system of urban rail transit vehicles，focusing on summarizing the common failures and emergency treatments of the air braking system of mainline vehicles，and conducts an in-depth analysis of typical failure cases to brake the subway vehicles Provide reference for system troubleshooting and analysis.

Keywords：Urban rail transit;Brake system;Troubleshooting

1 制动系统功能及构成

城市轨道交通地铁车辆制动系统一般采用架控式在ATO、ATP控制以及司控器的控制下进行列车单次或阶段性制动与缓解的响应，并使用硬线和网络冗余的方式以列车为单元进行制动力管理[1]。主要有紧急制动、常用制动和快速制动以及停放制动等制动模式，其中：常用制动主要用于在列车运行包含进站过程中控制或调节车辆速度，常用制动时优先使用电阻制动方式，当制动力不足时采用空气进行制动力补充;紧急制动是车辆快速停止而施加的制动，正常行驶中不施加，由于紧急制动采用“失电制动，得电缓解”的设计原则考虑断电、脱弓、断钩等紧急及意外情况，因此只应用空气制动[2];快速制动主要由司机控制器触发指令能使列车尽快停车，其所需的制动力控制方式和常用制动一样;停放制动主要在库内施加用于防止车辆长时间停放时有溜车的情况，通过司机操作台按钮控制，弹簧力作用施加停放制动，缓解则由压缩空气缓解。空气制动作为车辆制动系统的重要部分，其性能直接影响车辆正线运用情况。

空气制动系统主要由供风设备（空气压缩机组、空气干燥器和风缸）、制动控制部分（EP2002阀）和执行部分（闸瓦制动装置）组成，其中，制动控制单元EP2002阀作为车辆制动控制的核心部件安装在其控制的转向架附近，其内部集成了各种压力传感器和气动阀部件以及制动控制管理电子设备，用于负责控制相应转向架的车轮滑动保护、紧急制动和常用制动等功能。

2 空气制动系统常见故障与应急处理

在列车制动力管理中，由制动系统计算整车所需制动力，TCMS接受来自司控器或ATC的制动指令，并将制动级位请求值实时传输给BECU。空气制动系统根据TCMS发送的电制动实际发挥值计算并分配空气制动力[3]。在车辆正线运用过程中，空气制动系统故障多发于频繁响应进行制动施加缓解工况下，因此常见的空气制动系统正线故障有常用制动功能故障和紧急制动故障。

2.1 常用制动功能故障

在运营车辆制动施加过程中，常用制动优先按照网络需求进行制动力的施加。制动控制单元根据的列车载重情况及制动需求计算目前车辆制动需要的总制动力，根据电制动的实施情况进行空气制动[4]。随后停车制动发挥作用，停车制动是常用制动的一部分，速度低于设定值电制动逐渐退出转换为空气制动至有零速信号后转变为纯空气的保持制动[5]。车辆常用制动功能发生故障后，车辆屏将会显示制动图标报红并伴随故障信息条目提示，主要有以下几个方面：

2.1.1 转向架常用制动无法缓解

制动不缓解信号由网络和硬线同时监控，通常以制动控制单元反馈网络信号作为优先采集并反馈在车辆屏上。车辆正常运行过程中，制动控制单元对其所控制的对应转向架制动缸进行压力监测，当检测到相应转向架制动缸压力均低于25KPa（不同线路有差异）时，指示常用制动缓解继电器得电，输出制动缓解信号，所有制动缓解指示灯亮起。当运行过程中，非制动工况下，制动控制单元检测到存在制动缸压力始终高于25KPa时，网络将判断存在转向架常用制动不缓解，导致制动系统报红并指示报出相应转向架常用制动不缓解故障条目。

常用制动无法缓解发生后制动控制系统无法满足最低可接受的性能，如不采取有效措施继续长距离牵引将可能产生闸瓦和车轮无法接受的热应力，造成轮对磨损擦伤对车辆硬件造成损坏，且网络将会触发牵引封锁控制车辆速度无法提升。发生该故障后，应立即锁定故障转向架位置，硬线控制车辆强迫缓解尝试排除制动器偶发卡滞问题，必要时及时切除故障相应转向架气制动，防止车辆抱闸牵引造成零部件的损伤，确保所有转向架能正常缓解后如车辆仍无法正常运行，需进一步操作制动不缓解旁路使车辆正常牵引返回车辆段进行维修。

2.1.2 转向架常用制动未施加

制动系统部分转向架常用制动未施加，通常由于制动控制单元在车辆制动过程中，BCP（制动缸）压力低于所需制动缸压力的70%并持续15秒以上，车辆屏制动系统界面显示存在转向架常用制动未正常施加。在地铁车辆运行过程中，若车辆发生管路漏泄、制动控制单元检测到内部传感器数据紊乱、排风电磁阀异常排风等一个或者多个制动控制系统故障，制动控制系统为避免故障扩大对车辆运行造成重大影响，将会自身对其功能进行修改以发挥系统降级模式下可能的最好性能，控制故障转向架常用制动不再施加，相应制动力损失由其他转向架进行补偿。单个转向架发生该类故障后通常不会对车辆正常运行造成影响，无需立即采取措施可正常运行回库后查找相应管路连接有无漏泄情况，进行密闭性试验后下载制动控制系统数据，查看制动控制单元内部压力傳感器或相关电磁阀有无异常记录，必要情况下更换相应制动控制单元维修解决。

2.2 紧急制动故障

紧急制动为保证应急情况下指令能够准确实施，采用双线双断的安全设计原则，列车线环路贯穿于整列电客车并遵循“故障导向安全”的原则设计，完全独立于列车的常用制动系统[6]。紧急制动不会在列车正常运行过程中触发，当列车ATC系统发出紧急制动指令、DC110V控制电源失电、紧急制动列车线回路失电或中断、紧急制动按钮按下、司机室警惕装置触发以及列车分离、列车运行过程中方向手柄在零位、总风缸压力低于特定的安全值、车辆未完全离开车站时，启用车门紧急解锁以及列车超速的异常情况，列车将会紧制停车。

在列车运行过程中，若以以上任一条件触发紧急制动，列车都将以紧急制动相应减速度进行制动并且无法撤除直至列车停止[7]。该情况下的应急处理需立即根据车辆显示的相应紧急制动故障信息进行故障判断，及时对相应触发条件进行检查修复，必要情况下如无法立即修复需要进行对应旁路操作，以避免该车再次触发紧急制动影响全线车辆运营。安排车辆终点站回库进行维修。

3 典型案例分析

3.1 故障现象

2020年石家庄地铁1号线发生1起车辆常用制动无法缓解故障，列车正线运行中车辆屏显示制动系统图标报红并伴随故障条目5车架2制动不缓解，司机台所有制动缓解指示灯不能点亮。司机对该车故障对应转向架气制动切除后故障仍未能消除且车辆速度提升缓慢，最终该车运行至车辆段退出服务，造成了当天该列车清客退出服务以及同线路多列车不同程度晚点情况。

3.2 故障分析与处理

考虑列车故障为常用制动不能缓解，车辆回库后立即组织对车辆闸瓦轮对进行详细检查，未发现抱闸运行导致轮轨擦伤异常磨耗等现象，库内对车辆多次进行常用制动施加缓解试验，车下查看闸瓦执行部件均能够正常缓解动作，但查看车辆屏显示该转向架常用制动始终未能缓解，且期间司机操作台所有制动缓解指示灯均不亮考虑常用制动反馈线路存在异常。

查找车辆电路图分析（如图1），所有制动缓解指示灯与各转向架常用制动缓解继电器串联，查看故障时刻列车网络数据中各常用制动缓解继电器反馈数据信息，故障发生时该车5车架2常用制动缓解继电器（+241.10=28-K36）未得电，因此导致线路不通所有制动缓解指示灯不亮。

制动控制单元智能阀内部设置制動缸压力传感器，用于实时监控制动缸压力并提供继电器触点指示常用制动施加或缓解（如图2），当智能阀中检测到该阀控制的两个制动缸压力传感器的压力值均低于25KPa时，智能阀中指示常用制动施加和缓解的继电器闭合，输出制动已缓解信号，当检测到两制动缸压力传感器的压力值均高于40KPa时，指示制动施加和缓解的继电器闭合，输出制动施加信号。

根据制动系统原理分析，下载制动数据发现在故障发生时5车架2制动缸压力维持在43KPa，且司机根据相应故障处理指南切除该转向架B05后，智能阀检测仍输出制动缸压力为31KPa（如图3）未达到制动缓解压力值，导致制动控制单元不能指示对应转向架继电器得电，网络采集压力值信号后判断该转向架制动无法缓解，列车回库后模拟制动施加缓解动作并使用外接风压表测量该车转向架制动缸压力实测值为0KPa，而智能阀反馈网络信息为31KPa，由此判定为制动阀内部压力传感器故障，导致检测制动缸压力数据异常未能输出制动已缓解信号。

联系整个故障履历进行事件分析，列车报故障5车架2制动不缓解故障后阶段性触发牵引封锁，在后续进行车辆故障转向架切除操作后制动不缓解故障仍存在，随着车辆运行速度攀升反复触发牵引封锁导致车辆行驶缓慢速度始终无法攀升至指定值。牵引封锁为导致车辆及相应线路其他车辆晚点的主要原因，其逻辑原理为当车辆在非制动工况下、车辆车辆运行速度大于4km/h存在空气制动且“气制动缓解旁路”无效时保持5s后，触发牵引封锁条件（如图4）导致车辆无牵引运行速度无法升高，当车辆再次满足ATO模式、DTB模式激活、制动有效、惰行有效、零速有效的任一种条件时，车辆解除牵引封锁可以再次牵引。在该情况下，及时操作车辆气制动缓解旁路可解决车辆速度低导致的车辆行驶缓慢问题。

3.3 防范措施

在确定制动阀故障后更换制动阀，多次进行制动施加缓解试验车辆故障消除，检测制动和网络数据无异常。为防止该类故障再次发生造成车辆运营事件，对所有车辆进行了制动施加缓解试验并查看数据，确定其他制动阀无监测数据异常情况，在日常检修中定期查看制动系统制动缸压力数据，发现传感器数据异常立即更换进行防范。

总结

对于现在城市轨道交通运营，车辆制动系统早已不仅仅是车辆运营安全的重要影响因素，随着地铁车辆硬件及软件的不断优化以及安全系数的不断提升，制动性能也成为列车牵引及车辆运行速度等性能的重要限制因素[8]。城市人口的不断扩充、轨道交通线网的不断延伸以及车辆运用年限增加，轨道交通车辆制动系统的故障率也在逐渐升高。目前国内地铁多采用克诺尔公司的制动控制系统，存在零部件集成度高且技术封锁等特点。本文通过分析车辆制动系统的功能及构成，总结了正线车辆空气制动系统常见的故障与应急处理措施，并通过对典型故障案例深入分析，为解决地铁车辆空气制动系统常见故障提供应急解决参考与检修防范思路。

参考文献：

[1]王鹏飞，李小亮.城轨列车制动系统正线故障应急处理措施研究[J].内燃机与配件，2019（21）：24-25.

[2]马慧慧.地铁制动系统及故障解决方案研究[J].农家参谋，2017（17）：236.

[3]李如石，任富争，宋君君.城市轨道车辆电制动管理方案对比分析[J].机车电传动，2019（06）：110-114.

[4]郑传海.天津地铁1号线ESRA制动系统与EP2002制动系统对比分析[J].江西建材，2017（13）：158-159.

[5]刘海龙，于佳.上海轨道交通17号线制动控制系统浅析[A].中国智能交通协会.第十二届中国智能交通年会大会论文集[C].中国智能交通协会：中国智能交通协会，2017：5.

[6]周波，张新永，刘中华.地铁车辆两种典型制动方式的对比分析[J].中国高新技术企业，2016（18）：102-103.

[7]陈树荣，唐宋.广州地铁6号线列车LS型锁闭机构塞拉门故障分析及处理[J].铁道车辆，2017，55（04）：35-39+5.

[8]王平.EP2002制动系统介绍及典型故障案例分析[J].住宅与房地产，2016（09）：158.

作者简介：李靖（1985— ），男，本科，研究方向：城市轨道交通。

通讯作者：郭明月（1993— ），女，硕士，研究方向：城市轨道交通。