广州地铁A2/A3型列车制动系统模拟转换阀维护浅析

董兴虎

（广州市地下铁道总公司，广东广州 510310）

1 概述

广州地铁A2/A3型列车在运营5年后其制动系统模拟转换阀故障逐步增多，且在冬季较多发生，对运营生产造成很大影响。

本文基于模拟转换阀机械结构、软件控制等方面分析，找出其故障原因，提出其维护优化解决措施，以提高其可靠性及使用寿命。

2 模拟转换阀概述

EBCU接收制动指令信号后根据载荷和冲击限制和混合制动需求，调节并传至电气控制单元(BCU)，BCU上的模拟转换阀将电压转化为一个成比例的预控制压力Cv，其输入信号与载荷成比例且有峰值限制，二者均应符合整个制动所需要的摩擦制动力的要求[1]。

2.1 模拟转换阀结构

如图1所示为模拟转换阀内部气路，用来升压Cv的充气电磁阀与辅助风缸R相连，当电磁阀由电控器驱动时，气流流入R的预控管线，增加Cv的压力水平；用来降压Cv的排气电磁阀与耗气孔O相通，当电磁阀被驱动时，空气从预控管线排放到大气中，降低Cv的压力水平。其工作状态为：

图1 模拟转换阀解剖图

制动位：进气阀得电，排气阀失电，压缩空气从制动贮风缸R进入，输出预控制压力Cv1至紧急电磁阀；

缓解位：进气阀失电，排气阀得电，R通路被切断，预控制压力Cv通过排气阀直到大气O。

如图1所示，当进气阀或排气阀不得电时，其管路气体的切断是依靠压缩弹簧的弹力推动双阀座来实现的。

2.2 模拟转换阀控制原理

EBCU根据输入信号（包括常制，快制，紧制）计算列车所需要的制动力值，并将信号送给模拟转化阀，模拟转化阀将所要求的制动力值转化为冲击极限及载荷控制的预控压力，控制模拟转化阀进气阀的螺线管调节预控压力大小，预控压力的大小又通过模拟转化阀的压力传感器反馈给EBCU，EBCU根据压力传感器信号选择性地控制充气或排气电磁阀信号，使指令与预控压力之间保持有恒定的关系，如图2。

图2 模拟转换阀控制原理图

压力传感器时刻监测着预控压力的大小，如果压力大于设定压力EBCU则调节排气电磁阀，压力过小调节充气电磁阀。因此EBCU与模拟转换阀之间存在断路检测。

3 故障分析

3.1 故障现象及隐患评估

列车闸瓦在缓解时，制动缸内气体排出，依靠推杆弹簧力的作用离开踏面。在日常检修TRB试验时，闸瓦仍然贴合踏面，说明在制动缸内存在气体抵制了制动缸内弹簧力。进而，列车在紧急制动情况下，模拟转换阀排气口处排出的气体发出“嗤-嗤-嗤-嗤”连续的短促排气声。

在上述故障现象出现的时刻，排气阀得电，进气阀失电，R通路被切断。但通过监测EBCU数据显示R内存在0.3 bar左右压力，该压力为气体通过进气阀窜入Cv一侧产生的，进而抵制了制动缸内弹簧力而出现闸瓦不能缓解的现象。若该故障对列车制动性能造成很大影响，还增大轮对及闸瓦不良磨耗，严重的甚至造成轮对抱死等运营安全隐患。

3.2 故障统计及可靠性分析

统计2008年至今运用于广州地铁八号线的20列A2/A3型车模拟转换阀故障可知：随着运营年限增加，故障率明显增加，且冬季故障率尤为突出。

表1 模拟转换阀故障统计

根据可靠度R(t)定义，到规定的时间区间终了为止，能完成规定功能的产品数NS(t)与在该时间区间开始时投入工作的产品数NT之比[2-3]。表示为：

R(t)=1-NF(t)/NT=NS(t)/NT

产品失效和不失效是互逆事件，因此

R(t)=1-Q(t)=1-PF

计算模拟转换阀可靠性如表2所示。

表2 模拟转换阀可靠性

用传统单一的浴盆曲线已不能代表现代轨道交通列车故障率曲线。如图3所示为6种故障率曲线型式。统计表明，机车车辆产品中符合A、B、C型故障率曲线的约占5%～10%，而符合D、E、F型故障率曲线的约占90%～95%。

图3 六种故障率曲线

模拟转换阀故障率符合有耗损期型故障率曲线，其故障率曲线如图4所示。

图4 模拟转换阀故障率

3.3 模拟转换阀双阀座及压缩弹簧

通过对故障的模拟转换阀拆解后发现，其充气电磁阀和排气电磁阀的双阀座硫化橡胶部分存在明显的凹痕和变形，正是由此才导致双阀座在弹簧力作用下仍不能完全截断气体（如图5所示，左边为旧件右边为新件）。

根据机械零部件失效率模型及部件拆解状况，可将该两个电磁阀简化为阀门单体来进行研究，考虑其密封、双阀座、弹簧等方面故障模式及原因。

（1）密封：润滑及组件性能长期动作配合，出现润滑不足、组件表面损伤。冬季受低温影响其动力学不稳定性增大致使故障率突出。

（2）双阀座：硫化橡胶部分有约0.3 mm的凹痕和表面膨胀变形，且由于润滑不足双阀座与其安装孔接触的金属部分也有轻微磨损。

（3）压缩弹簧：由于长期受力出现轻微塑性变形，疲劳导致其弹性有所下降。

3.4 制动软件对模拟转换阀性能影响

通过分析实验表明，该列车制动软件版本的选择对模拟转换阀漏气现象也有一定影响。不同版本制动软件，在紧急制动施加过程中，EBCU内MB04板每隔1ms对排气阀发出DC24V脉冲信号，当其构成回路时无诊断故障出现，否则出现“模拟转换阀故障”的信息。

通过V0.75和V0.77两个版本制动软件的对比，用示波器监测排气电磁阀之间电压，得到其排气阀波形图（如图6所示），发现V0.75的脉宽为120μs，V0.77则为220μs。相较而言，0.77版本比0.75版本对排气阀造成的影响稍大。

现场实验将同一故障件在上述两个版本下对比，发现在V0.77版本下比在V0.75下漏气现象较明显，甚至有在V0.77下漏气，V0.75下正常的现象。说明在紧急制动施加时，EBCU断路检测间隙时间使得模拟转换阀动作出现轻微差异，进而影响到阀体排气。

4 改进优化措施

基于以上分析，采取以下措施加强模拟转换阀的维护优化解决措施。

故障检修时对于出现故障的模拟转换阀可根据其实际情况，参考以下标准更换双阀座及其压缩弹簧进行故障件修复：

（1）观察双阀座的硫化橡胶部分有无损坏，如果其表面有凹痕或膨胀变形超过0.2～0.3 mm，其金属部分磨损严重的均需更换；

图6 制动软件V0.75排气阀波形图

（2）观察压缩弹簧的长度及弹性，如果其塑性变形与新件相较超过0.5 mm需更换；

（3）必须将换下的模拟转换阀的R和Cv通道封闭，以免杂质落入其中影响元件质量；

（4）如果更换模拟转换阀返修件，在安装前需表面清洁，如有必要可用肥皂水清洁后再用清水清洗，特别是通风阀门等部位需用吹风机吹干；

（5）在安装时，需对“O”型圈、安装面及空气制动屏对应部位涂适量润滑脂进行润滑。

调整检修维护策略，针对系统故障特点，采取提前预防措施，避免故障隐患对列车性能的影响。同时，继续开展模拟转换阀故障件的自主维修工作，满足生产需要，降低维护成本。

更新适于列车运用的最优制动版本，在降低模拟转换阀故障率的同时，也最大程度减少列车闸瓦、轮对磨耗。

事实上，在采取上述措施后，模拟转换阀故障率得到有效控制，可靠性能得到明显提高。

5 结束语

通过对模拟转换阀检修维护改进及制动版本软件优化，提高了其可靠性，延长了模拟转换阀的使用寿命，使该部件故障率有效降低。同时，通过该部件自主修复，既有效保证了备件数量，还有效降低了运营成本。

［1］长春长客-庞巴迪轨道车辆有限公司.广州地铁A2、A3型电客车维修手册［Z］.2006.

［2］牟致忠.机械可靠性—理论·方法·应用［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［3］赵宇，杨军，马小兵.可靠性数据分析教程［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2009.