浅析地铁列车制动系统失效

摘要：制动系统是列车重要的系统，它能使列车迅速的减速或停车，地铁列车由于站距较短，会频繁的使用制动，所以制动系统必须有很高的可靠性，应有效避免整车制动系统失效，造成不能停车。本文从制动系统的执行机构、制动系统的控制机构以及列车主控制系统对制动系统的控制等方面着手，通过对各系统可能出现的引起制动失效故障进行分析，说明列车整车制动系统失效的可能性。

关键词：制动控制；故障风险；失效

中图分类号：U231 文献标识码： A

Analyzing the subway train braking system failure

DENG Pei-jin

（Guangzhou Metro Corporation , Guangzhou 510310,China）

Abstract: The braking system is important for the train, which enables slow down or stops the train rapidly. The braking system must have high reliability, which due to the shorter distance between each subway station that we should use the brake frequently to avoid the whole brake system invalided resulting not stop. This article describes the possibility of train vehicle brake system failure, which commencing from the actuator braking system, the braking system control mechanism and the control of the train braking system master, and also analyzing each system that may be caused by brake failure fault.

Key words：Brake control；Failure risk；Failure

2011年7月23甬温线浙江省温州市境内出现高速列车追尾事故，造成重大的人员伤亡和财产损失，作为同高速动车类似的城市轨道列车，我们经常有疑问，高速行驶的多编组地铁车会不会在紧急情况下有停不住车的可能，列车制动系统的可靠性到底如何，失效的风险有多大， 对于这些问题，本文将进行探讨。

制动系统遇有紧急情况应能使电动车组在规定距离内安全停车，一旦出现故障就会有制动失效的可能性，制动失效会使列车不能停车或停不住车，因此就会有列车追尾的危险。作为地铁列车，其设计在这些方面都是有考虑的，下文是引起制动失效的常用故障，以及对这些故障的风险性分析，分析该故障引起制动系统失效的可能性，最后得出结论从车辆本身设计来说出现制动系统失效的可能性很小，是可以有效避免出现安全事故的。

1.制动的实现

地铁电客车通常配备有两套制动系统：一个电制动系统（ED制动）；一个气制动系统（EP制动）。电制动的原理为驱动电机在制动过程中变成发电机，消耗列车的动能，产生电能并将电能反馈到供电系统，电制动随着列车速度的降低，制动效能会降低，必须有气制动介入，通常情况下电制动结合牵引系统进行设计，常用制动时电制动优先，只有在电制动不足以满足制动要求的时候，由气制动进行补充。

气制动是列车必备的制动系统，因为电制动无法满足速度低或停车状态的制动要求，而气制动可以在任何情况下施加，因此列车制动系统失效主要还是气制动失效。气制动的实现为列车主控制系统（列车级别控制中心）发出制动命令，由制动系统气制动控制单元的微处理器来控制气气动部件，利用制动控制单元调节好的气压（压缩空气）通过制动气缸和制动夹钳将制动闸片压靠在制动盘上完成制动，气制动控制系统现在采用较多的是基于转向架的控制，这方面应用比较多的是克诺尔制动系统， 其制动控制的核心称为EP2002阀，本文的研究就是基于安装了克诺尔制动系统的列车。

图1 列车制动控制图

该系统的制动控制模式是，主控制系统发出制动需求命令，制动控制单元将制动需求的电信号转换成受控的气压，受控的气压通过管路进入制动执行机构转化成机械力，机械力执行摩擦制动；执行过程中制动控制单元时时收到压力反馈信号，以形成闭环调整制动压力，达到精确控制的目的。

2.制动失效分析

2.1 主控制系统故障

2.1.1可能的严重故障：

主控制系统，负责电制动和空气制动的管理和分配，制动命令和制动参考值的给出。有重大隐患的故障有，制动命令无法执行，制动参考值错误。

2.1.2故障风险性：

制动命令无法执行主要有主控制命令错误或MVB通信故障，都可能使制动控制单元接收不到制动命令和需求，由于常用制动和快速制动命令是通过MVB命给出,制动命令和需求中断会导致制动无法实施，列车一个单元有两EP2002阀安有MVB通信接口，平时只有一个EP2002阀作为主控阀与主控制系统进行通信，一旦当前主控阀不能执行主控及通信，另一个阀将接管执行主控阀，所以由于制动命令接收有冗余功能，出现两主控阀均失效的可能性很小，即使出现这种情况，紧急制动不会受到影响，如果常用制动及快速制动不能执行，可以由紧急制动进行代替，紧急制动命令是通过硬线给出，并且是失电紧制，只要是触发紧急制动或是紧急制动列车线失电，即使主控制器不能工作也能完成紧制；同样制动参考值错误会影响制动减速度和制动距离，紧急制动不受影响，列车仍有紧急制动的保护。

2.2 制动控制单元故障

2.2.1可能的严重故障：

制动控制系统的故障主要是EP2002阀体故障，EP2002阀不能正常工作，起不到应有的控制作用。

2.2.2故障风险性：

制动控制系统的核心是EP2002阀，它将电子制动控制单元、气动控制单元安装在一个箱体内，实现高度集成，集中控制，EP2002分为两种，网关阀和智能阀，网关阀负责与MVB的信号通信以及硬线通讯，智能阀通过CAN总线与网关阀实施通信；每个EP2002阀负责各个转向架的制动及防滑控制。制动时网关阀接受MVB或硬线上的制动信号，然后通过内部计算后通过CAN总线送给本身的电控单元以及本单元车的智能阀，最后由EP2002阀内部的气动阀单元沟通制动风缸和基础制动单元之间的压力空气实施制动。

如果单个EP2002阀故障，并不会出现制动失效的情况，影响最大的是所有的EP2002阀体不工作或所有的EP2002阀体失电，这种情况下能否施加制动？列车制动控制单元在设计上紧急情况下是可以实现紧急制动的，避免了这种情况发生的。

因为紧急制动是制动的最后一道屏障，所有有必要了解其实施的原理，以更好的判断紧急制动失效的可能性，以某一型号制动系统紧急制动控制为例，从内部分析紧急制动实施的原理，系统中的BCU即为制动控制单元的核心控制板，可以看出，当BCU正常时，BCU正常工作继电器得电，其常闭触头断开，紧急制动回路由强迫缓解电磁阀控制，强迫缓解继电器可以通过BCU接受列车控制；当BCU 无电或故障时， BCU 工作正常的继电器将会复位到长闭位，强迫缓解的电磁阀直接接通紧急制动回路，如果紧急制动线有电，BCU 将通过强迫缓解电磁阀使制动缸压力缓解，当列车触发紧急制动时，紧急制动列车线失电，强迫缓解电磁阀失效，紧急制动按照最大预设压力施加，所以EP2002阀体故障可以保证紧急制动的实施。

图2 紧急制动控制原理

2.3 供风系统故障

2.3.1可能的严重故障：

基础制动单元的摩擦制动的实施是靠制动缸冲入足够的气压实现的，因此列车气制动的实现需要有稳定的气压源，如果气压不足可能导致气制动失灵，其中导致这种气压不足的可能有阀体或管路泄露，空压机不工作。

2.3.2故障风险性：

基本地铁列车均采用分布式空气制动系统，由空压机产生气源后，经主风管连接到各个制动控制单元，而一个制动控制单元控制一个转向架，制动控制单元根据制动力的分配，给制动执行机构分配有效的气压，如果EP2002阀体或管路出现泄露，首先各个阀体能实时监测列车压力状况，反馈给主控制单元，主控制单元会产生气压低预警，超过一定的时间或低于一定的气压值，列车将产生牵引封锁，即在气压不足以满足制动要求前已经实施紧急制动，其二，每节车的辅助制动装置，都设置了储气风缸，不至于使气泄露的太快，所以因气源不足导致制动失灵的概率是很小的；即使是管路泄露的太快，当气压低于一定的压力时，停放制动也会自动施加，停放制动靠的是停放缸弹簧的弹性力施加，不需要气源。

空压机不工作，一般六节编组列车在最少设置了两个空压机，分单双日工作，保证了供气的可靠性，当一个空压机停机不工作之后，另一个空压机接替工作，即使两个空压机都停机不工作，由于气压维持在一定的压力，也不会因此制动失效。

2.4 基础制动装置故障

2.4.1可能的严重故障：

基础制动装置故障引起制动失效包含有几种情况：制动夹钳单元变形、制动闸片脱落、制动缸内部部件损坏等。

对于制动夹钳单元变形，由于受到外力使夹钳臂变形，无法动作，不能完成闸瓦对制动盘的贴合，从而无法有效的实施摩擦制动。

对于闸瓦脱落，由于夹钳臂上的闸片托架紧固螺栓松脱或闸片锁扣的锁紧弹簧头端变形，失去压紧作用，导致动闸片掉落，从而影响摩擦制动的实施。

对于缸内部件损坏，可能是制动缸膜片变形导致气密性失效，因漏气导致夹钳臂无法动作，无法施加气制动。

2.4.2故障风险性：

对于以上几种制动故障，基本都是单个基础制动装置出现故障，两个及多个一起发生的概率很小，而少量基础制动单元失效会影响列车的制动减速度和制动距离，但不会使整列车制动失效。

3 结语

地铁列车制动系统充分考虑了制动系统对列车的重要，从一开始设计就从指导思想上避免了制动系统失效的情况，总体上来说，制动执行机构多，降低了单个机构出现故障对整车制动的影响；制动控制单元采用架控，控制单位小，并且多冗余设计，分散了故障影响；接口设计上也考虑到了接口部分失效对制动实施的影响，避免了列车主控制接口及供风接口失效引起的制动失效。所以除非有人为因素，从列车控制方面气制动失效的概率是非常小的。

当然任何设计都是从总体着想，以六节编组列车为例，整车有48个基础制动单元，12各个制动控制阀，我们有理由怀疑其中的一个或者几个出现了故障，影响了整体的制动，但整车制动失效及停不住车的情况是可以避免的。

参考文献：

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