重联运营城轨列车脱钩防护方法研究及应用

赵小军,何 烨,尚江傲,王丹梅

中车株洲电力机车有限公司,湖南 株洲 412001

0 引言

地铁列车是在中大型城市中快速、大运量、用电力牵引的轨道交通装备,中大型城市都会存在早高峰和晚高峰,因此地铁列车重联运营需求日益增多。地铁灵活编组运营组织模式可以有效平衡乘客候车时间和降低车底购置费用,实现地铁运营效益及系统服务水平的最佳协同[1]。相较于固定编组,重联编组运营模式可以缩减地铁的牵引耗电及维修费用支出,从而降低运营成本,减少乘客候车时间及碳排放,带来更高的社会效益[1]。

重联运营列车通过全自动车钩进行联挂,存在意外脱钩的风险。目前国内外应对重联运营列车意外脱钩情况,普遍采用的控制方法是前后车同时施加紧急制动和紧急停车[2],此种控制方法存在一定的安全风险,如果重联列车意外脱钩,前后车同时施加紧急制动,前车受到外部阻力过大等其他原因,将可能导致后车撞击前车,造成车辆受损,甚至是乘客人员伤亡。重联运营列车意外脱钩,可能导致空气泄露,存在因空气不足导致紧急制动力不足,不能可靠、及时停车的风险。

为了规避列车意外脱钩后车撞击前车的风险和不能及时停车的风险,本文提出一种适用于城轨列车重联编组运营的脱钩防护方法[3],保证重联列车从两列车联挂端意外脱钩的情况下,后车先施加制动,前车延迟施加制动,避免后车撞击前车;列车意外脱钩后不仅施加紧急制动和紧急停车,而且施加停放制动,确保列车可以及时、可靠的停车。

1 脱钩防护方法控制方案

设计一种新的控制电路及方法,包含列车联挂控制电路、列车完整性电路、紧急制动控制电路、紧急停车控制电路、意外脱钩防护电路和停放制动控制电路。通过控制电路及控制方法,结合延时电路的设计,实现列车意外脱钩后,后车立即施加紧急制动,延时0.5 s后施加紧急停车,延时1 s后施加停放制动;前车0.5 s后施加紧急停车,延时0.5 s后施加紧急制动(紧急停车触发也会导致紧急制动触发),延时1 s后施加停放制动。解决重联列车意外脱钩时前车滞后于后车施加制动问题。

1.1 列车联挂控制电路

重联运营列车均会在头车配置全自动车钩,全自动车钩由机械钩头和电气钩头组成,电钩头配置重联电缆,实现重联列车的网络通信及硬线控制。城轨列车常用的联挂控制电路[2]如图1所示。KM1为人工司机室占有继电器;KM2为故障车联挂端继电器;KM3为故障车无急停延时继电器(失电延时0.5 s);KM4为联挂延时继电器(得电延时2 s、失电延时2 s);KM5为紧急停车继电器;KM6为列车联挂好继电器;V01、V02为单向二极管;S01为解钩按钮;S02为紧急停车按钮;Y01为解钩电磁阀;001～006、101～106为全自动车钩连接器插针和插孔。

当2列车联挂完成后,本车全自动车钩的插针001与它车全自动车钩的插孔101对插,实现电气联挂;列车联挂好后,列车联挂好继电器KM6得电;列车联挂端继电器KM2得电;本车无紧急停车时,故障车无急停继电器KM3得电;联挂延时继电器KM4得电。

当列车联挂端通过司机钥匙进行司机室占有后,人工司机室占有继电器KM1得电,在零速情况下,司机可操作解钩按钮S01进行解钩控制。

当操作本车S02紧急停车按钮后,KM5紧急停车继电器失电,导致它车故障车无急停延时继电器KM3失电。当操作它车S02紧急停车按钮后,导致本次故障车无急停延时继电器KM3失电。即本车操作紧急停车按钮S02,它车也会触发紧急停车;它车操作紧急停车按钮S02,本车也会触发紧急停车。

1.2 列车完整性电路

列车完整性电路是由整编组列车车头至车尾再回到车头的硬线建立的控制回路。列车完整性电路如图2所示,列车完整性使用延时继电器KM7(失电延时1 s)。当列车联挂完成后,KM7得电;当列车意外脱钩时,列车完整性断开,KM7延时1 s后失电。

图2 列车完整性电路简图

1.3 紧急制动控制电路

紧急制动由硬线逻辑进行控制,列车完整性是控制紧急制动的条件之一,列车完整性丢失,硬线电路会触发紧急制动。紧急制动控制电路[4]如图3所示。

图3 紧急制动控制电路简图

重联列车意外脱钩时,由于后车紧急制动列车线供电来自前车,列车脱钩导致后车紧急制动列车线失电,后车立即施加紧急制动。前车在意外脱钩情况下,由列车完整性信号触发紧急制动,由于完整性延时继电器KM7的触点延时1 s断开,故前车在意外脱钩后延时1 s才会触发紧急制动。紧急停车也是触发紧急制动的条件之一,如果列车触发紧急停车,必然会触发紧急制动。

1.4 紧急停车控制电路

紧急停车控制由硬线实现,由紧急停车按钮、联挂延时继电器KM4和故障车无急停延时继电器控制。单列车构建控制回路,紧急停车控制电路如图4所示。紧急停车受联挂延时继电器KM4和故障车无急停延时继电器KM3控制。当列车A1端联挂时,A1端KM4、KM3得电,A2端KM3、KM4不得电,A1端电源经A1端KM3继电器的15～16触点,再流经A2端KM4继电器的15～18触点,使紧急停车继电器KM5得电。

图4 紧急停车控制电路简图

由于紧急停车控制电路中使用KM3故障车无急停延时继电器,当重联列车意外脱钩时,KM3继电器延时0.5 s断开,导致紧急停车继电器KM5延时0.5 s失电,前车和后车均延时0.5 s后施加紧急停车。

1.5 脱钩防护控制电路

通过解钩按钮、故障车联挂端继电器、列车联挂端继电器、停放缓解继电器和脱钩控制继电器构建脱钩控制电路如图5所示。KM8为停放缓解继电器,列车在运行过程中KM8不得电,KM8的1～2触点闭合;KM9为脱钩控制继电器,KM10为脱钩控制延时继电器(得电延时1 s)。当列车联挂完成后,列车联挂端KM6列车联挂好继电器得电,KM6的1～2触点闭合;列车联挂端故障车联挂端继电器KM2得电,KM2的3～4触点闭合;故KM9脱钩控制继电器得电。由于KM6继电器的3～4触点断开,故KM10脱钩控制延时继电器不得电。

当重联列车意外脱钩时,列车联挂好继电器KM6失电,则KM6的3～4触点闭合,由于意外脱钩前脱钩控制继电器KM9得电,KM9的3～4触点闭合,导致KM10脱钩控制延时继电器得电。

1.6 停放制动控制电路

列车停放制动为机械制动,脱钩控制延时继电器KM10是控制停放制动的条件之一,脱钩控制延时继电器控制停放制动电路如图6所示。KM11为停放施加继电器,当KM11得电时,列车施加停放制动。KM10脱钩控制延时继电器延时1 s得电,则KM10的15～16触点闭合,意外脱钩列车的前车和后车均延时1 s触发施加停放制动。

图6 停放制动控制简图

2 脱钩防护方法应用

土耳其新机场线地铁车辆项目采用全自动无人驾驶列车,并具有重联运营功能。为了避免列车运行过程中列车意外脱钩发生后车撞击前车情况,采用该脱钩防护方法,保证列车从2列车联挂端意外脱钩的情况下,后车立即施加紧急制动,延迟施加停放制动和紧急停车,前车延迟施加紧急制动、紧急停车和停放制动。保证意外脱钩的列车,后车先施加制动,前车延迟施加制动,避免后车撞击前车。

3 结束语

土耳其新机场线地铁车辆已完成试验验证,列车意外脱钩防护方法满足设计要求,达到预期效果,并得到用户的认可。该控制方法不仅可解决列车意外脱钩可靠停车问题,而且解决后车延时制动问题。该控制方法可在国内外机车、地铁、轻轨等轨道交通车辆上应用。