关于地铁高架区段制动时打滑的改善措施

王定飞

（南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210000）

1 案例概述

南京地铁高架区段主要为郊区线路，其中宁高线列车高架区间ATO 模式驾驶过程中制动打滑故障较为频繁。机场线与宁天线自2022 年初至2022 年12月，多次发生ATO 模式驾驶期间打滑，产生EB（无法自动缓解的紧急制动）。据故障统计数据，2021 年12月至2022 年12 月期间，宁高线共出现16 次打滑紧制降级故障，造成正线晚点事件9 起；机场线共出现14次打滑紧制降级故障，造成正线晚点事件10 起；宁天线共出现17 次打滑紧制降级故障，造成正线晚点事件4 起。故障多发生在秋冬季节雨雪天气，且多为高架区间，列车ATO 驾驶时，制动打滑，造成列车超速产生EB。由于宁高线、机场线和宁天线区间距离较长，且列车运行速度较高，极易造成列车晚点事件。

根据正线站点信息数据统计，列车制动时打滑区间较大，宁高线打滑区间主要集中在明觉至翔宇路南上下行，明觉至石湫上行、铜山至翔宇路南上行区间打滑数量明显高于其他区间；机场线打滑区间主要集中在正方到吉印区间与翔南至翔北区间，宁天线主要集中在高新开发区到化工园高架区间，均为高架区间，且多为雨雪天气，主要是轨道较为湿滑时，其上容易形成一层水膜，导致打滑。

2 情况分析

2.1 数据分析

列车ATO 打滑故障多在雨雪天气下发生且多发于高架线路，由于涉及湿滑天气轮轨黏着系数降低、制动触发时机等多重因素，故障原因较为复杂[1-2]。

打滑车辆回库后，车辆分公司均对车下走行部进行检查，并对相关牵引制动参数进行检验，未发现异常，相关参数均符合设计要求。通过对以往数据分析及对表格数据进行对比，得出如下结论：发生打滑的列车号并不固定，多辆车出现打滑现象，非单一列车特殊问题，结合FDL、EVR 事件分析（见图1～图4）确认所有打滑事件中车辆系统均正常。

图1 宁高线EVR 数据

图2 宁高线FDL 记录

图3 机场线EVR 数据

图4 宁天线ATO 进站打滑ERM 数据

根据宁高线FDL 数据可知，故障原因为列车在高架区段ATO 模式驾驶期间，制动时列车有DCU 电制动滑行，各转向架随即介入空气制动防滑控制。通号分公司下载数据显示，滑行期间ATP 判定列车超速，间接触发ATPEB。在ATO 模式下，发生滑行时，列车仍按设定速度曲线运行，不进行制动级位任何调整。根据机场线EVR 数据可知，故障原因为列车在高架段ATO 模式驾驶时，制动时列车有电制动滑行，随即空气制动防滑控制，产生EB，通号分公司下载数据显示为打滑超速。根据宁天线ATO 进站打滑ERM 数据可知，故障原因为列车在高架区段ATO 模式驾驶制动时列车有DCU 电制动滑行，各转向架随即介入空气制动防滑控制，通号分公司下载数据显示为打滑超速，ATP 触发EB。查看事件记录可知，在ATC 触发紧制前，列车空气制动检测到滑行后会开始介入修正滑行，在初期会有一定改善，但随着后续制动指令的继续施加，会再次检测到列车打滑，打滑加剧最终导致ATC 触发紧制。

2.2 技术分析

宁高线及机场线空气制动系统均采用苏州克诺尔制动设备有限公司的EP2002 型空气制动系统；宁天线空气制动系统采用的是北京纵横机电技术开发公司的EP09 型空气制动系统。系统均是以转向架为单位的“架控式”制动控制系统，内设监控终端，具有自诊断和故障记录功能，能在司机控制器或ATO 的控制下对列车进行阶段或一次性的制动与缓解。列车制动方式包括电制动、空气制动和停放制动。其中，电制动和空气制动具有防滑保护功能，车轮防滑保护采用“轴控”的模式，电制动防滑控制和空气制动防滑控制各自独立完成，若空气制动系统检测到滑行时间超过规定时间，则发送相应转向架电制动切除信号，并由空气制动接管该转向架。机场线采用的是ALSTOM 的牵引系统，采用“车控”方式，运行最高速度为100km/h，冲动极限：≤0.75m/s3（在ATO 模式下由ATO 控制）。宁高线采用的是株洲时代电气的牵引系统，采用“架控”方式，运行最高速度为120km/h，冲动极限：≤0.75m/s3。宁天线采用的是株洲时代电气的牵引系统，采用“车控”方式，运行最高速度为100km/h，冲动极限：≤0.75m/s3（在ATO 模式下由ATO 控制）。

非雨雪天气下滑行主要集中在清晨，且当天气温均为多云低温天气，雨雪天气下全时间段均可能发生打滑，结合环境温度较低现象，判断较低的环境温度对轨道工况有明显影响，轨道浮冰、霜冻将极大程度地降低轮轨黏着系数，甚至超出制动系统设计时参照的正常范围。综合判断电客车打滑主要原因为：雨雪天气下轨道湿滑，轮轨黏着系数下降，进而导致打滑。

3 地铁高架区段制动时打滑改善措施

3.1 故障处置措施

第一，日常检修过程中加强对列车走行部，尤其是车轮及轮对踏面的维护，定期对轮对尺寸进行复测镟修，建立轮对跟踪数据表，保证列车轮对尺寸正常，踏面与钢轨接触良好。目前，机场线、宁高线、宁天线已对所有列车进行了一轮复测镟轮。

第二，故障发生后，对车下走行部及相关牵引制动参数进行检查，确保各项参数符合设计要求。

第三，与克诺尔、北京纵横及通号分公司做好技术交流，共享故障发生后的列车数据，做好故障分析，配合通号分公司采取“湿轨模式”（根据轨道条件的不同，将列车在干轨条件下的常用制动率0.8m/s2改成湿轨条件下的常用制动率0.4m/s2），并做好“湿轨模式”效果验证跟踪。

第四，与乘务分公司进行技术交流，建议司机在雨雪天气高架区段转手动驾驶，防止出现打滑现象。

第五，为尽可能降低撒砂装置对道岔、轨道、转辙机的影响，同时兼顾安全、经济等因素，综合考虑全自动、半自动和人工控制撒砂装置的优缺点及可行性[3]。

3.2 故障处置效果

宁高线、机场线信号系统采用“湿轨模式”后打滑发生次数已显著减少，后续将配合通号分公司做好宁天线“湿轨模式”研究相关工作。目前，已对宁天线既有26 辆列车进行一轮复测镟轮，并对所有列车进行常态化轮对数据跟踪管理，确保轮轨配合良好。2022 年5 月至2022 年12 月宁天线与宁高线正线未再报高架区段雨雪天ATO 驾驶制动时打滑故障，机场线仅发生2 起制动打滑故障，故障率明显下降。

4 轮轨黏着状态改善方案

列车防滑控制系统是一种自适应自调整（调整当前制动力与当前轮轨黏着水平接近）系统，能够有效避免轴速突变导致车轮擦伤，但其防滑保护功能存在一定的局限性，如难以有效改善轮轨黏着状态（在防滑控制过程中有部分改善）。

撒砂是目前国内外应用最广泛、最成熟也是轮轨表面状况改善效果最直接的方案，主要应用于高铁、铁路机车、动车及轻轨车辆。撒砂装置分为全自动控制撒砂装置、半自动控制撒砂和全人工控制撒砂。

4.1 全自动控制撒砂装置

在DDU 上增设撒砂功能启用及相应撒砂装置工作状态监控图标，通过ATC 提供的列车位置信号确定撒砂区域。

长期在隧道内撒砂会在隧道内积累大量碎砂，列车运行时带起的烟尘会影响隧道环境，影响乘客上下车时的空气环境。同时，在道岔、折返线位置撒砂可能影响正线道岔、转辙机动作。基于以上两点，不在道岔、折返线及隧道内撒砂。由于宁高线为露天线路，因此无需考虑隧道内控制逻辑，可在车辆与信号设备之间增设位置信号接口，车辆将信号专业提供的道岔、站台、折返线位置地图写入列控系统软件，信号系统提供车辆实时位置信息，将列车实时位置与地图比对，在接近道岔、折返线的情况下，将道岔、折返线信号置于高电平，撒砂命令撤销，列车离开道岔、折返线后，将信号置于低电平，恢复撒砂命令。

将撒砂控制分为两级撒砂控制，通过撒砂控制单元向撒砂器提供不同供风压力，产生不同的撒砂量，假定一级撒砂（低撒砂量）为650g/30s，二级撒砂（高撒砂量）1300g/30s，列车运行时仅在头端砂箱撒砂。

撒砂控制模块配置两个减压阀，以控制不同的撒砂量，电磁阀分别用于砂干燥及不同等级撒砂压缩空气供给控制，由制动系统网关阀输出撒砂信号。根据实际滑行情况及制动状态，输出或撤销撒砂信号。正常情况下，根据撒砂信号控制低撒砂；紧急制动情况下，根据撒砂信号及紧急制动信号控制高撒砂[4]。

方案优点：可实现完全自动化控制，定位精度高，能够避开道岔及转辙机，无需人工干预，对轨道提前撒砂预防打滑。

方案缺点：项目改造费用较高，后期砂子消耗量大，维护成本高，且砂子易在轨道旁堆积。

4.2 半自动控制撒砂装置

在DDU 上增设撒砂控制图标，司机在雨天激活撒砂功能，TCMS 根据列车位置、打滑情况、速度、EB 状态综合判断进行撒砂控制，可与全自动控制撒砂结合使用。

方案优点：需人工根据天气情况激活撒砂系统，激活后可实现全自动化控制，结合ATC 所给位置信号提高定位精度，可避开道岔及转辙机。

方案缺点：项目改造费用较高，需人工干预，但相较于全自动装置，可节省后期砂子用量。

4.3 人工控制撒砂装置

在DDU 上增设撒砂图标或在司机台上增设撒砂按钮，司机根据天气情况，在电客车将驶入易产生滑行的区段进行人工撒砂。并且，可以在易打滑区段旁增设相应提醒标志，提醒司机在雨天进行人工撒砂操作。

在列车施加EB 同时产生滑行，且速度大于一定值时，列车自动控制撒砂，用于缩短紧急制动距离，保障乘客安全。

方案优点：项目改造费用较低，砂子消耗量较少。

方案缺点：需司机手动进行操作，无法提前预防黏着系数降低后电客车滑行现象。

5 结论

第一，日常检修过程中需加强对列车走行部，尤其是车轮及轮对踏面的维护，定期对轮对尺寸进行复测镟修，建立轮对跟踪数据表，保证列车轮对尺寸正常，踏面与钢轨接触良好。

第二，在雨雪、低温天气情况下，应按要求做好轧道车安排，正线运营及时启用“湿轨模式”，降低轨面湿滑对列车运营的影响，避免列车滑行加剧导致ATC触发紧急制动。

第三，撒砂装置作为轮轨增黏设备，可改善恶劣天气下轮轨黏着系数，防止列车滑行，是列车安全运行的重要保障。目前我国相关领域已积累丰富的撒砂装置使用经验。为保证恶劣天气下列车运行安全，建议结合现场实际情况，制订相应的撒砂控制方案，并及时做好后续相关的试验验证，了解撒砂装置性能，持续积累撒砂装置使用经验。