陳 旭

（交控科技股份有限公司 交控研究院，北京 100070）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的城市開(kāi)始興建城市軌道交通以緩解城區(qū)擁擠的交通狀況。其中，地鐵車(chē)輛作為最合適的交通工具被大多數(shù)城市接受并使用。但是對(duì)于剛開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的城市來(lái)說(shuō)，運(yùn)營(yíng)初期部分車(chē)輛需要長(zhǎng)時(shí)間停放在停車(chē)庫(kù)內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間的停放會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛總風(fēng)持續(xù)降低直至總風(fēng)排空。如果此時(shí)使用車(chē)輛，則需要啟動(dòng)空壓機(jī)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行充風(fēng)，使車(chē)輛總風(fēng)壓力建立起來(lái)，能夠?qū)⒒A(chǔ)制動(dòng)單元的停放制動(dòng)予以緩解，車(chē)輛才能被牽引。

針對(duì)某條線路的地鐵車(chē)輛在停放較長(zhǎng)時(shí)間后，空壓機(jī)啟動(dòng)后總風(fēng)壓力持續(xù)偏低的現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出問(wèn)題所在，并給出相關(guān)建議措施，避免后期此類(lèi)故障影響車(chē)輛的使用效率。

1 車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)配置

通常制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)配置模塊Ⅰ—制動(dòng)控制模塊；模塊Ⅱ—輔助控制模塊；模塊Ⅲ—基礎(chǔ)制動(dòng)設(shè)備，具體部分設(shè)備管路配置如圖1所示。模塊Ⅰ負(fù)責(zé)制動(dòng)力的分配和輸出以及空氣簧壓力采集和輸出；模塊Ⅱ用于制動(dòng)控制的輔助；模塊Ⅲ負(fù)責(zé)具體制動(dòng)功能的執(zhí)行。相關(guān)控制原理及過(guò)程在文獻(xiàn)[1-4]中有具體闡述。

2 踏面制動(dòng)單元

某項(xiàng)目根據(jù)地鐵車(chē)輛B型車(chē)設(shè)計(jì)平臺(tái)，踏面制動(dòng)單元與轉(zhuǎn)向架的接口方式進(jìn)行了適應(yīng)性改變（如圖2所示），但其內(nèi)部關(guān)鍵原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并沒(méi)有改變。根據(jù)轉(zhuǎn)向架參數(shù)（輪對(duì)縱向位移量）及安裝空間確定的踏面制動(dòng)單元?jiǎng)幼鲄?shù)如表1所示。

制動(dòng)系統(tǒng)所配置的PEC7型踏面制動(dòng)單元有兩種類(lèi)型，分別為僅有常用制動(dòng)缸的踏面制動(dòng)單元及帶有停放制動(dòng)的踏面制動(dòng)單元。該型踏面制動(dòng)單元廣泛使用在全球軌道交通車(chē)輛上，經(jīng)歷了長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)營(yíng)的考驗(yàn)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及性能得到了充分驗(yàn)證。

3 問(wèn)題發(fā)現(xiàn)及解決

3.1 問(wèn)題發(fā)現(xiàn)

某條新線列車(chē)在庫(kù)內(nèi)停放一段時(shí)間后需要恢復(fù)使用時(shí)，由于列車(chē)管路系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有壓縮空氣，兩臺(tái)空壓機(jī)連續(xù)工作但管路系統(tǒng)壓力仍維持100 kPa以下，造成列車(chē)不能投入正常運(yùn)營(yíng)影響。檢查后發(fā)現(xiàn)列車(chē)帶停放制動(dòng)缸的踏面制動(dòng)單元（后面簡(jiǎn)稱(chēng)TBU）在常用缸底部呼吸嘴處出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，而且發(fā)生這種漏風(fēng)情況的基本都集中在帶有停放制動(dòng)缸的TBU上。

從現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的踏面制動(dòng)單元漏風(fēng)情況來(lái)看，可以知道：

（1）所有不帶停放制動(dòng)的TBU沒(méi)有漏風(fēng)；

（2）幾乎所有帶停放缸的TBU都有漏風(fēng)，且僅在常用缸底部呼吸嘴處；

（3）出現(xiàn)泄漏時(shí)的系統(tǒng)風(fēng)壓持續(xù)低于100 kPa；

（4）停放制動(dòng)處于施加狀態(tài)（本TBU停放制動(dòng)緩解至少需要470 kPa的壓縮空氣）；

（5）常用缸內(nèi)的風(fēng)壓不足100 kPa（因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)風(fēng)壓低，列車(chē)處于緊急制動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)風(fēng)壓將通過(guò)制動(dòng)風(fēng)缸、EP2002閥的2/3號(hào)口進(jìn)入常用制動(dòng)缸）。

表1 踏面制動(dòng)單元性能數(shù)據(jù)

圖2 踏面制動(dòng)單元

3.2 問(wèn)題分析

針對(duì)TBU的漏氣現(xiàn)象，分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各子部件動(dòng)作原理，找出具體漏氣的原因。圖3為僅有常用制動(dòng)和帶停放功能的兩種TBU的結(jié)構(gòu)圖。

從圖3可以看出，車(chē)輛施加常用制動(dòng)時(shí)，壓縮空氣通過(guò)常用制動(dòng)缸的進(jìn)氣口進(jìn)入常用缸內(nèi)推動(dòng)氣缸活塞移動(dòng)，活塞底部連接一個(gè)漸開(kāi)線外形的扇形塊，活塞移動(dòng)帶動(dòng)扇形塊的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的扇形塊帶動(dòng)間隙調(diào)整器上的萬(wàn)向節(jié)移動(dòng)，移動(dòng)的萬(wàn)向節(jié)在接觸到間隙調(diào)整器后帶動(dòng)其移動(dòng)進(jìn)而推動(dòng)閘瓦托球頭移動(dòng)，最終使得閘瓦托在壓縮空氣的作用下向車(chē)輪踏面靠近使閘瓦作用在踏面上，形成停車(chē)的制動(dòng)力。

對(duì)于帶停放功能的TBU，由于常用制動(dòng)缸和停放制動(dòng)缸整合在一起，停放缸中控制停放施加緩解的停放頂桿會(huì)隨著常用缸活塞的移動(dòng)而移動(dòng)，當(dāng)停放頂桿移動(dòng)到最下端（圖中位置），頂桿上的螺紋和固定在停放缸內(nèi)的螺紋咬合鎖死，停放缸內(nèi)的壓縮空氣被排出，停放制動(dòng)施加，車(chē)輛無(wú)法動(dòng)車(chē)。當(dāng)需要移動(dòng)車(chē)輛時(shí)則需要緩解停放制動(dòng)，此時(shí)需要往停放缸內(nèi)充入至少470 kPa的壓縮空氣才能緩解。

從圖3和圖4可以看出，在常用缸活塞周?chē)幸蝗τ糜诿芊獾腒型密封圈，可以防止常用制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣泄露。結(jié)合發(fā)現(xiàn)漏氣的地點(diǎn)在常用缸的呼吸嘴處，由此可以推斷是K型密封圈密封不好導(dǎo)致常用缸內(nèi)的壓縮空氣泄露并通過(guò)呼吸嘴排除。

在車(chē)輛正常停放時(shí)，停放制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣將通過(guò)停放電磁閥及EP2002閥制動(dòng)缸管而被排入大氣（此為防止常用制動(dòng)與停放制動(dòng)疊加作用的功能），此時(shí)停放缸內(nèi)的推桿將升出并頂住常用缸活塞頂部的圓弧面而產(chǎn)生部分停放制動(dòng)力（此時(shí)停放缸內(nèi)壓力與常用缸內(nèi)壓力相同）；此時(shí)常用缸內(nèi)仍有相當(dāng)壓縮空氣。因此，常用缸活塞K型密封圈仍能保持正常密封性能；隨著列車(chē)停放時(shí)間的增加，因空氣管路正常泄漏（包括TBU密封圈正常泄漏）的存在，系統(tǒng)壓力會(huì)逐步下降，在系統(tǒng)壓力下降至常用缸正常工作壓力前，TBU內(nèi)的狀態(tài)與停放初期的狀態(tài)并沒(méi)有變化。

圖3 踏面制動(dòng)單元結(jié)構(gòu)原理圖

圖4 K型密封圈位置結(jié)構(gòu)圖

隨著列車(chē)停放時(shí)間的進(jìn)一步增加，此時(shí)系統(tǒng)壓力已經(jīng)開(kāi)始低于停放初期的常用缸壓力，因此常用缸及停放缸內(nèi)（兩個(gè)缸經(jīng)防疊加功能管路而聯(lián)通）的壓力也同步下降，停放缸的推桿將進(jìn)一步推壓常用缸活塞（雖然制動(dòng)閘瓦仍處于壓縮車(chē)輪狀態(tài)，但常用缸內(nèi)的壓縮空氣的壓力逐步下降直至排空），常用缸活塞處于相對(duì)較大傾斜的狀態(tài)，同時(shí)常用缸活塞K型密封圈在停放缸推桿（豎直向下）及閘瓦托反力（水平方向）作用下使其中一側(cè)（遠(yuǎn)離閘瓦托）壓緊，而使另一側(cè)（靠近閘瓦托）的K型密封圈處于相對(duì)松弛狀態(tài)。

K型密封圈在上面所描述的狀態(tài)下持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，如果再考慮到外界環(huán)境溫度相對(duì)較低，則K型密封圈將處于一種不完全密貼制動(dòng)缸內(nèi)壁的狀態(tài)。在上面描述的狀態(tài)下，如果啟動(dòng)空壓機(jī)工作，則系統(tǒng)內(nèi)的壓縮空氣將直接通過(guò)EP2002閥再通過(guò)常用缸（帶停放制動(dòng)功能）K型密封圈及常用缸呼吸嘴而排出大氣，從而使系統(tǒng)風(fēng)壓持續(xù)維持在較低壓力（現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的不高于100 kPa情況）。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)上述分析，對(duì)于此項(xiàng)點(diǎn)在專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)時(shí)，將停放制動(dòng)施加至閘瓦托伸出量為12 mm（與問(wèn)題車(chē)輛用TBU相同），然后在此負(fù)荷下進(jìn)行常用缸充風(fēng)試驗(yàn)，壓力從30 kPa開(kāi)始以5 kPa的幅度逐步增壓至120 kPa，每一步均進(jìn)行肥皂水測(cè)常用缸呼吸嘴處的泄漏，在整個(gè)過(guò)程中均沒(méi)有出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

圖5 帶停放功能TBU常用缸呼吸嘴漏氣試驗(yàn)

通過(guò)上述分析可知，帶停放功能TBU常用缸呼吸嘴漏風(fēng)的直接原因就是常用缸活塞K型密封圈（如圖4圈內(nèi)部分所示）密封不牢，從而使充入常用缸的壓縮空氣通過(guò)K型密封圈進(jìn)入常用缸箱體，進(jìn)而通過(guò)常用缸呼吸嘴排出。而導(dǎo)致K型密封圈不密封的因素主要有：停放制動(dòng)施加狀態(tài)下使常用缸活塞有一定傾斜，使得K型密封圈與常用缸內(nèi)壁的接觸不均勻，有部分處于壓縮狀態(tài)（有利于密封），但也有一部分處于張開(kāi)狀態(tài)（不利于密封）；其次常用制動(dòng)缸內(nèi)壓力過(guò)小導(dǎo)致K型密封圈與缸壁密封不緊密（K型密封圈的特點(diǎn)是隨著壓力的增加，其側(cè)面與缸壁越密貼，密封性能增加）。

3.4 問(wèn)題解決

綜上所述，在TBU較長(zhǎng)時(shí)間停放后（通常指2天以上），系統(tǒng)管路壓力為零的情況下仍持續(xù)停放一段時(shí)間，則TBU是有可能會(huì)出現(xiàn)上述所描述的在空壓機(jī)工作初充風(fēng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)僅在帶有停放功能的TBU常用缸呼吸嘴排風(fēng)現(xiàn)象。此種情況就是由于系統(tǒng)風(fēng)壓不足以將停放制動(dòng)緩解而使常用缸K型密封圈在傾斜情況下（長(zhǎng)時(shí)間保持此狀態(tài)使密封圈處于一種非正常狀態(tài)）出現(xiàn)初充風(fēng)時(shí)不能完全復(fù)位而引起漏風(fēng)。

因此，在出現(xiàn)上述情況下，可通過(guò)下面所建議的方法快速排出故障，提高車(chē)輛使用效率：

（1）通過(guò)直接拉停放缸緊急緩解拉繩（圖1中C03005/C03006）的方法可以強(qiáng)制緩解停放制動(dòng)（因?yàn)榇藭r(shí)沒(méi)有足夠的系統(tǒng)風(fēng)壓來(lái)緩解停放制動(dòng)），在緩解停放制動(dòng)后，常用缸內(nèi)的活塞也會(huì)處于復(fù)位狀態(tài)，K型密封圈回歸正常密封狀態(tài)，此方法的缺點(diǎn)是需要操作多個(gè)停放缸的緩解拉繩，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；

（2）可以切除向常用制動(dòng)缸供風(fēng)支路（也就是通過(guò)截?cái)嗳T(mén)，如圖1中的B05，將制動(dòng)風(fēng)缸至EP2002閥的供風(fēng)管隔離），這樣空壓機(jī)工作時(shí)壓縮空氣不會(huì)通過(guò)常用缸K型密封圈（有泄漏點(diǎn)）而建立不起系統(tǒng)風(fēng)壓。當(dāng)系統(tǒng)壓力上升后，停放缸內(nèi)充入的壓縮空氣（至少大于470 kPa）會(huì)自然緩解停放制動(dòng)，這樣也可以實(shí)現(xiàn)上述第一條的目的。相對(duì)于第1條操作，可以在車(chē)內(nèi)完成，同時(shí)也相對(duì)省時(shí)省力。但是在車(chē)輛停放制動(dòng)緩解后要及時(shí)恢復(fù)B05位置，避免車(chē)輛后續(xù)運(yùn)行無(wú)制動(dòng)可用。

4 結(jié)論

PEC7型踏面制動(dòng)單元在列車(chē)長(zhǎng)時(shí)間停放后恢復(fù)使用時(shí)有可能會(huì)出現(xiàn)因停放制動(dòng)施加而使常用缸出現(xiàn)K型圈密封不良而漏風(fēng)的現(xiàn)象，該現(xiàn)象在緩解停放制動(dòng)后可以自然消失并恢復(fù)正常。這是與該型基礎(chǔ)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、K型圈利用年限長(zhǎng)彈性不足、外界溫度低或者常用缸壁有一定磨損等因素有關(guān)。且僅在列車(chē)系統(tǒng)風(fēng)壓非常低啟動(dòng)空壓機(jī)初次充風(fēng)時(shí)出現(xiàn)，當(dāng)采取人工緩解停放制動(dòng)或者部分隔離空氣制動(dòng)時(shí)可以創(chuàng)造常用缸K型圈恢復(fù)正常狀態(tài)的條件，消除此故障。