地铁列车制动系统故障原因及改进措施

于洪桥 王斌

摘  要：地铁列车在当代人民群众日常交通中占据重要地位，制动系统则能够对地铁列车的安全性产生重要影响，制动系统之中易出现的故障包括制动抱死、防滑失效、制动重故障等多个方面，为了保障运行安全，有必要针对其中的制动系统进行优化，提升制动效果，也就必须首先明确其中的故障原因，并提出合理的改进措施。所以该文主要针对地铁列车制动系统故障原因及改进措施进行分析，以供参考。

关键词：地铁列车  制动系统  故障原因  改进措施

中图分类号：U231                文献标识码：A

Causes and Improvement Measures of Braking System Failures of Metro Trains

YU Hongqiao  WANG Bin

（Zhengzhou CRRC Sifang Rolling Stock Co.， Ltd.， Zhengzhou， Henan Province， 450100 China）

Abstract： Metro trains play an important role in the daily traffic of contemporary people， and the braking system can have an important impact on the safety of metro trains. The faults that are easy to occur in the braking system include brake locking， anti-skid failure， heavy braking faults， etc. In order to ensure the safety of operation， it is necessary to optimize the braking system and improve the braking effect， and it is also necessary to first identify the causes of faults， and put forward reasonable improvement measures. Therefore， this paper mainly analyzes the causes and the improvement measures of braking system failures of subway trains， for reference.

Key Words： Subway train; Braking system; Failure cause; Improvement measures

當前城市交通工具体系持续完善，地铁列车的应用频率越来越高，辐射范围越来越大，虽然整体上已经较为成熟，但仍在运行稳定性以及安全性等方面存在不足之处。而在事实上，地铁列车之中，制动系统属于核心子系统，其应用效果能够对列车行车安全产生重要影响，且任何系统故障均可能引起重大安全事故，所以制动系统中存在任何异常情况，均必须予以高度重视，并深入分析故障原因，方能够采用科学合理的措施排除故障并保障运行安全。所以在本文中将主要针对某一处于调试状态下的地铁列车制动系统进行分析，根据其中的典型故障情况进行原因分析，并提出改进措施。

1  地铁列车概况

1.1  基本系统

该地铁列车为四节编组，动拖比为3：1，根据转向架情况，A部分仅二位端转向架属于动力转向架，一位端转向架不具有动力，属于半动车形式，B部分的转向架则均属于动力转向架，最大运行速度为100km/h。其中的制动系统属于机电一体化产品，集成程度较高，各车均设制动微机控制单元2个，气电转换以及电子控制中全部功能均包含于其中，可以针对空气制动的执行情况充分控制，也可监视状态并进行回馈，并提升空气制动车轮防滑控制效果。在制动控制过程中，主要采用架控模式，轴控则负责车轮防滑保护。自动控制电路以及阀类零件均于金属外壳内封闭，若其中出现故障，应进行整体更换，所以应用过程较为便捷。

1.2  制动系统

1.2.1 基本情况

制动系统在地铁列车系统中占据重要地位，其主要功能在于保障列车平稳行驶和安全停靠，根据实际工作情况可以认为，地铁列车制动系统的功能主要分为三个部分：（1）应用频率最高的制动方法称为常用制动法，司机于手动驾驶模式中传递指令，制动系统接收指令后即能进行制动，地铁运行时，制动指令主要由各节车厢制动控制单元进行传递[1]；（2）在列车运行出现紧急情况时，或是出现滑行、空转情况时，需要应用紧急制动方法，此属于一类保护型的制动模式，可以为列车的持续稳定运行提供保障，应用该方法时，司机应手动按下紧急制动按钮，采用空气制动的形式实现制动，需要注意的是，一旦紧急制动启动，指令不可修改；（3）停放制动为控制停放制度管路内的压力空气，在其处于3.8bar时缓解停放制动，直至其下降至3.3bar，停放制动可重新启动[2]。

制动控制阀（如图1）属于制动系统中的主要构件，阀中包含一压力开关，主要功能在于检查转向架轴制动施加效果，如果制动缸压力处于0.04MPa以上，压力开关闭合，制动检测机电线圈进入通电状态，压力在0.025MPa以下，压力开关断开，通电状态结束。自动检测继电器的通电电压为24V，其中包含三对触头，①号触头处于常闭状态，②号触头处于常开状态，在施加制动以及缓解制动时，各触头的开闭状态相反，且可随制动状态变化反复转换开闭状态。自动管理软件进行运行时，即为针对此二者的转换情况进行监测，以判断列车制动状态是否正常，且判断结果呈现于显示屏上供司机查看[3]。继电器中的③号触头通电电压为110V，处于常开状态，将全部③号触头进行串联处理。使其构成列车整体自动检测列车线，并采用指示灯的形式进行呈现，如果全部转向架处于空气制动状态，则全部③号触头导通，显示屏上可显示制动指示灯亮起。

1.2.2 特点

地铁列车制动系统具有停车准确、平稳、迅速、操作灵活以及制动力大的特点，原因在于，地铁站之间的间距相对较小，列车时常需要根据实际情况进行停车或是调速，为了提升运行效率，必须提升列车启动速度、缩减列车制动距离。与此同时，地铁列车的制动率恒定，因为地铁列车乘客数量的波动幅度极大，且能够对车辆总重量产生较大的影响，也就能够引起大幅度的制动率变化，列车制动过程中的减少縱向冲动、防止车轮滑行以及降低速度等操作的效果均可能因此受到影响[4]。

2  地铁列车制动系统故障类型

在通常情况下，地铁列车中出现的故障情况，可以通过查看制动系统故障记录获取。从实际上来看，继电器故障属于一类相对常见的故障，除此类型故障之外，根据制动系统故障记录内容，列车运行过程中故障的种类和原因包含多个方面。

2.1  常用制动控制阀异常

列车运行时，如果常用制动控制阀中存在电流值异常的情况，则常用制动控制不能正常应用，原因则通常在于控制阀自身故障或是ECU内部存在输出回路故障，应该使用单阀试验台针对其中故障情况进行确认，之后开展分解维修工作。

2.2  防滑异常

这一故障可分为两种形式：（1）列车运行时，防滑阀不能正常动作，也就不能实现防滑控制；（2）列车运行时，ECU制动控制器启动，导致防滑驱动回路动作确认结果出现错误，也就不能正常实施防滑控制[5]。一般原因在于，防滑阀内部的电磁阀部故障，或是防滑阀与ECU之间存在线路问题。针对这一故障进行处理时，应该以制动系统原理为根据，同时结合列车内部的接线线号对照表，针对相关线路开展校正工作，确认其中有无错接、漏接、虚接或断线情况；如果防滑阀插头内部进水，也可能引起此故障，同时，也应针对ECU内部进行查看，确认有无输出回路故障。

2.3  导线逻辑异常

列车运行时，制动力不足以及制动不缓解，两个类型的线路如果同时得电，即检测结果显示故障，但并不能判定故障具体原因。这一情况的出现在于ECU内部存在输入回路故障，或是主控侧出现故障。

2.4  传感器异常

（1）如果AS1、AS2传感器存在异常情况，列车运行时，相应的传感器输出信号将呈现出异常情况；（2）BC传感器异常，输出信号异常，动力不足或是制动力不缓解的情况不能得到清晰呈现；（3）在AC传感器异常时，自动控制失效。导致传感器异常情况出现的原因，通常在于电源故障线路异常或是ECU内部输入回路故障[6]。

2.5  制动力不足

列车运行过程中，如果常用制动水平在4级以上，但同时BC压力小于规定值，即为常用制动力不足。并且，进行紧急制动的过程中，也可能出现紧急制动力不足的情况，导致此类情况出现的原因：（1）电控转换中继阀出现故障，需要首先使用单阀试验台确认故障的具体位置，并进行分解检修；（2）ECU内部存在输出回路故障；（3）压力传感器单元故障，需要对其中的工作电流进行测量，以判断故障点。

3  地铁列车故障实例

3.1  故障基本情况

某一地铁列车的制动系统电子控制单元ECU频繁出现严重故障，故障主要表现为列车管理系统之中，各转向架相应的制动施加缓解状态在显示屏幕上存在错误显示的情况，导致司机不能准确掌握列车制动状态，必须将转向架空气制动模式解除，方可退出服务。通过查看制动系统故障记录可以了解到，这一情况被记录为“制动检测继电器状态错误”，也就是“继电器故障”。

3.2  故障原因

虽然在这一地铁列车之中，系统判定故障属于继电器故障，但实际继电器故障的表现应为转向架制动状态在管理系统中显示错误，而根据该列车的制动压力数值来看，转向架制动状态未出现异常，并且在这一故障初出现时，针对其进行处理，必须首先将故障转向架中的空气制动解除，但是实际上，该转向架的制动系统持续处于正常状态，所以针对故障的具体原因，还需进行进一步的调查分析。

3.2.1 故障原因调查

出现故障时。制动指示灯可以反映真实的车辆制动状态供司机查看，所以③号触头必然处于正常状态。与此同时，故障出现时，①号和②号触头均可正常闭合，但不可导通，所以可以认为，故障在于①号和②号触头。

3.2.2 故障原因分析

此类型故障共发生近50次，更换自动控制阀约40个，导致列车制动系统应用效果严重不稳定。使用显微镜观察故障继电器，可见触头上存在诸多微粒，直径为数十m左右，进行振动试验之后，其中微粒位置出现显著变化。接通24V电压，直径在30m以上的微粒能够对触头导通效果产生显著影响。以此为基础，因为①号和②号触头的通电电压为24V，而③号触头的通电电压为110V，所以微粒未影响③号触头。而①号和②号触头受到显著影响。针对微粒成分进行分析，其成分主要为铜硫化物以及铁氧化镍，与继电器原本内部材料状态一致，并且根据继电器厂商的说法，继电器出厂时即存在此类型的微粒。

3.3  故障解决措施

根据目前的情况可以明确，虽然新旧继电器中均含有微粒，但是随着继电器投入实际使用的时间增加，微粒数量持续增加，所以更换继电器不能消除这一故障，也就需要對列车控制逻辑进行合理调整。

根据实际情况调整制动管理软件的检测工作逻辑，将原本针对①号和②号触头开闭状态的监测，转为针对压力开关开闭情况的监测。针对地铁列车全部制动管理软件完成逻辑更新以后，经过数个月的运行，其中未出现故障。

4  地铁列车故障预防措施

根据上述内容可以了解到，能够导致地铁列车出现制动故障的原因较多，为了尽可能保障列车运行安全可靠，应该注重采取以下预防措施，以降低列车制动故障的发生率：（1）加强日常检查，定期在列车上线运营之前开展检查工作，例如进行定点试车、检查系统塞门位置正确与否等；（2）对于存在故障的列车，应及时调取故障记录，并根据车辆整体运行情况开展分析工作，明确可能存在的隐患及原因，避免故障愈加严重，特别是部分存在故障的列车能够在运营过程中自行恢复，针对此类情况，同样需要开展检查工作，以避免引起严重后果；（3）针对处于修程状态的列车，应该对其中的制动系统开展全面细致的检测工作，主要检测内容包括：第一，针对阀体内部件进行检修时，应该首先进行分解，特别是含有橡胶件的部件，应及时更换橡胶件，完成组装后，还应于单阀试验台上开展试验和参数调整工作，确认合格方可应用于实际[7]；第二，必须在试验台上针对ECU等各类电子部件性能进行检测，若情况必要，应根据说明书内容进行参数调整；第三，必须在试验台上针对空压机启动开关、总风欠压开关等有关于压力的开关进行参数校对工作；第四，各部件安装工作完成以后，应针对全车实施单车试验，保障其综合性能良好；第五，针对整编组列车开展综合性能试验；第六，进行制动减速度以及制动距离的制动功能试验。

5  地铁列车制动系统的优化措施

电制动、空气制动和机械停放制动为当代地铁列车制动系统中最为常见的制动功能，并且根据目前的情况来看，来自克诺尔公司的EP2002空气制动系统在我国得到广泛应用，该系统以双通道CAN网络为基础，包含智能阀、网关阀、RIO阀三个类型，其中智能阀具有基本制动功能，网关阀除防滑控制、紧急制动以及常用制动等基本功能以外，还具有与多功能列车总线通信的功能，可以获取自动指令、其他单元质量、制动状态等各方面信息，还能针对制动力开展管理工作等，RIO阀与上述两类阀的相似度较高，但是因为模拟信号以及输入/输出硬件信号数量更多，所以可以更加有效的监控变量参数[8]。

EP2002阀中均包含两套制动控制模块，若地铁列车处于非滑行状态，则两套控制模块持续进行轮换工作，以此为基础，进行紧急制动时，当紧急制动列车线处于失电状态，网关阀和智能阀将以空簧压力为基础，针对相应的转向架制动装置实施充风制动处理，且自动控制模块不调整控制输出压力，而是仅施加制动。各个转向架处于紧急制动状态时，其相应的空簧压力平均值能够影响到输出压力。

进行常用制动时，首先由ATO或者司控器发出制动指令，以列车整体荷载以及电制动状态为基础，对空气制动力不足量进行计算，且应该根据网关阀发出的目标制动缸压力，以及制动缸压力传感器发出的反馈压力，合理调整实际输出的压力，整体上采用控制排气电磁阀与保持电磁阀的组合得失电状态的方式，对制动状态进行调整。

发挥防滑保护功能时，因为该系统采用单轴控制，所以需要通过针对电磁阀和活塞阀组合动作进行控制，实现防滑保护。

对于地铁列车实际运行来说，制动性能是保障安全停车的基础，目前多数地铁列车最大运行速度状态下的常用制动最大减速度应该为至少1.0m/s2，紧急制动减速度以及快速制动减速度应为至少1.2m/s2，部分特别的项目要求达到1.3m/s2。进行常用制动时，司机应将控制手柄移动至最大常用制动位，此时牵引指令降至低电平状态，指令消失，同时列车开始惰行，常用制动指令则处于高电平状态，也就是列车进入到施加制动的模式当中；采用电控混合模式进行快速制动和紧急制动时，二者虽然均处于复合制动模式当中，但是相对于紧急制动，快速制动需要更早地实现空气制动介入，并且制动缸压力明显在常用制动压力之上，所以减速度更大，制动距离更短，实现制动更加迅速；如果车轮在制动过程中打滑，速度传感器则可获取车轮速度下降信息，随之，制动缸压力快速下降，制动减缓并再次上升，从而有效落实车辆防滑保护措施，并起到保障地铁列车安全运行的效果。

6  结语

针对本文实例内容，地铁列车继电器故障的主要原因之一，在于其中的低电压触头导电效果易受到金属微粒变化情况影响，特别是金属微粒数量随使用时间延长而增加时，将出现管理软件检测效果不良情况。当前生产厂家已经针对自动管理软件控制逻辑进行调整，将直接监测压力开关作为其中的标准工作逻辑。与此同时，本文也针对其他多种类型的地铁列车制动故障情况、原因和解决措施进行讨论，并更加深入地探究地铁列车制动系统优化措施，以促使地铁列车制动系统应用效果良好，从而有效保障列车运行的高效和安全。

参考文献

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[2] 鲁进军，吴萌岭，牛刚.轨道交通制动系统速度传感器的故障诊断方法研究[J].铁道学报，2021，43（1）：85-93.

[3] 张玉松.制动系统电空阀故障分析及对策[J].技术与市场，2020，27（6）：66-67.

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[5] 肖利君.地铁车辆制动系统空气弹簧压力急升引起的总风欠压问题仿真分析[J].城市轨道交通研究，2021，24（6）：206-209.

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[8] 刘恩鹏.重庆地铁6号线车辆法维莱制动系统电空混合故障分析及优化措施[J].工程与试验，2022，62（1）：87-89.