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摘要：津滨轻轨列车制动系统防滑阀在运用期间出现多次报故障、供电能耗高、检修困难等问题，需要对防滑阀进行改进，从长期运营方面考虑决定更换新型号防滑阀。由于新型号防滑阀与原型号防滑阀在技术参数、连接方式等方面均存在差异，因此有必要对整个改进方案进行设计、分析、试验及装车考核。结果表明，改进后的防滑阀满足列车运行需要。
关键词：城市轨道交通车辆、制动系统、防滑阀
引言
津滨轻轨大部分为高架线路，气候具有湿度高、含盐分和腐蚀性物质、四季温差大等特点。国产轨道列车制动系统于2005年在津滨轻轨列车装车运用，通过了各项试验以及运行考核，并在相对严酷的环境下积累了长达十年的运用经验，制动系统运用稳定可靠。
在制动系统的运用过程中出现过部分产品问题，为了保证列车能够安全、可靠、持续地运行，产品问题需要第一时间进行分析并提出解决方案。其中，津滨轻轨列车制动系统防滑阀在运用期间出现多次报故障、供电能耗高、检修困难等问题，需要对防滑阀进行改造。从长期运营方面考虑，天津滨海快速交通发展有限公司决定更换新型号防滑阀。由于新型号防滑阀与原型号防滑阀在技术参数、机械连接、电气连接等方面均存在差异，因此需对整个改造方案进行设计、优化、分析、试验及装车考核。
1 防滑阀工作原理及运用
1.1 防滑阀工作原理
防滑阀主要组成部分包括阀体、侧板、电磁阀组件、膜板、弹簧等。电磁阀组件包含两个电磁阀，分别为排风电磁阀和保压电磁阀，电磁阀包括动铁芯和静铁芯。
防滑阀的工作状态分为直通状态、保压状态和排风状态。电磁阀控制气路内压缩空气走向，气路内压缩空气控制膜板开闭，膜板开闭控制防滑阀的工作状态。当两个电磁阀均不得电时，防滑阀处于直通状态，防滑阀内部为通路，上游压缩空气直接流通到下游。当排风电磁阀和保压电磁阀同时得电时，防滑阀处于排风状态，上游气路和下游气路之间连通切断，下游压缩空气通过膜板打开排向大气，气压下降。当排风电磁阀不得电，保压电磁阀得电时，防滑阀处于保压状态，上游气路和下游气路之间连通切断，下游压缩空气不排向大气，气压趋于稳定。
1.2 防滑阀在制动系统中的运用
防滑阀为制动系统防滑功能的执行机构，用于保障列车在制动过程中可以充分利用轮轨黏着而不出现轮对抱死、轮对擦伤等现象，以免对列车安全运行性能造成严重影响。
列车制动时，防滑阀处于直通状态，压缩空气通过上游的中继阀传输到防滑阀，此时防滑阀为通路，压缩空气直接传输到下游的基础制动中的制动缸，列车进行制动。当制动系统检测到轮对转速下降时，制动系统控制排风电磁阀和保压电磁阀得电，防滑阀开启排风状态，制动缸压缩空气通过排风口排风，制动缸气压下降，制动力下降。当制动系统检测到轮对转速恢复后，制动系统控制排风电磁阀和保压电磁阀失电，防滑阀开启直通状态，制动缸气压恢复，制动力恢复。
2 防滑阀设计及优化
设计方案依据防滑阀技术参数进行展开，由于新型号防滑阀与原型号防滑阀的安装方式和气路接口均有差异，应重点考虑防滑阀机械接口的匹配，为了尽量保证车下气路不改动，需要设计防滑阀气路过渡板。图1 为原型号防滑阀。
图1 原型号防滑阀
新型号防滑阀设计方案依据不改动气路接口及安装接口的要求，设计了气路过渡板。安装孔径和气路接口尺寸一致，安装孔和进出口气路接口定位尺寸保持一致，防滑阀的方案设计保证了机械接口的匹配。
有了初步设计方案，结合产品实际运用情况，有必要对方案进行优化。由于过渡板气路接口为锥管螺纹，气路过渡板的材质为铝合金，考虑到在实际运用过程中诸如紧固力矩过大、安装方式错误、多次安装及拆卸等原因容易对螺纹造成损坏，因此在气路过渡板管路连接处增加不锈钢材质管接头，增强管接头螺纹强度，提高耐用性，但是会相应增加气路接口的跨距。跨距适当增大后需要进行管道改造，但是实车上防滑阀下游装有滤清器，跨距增大后下游管路无法连接，因此重新布置了气路过渡板内部气路走向，缩短安装了不锈钢管接头后的气路接口跨距，使之与原型号防滑阀一致，保证了新型号防滑阀与原型号防滑阀气路接口完全一致。为了不变更安装螺栓规格，新型号防滑阀气路过渡板安装孔的厚度按原型号防滑阀安装孔厚度进行改进。
防滑阀的设计方案在车下安装校核的过程中发现部分安装位置出现干涉现象，由于车下防滑阀的安装方式已经固定，尽量避免对车下结构进行改动。因此增加另一种设计方案，一定程度上改变安装孔和气路接口的定位尺寸，在出现干涉的情况下防滑阀安装方式采取错位安装的方式避开干涉。
防滑阀设计和优化确认了最终的防滑阀设计方案，并且确定了采取车下错位安装的方式，为后续的防滑阀试验及装车考核奠定了技术基础。
3 防滑阀试验及分析
3.1 防滑阀技术参数分析
新型号防滑阀和原型号防滑阀参数对比如表1所示。两者适用环境温度一致，均为轨道车辆部件统一温度要求。原型号防滑阀同样适用于汽车，考虑到通用性，因此最大工作气压为960kPa，轨道交通列车紧急制动时，最大气压只能达到480kPa，所以新型号防滑阀500kPa的最大工作压力可以满足列车制动需求。根据公称通径对比可知，新型号防滑阀满足流量要求。防滑阀额定电压从110V变为24V，防滑阀电压输出控制由EBCU中的WSP板卡执行，所以也要同步更新WSP板卡。改进后的防滑阀功率小很多，功率降低后明显改善了供电能耗大的问题，同时根据电磁阀的特性可知，低能耗可延长电磁阀的连续工作时间。新型号防滑阀的响应时间要求较原型号防滑阀宽松，防滑阀的功能是保证轮对出现抱死及擦伤现象之前排气降压，EBCU根据检测到的轮对转速，通过滑动判据进行一系列计算对防滑阀进行控制，最后实现的防滑功能是防滑阀自身特性与控制程序共同完成的，20ms的响应时间差别对防滑功能影响不大，而实测的响应时间差别不到20ms。
表1 防滑阀技术参数对比
3.2 防滑阀试验
根据最终的设计方案进行防滑阀试制及测试，测试原理如图2所示，其中管路通径均≥φ12。测试内容主要包括：阶段充风/排风能力测试、快速充风/排风能力测试、排空能力测试、响应时间测试、低电压动作能力测试等。
图2 防滑阀试验原理图
阶段充风/排风测试要求为连续实施5次阶段排风和5次阶段充风，每次排风/充风0.1s+保压0.9s，连续5次阶段排风后风缸压力应＜350kPa，连续5次阶段充风后风缸压力应＞150kPa。测试结果：阶段排风压力为202.8kPa，阶段充风压力为243.4kPa。
快速充风要求风缸压力从0升至450kPa的时间应＜1.3s；快速排风要求风缸压力为500kPa时防滑阀开始排风，排风1.2s后保压3s，风缸压力应＜80kPa；排空要求风缸压力为500kPa时防滑阀开始排风，排风10s后风缸压力应＜2.5kPa。测试结果：快速充风时间为1.11s，快速排风压力为54.3kPa，排空压力为0.5kPa。
充风/排风响应时间要求＜40ms；低电压动作要求动作电压为16.8V，连续实施4次阶段排风和4次阶段充风，每次排风/充风0.1s+保压0.9s，应有明显阶段充风/排风动作。测试结果：充风响应时间为9ms，排风响应时间为10ms，低电压条件下阶段充风/排风动作清晰明显。
通过上述试验结果可以看出防滑阀满足设计性能要求。
4 防滑阀运用防滑阀完成了设计、试验和分析阶段，需要进行装车考核。由于机械接口一致，防滑阀装车比较顺利，仅在部分出现干涉的地方进行管道改造。新型号防滑阀与原型号防滑阀在电磁线圈插针上有区别，各自使用相匹配的电气连接器。两种连接器的尾部螺纹规格不一致，需要更换连接器，同时对连接器线缆进行改线处理。防滑阀额定电压从110V变为24V，防滑阀电压输出控制由EBCU中的WSP板卡执行，防滑阀控制程序也储存于WSP板卡，需要同步更新WSP板卡。
防滑阀、连接器、WSP板卡均改造完毕后，司机室TCMS显示一轴防滑阀故障。经排查后确认为连接器插针线路断开，重新接线后故障消失。
进行防滑自检操作，通过EBCU中的WSP板卡上自检按钮进行防滑阀功能确认。经车下观察，确认各轴防滑阀排风动作正常，制动缸动作正常，防滑阀排风顺序正常。图3为装车的防滑阀。
图3防滑阀装车
新型号防滑阀目前已运用考核一年，运用效果良好。
5 结论
通过防滑阀设计、试验、分析及装车运用等过程，完成了新型号防滑阀的更换。目前运用良好，解决了原型号防滑阀多次报故障、供电能耗高、检修困难等问题。结果表明，改进后的防滑阀满足津滨轻轨运营需要。
防滑阀的改进提高了津滨轻轨列车制动系统可靠性，为列车安全、可靠、持续地运行提供了良好保障，为我国国产轨道列车制动系统可靠运用增添了宝贵的经验。
参考文献
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论文作者:吕大全
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第10期
论文发表时间:2017/10/26
标签：滑阀论文; 型号论文; 排风论文; 列车论文; 制动系统论文; 电磁阀论文; 压缩空气论文; 《建筑科技》2017年第10期论文;