列车空压机打风超时故障分析及解决措施
摘 要： 针对深圳地铁蛇口线地铁列车空压机打风超时故障频发的问题， 介绍列车空压机控制和故障触发的逻辑，通过实例分析，提出限制多余的耗风和修正 TCMS 软件的故障触发逻辑的解决方案，从根本上消除了空压机打风超时故障。
关键词： 地铁车辆； 空压机； 打风超时； 故障分析； TCMS
0 引言
自深圳地铁蛇口线首通段开通以来， 列车空压机打风超时故障频发， 通过采取针对性的措施来限制供风系统中多余的耗风后，故障明显减少。但深圳地铁蛇口线全线开通以后， 列车空压机打风超时故障再次高发， 而此前所采取的措施已不能有效地控制住空压机打风超时故障了，必须从新的角度出发，采取新的有效措施，从根本上消除空压机打风超时故障，提高正线运营质量。
1 主从空压机的判断及故障触发的逻辑
1.1 主从空压机的判断逻辑
深圳地铁蛇口线地铁列车由两个 3 车单元组成，每个 3 车单元由 1 辆拖车（A 车）加 2 辆动车（B 车和C 车）组成。 列车编组方式为：-A * B * C = C * B * A-，其中 A 为带司机室拖车，B 为带受电弓动车，C 为不带受电弓动车，-为自动车钩，=为半自动车钩，* 为半永久牵引杆。
3 车单元中的 C 车，其空压机无故障时，则该空压机将作为主空压机；若故障则作为从空压机。
对于全列车，日期为奇数时，若 4 车的空压机无故障，则以 4 车空压机作为主空压机，3 车空压机作为从空压机；若 4 车的空压机故障时，将以 3 车空压机作为主空压机，4 车空压机作为从空压机。 同理，日期为偶数时，若 3 车的空压机无故障，则以 3 车空压机作为主空压机，4 车空压机作为从空压机；若 3 车的空压机故障时，将以 4 车空压机作为主空压机，3 车空压机作为从空压机。
1.2 空压机故障的触发逻辑
TRB 模式时，将不报任何空压机故障。
非 TRB 模式， 空压机不工作时， 中央控制单元CCU 给出空压机启动指令，如空压机在 10 s 内没有执行指令启动， 列车监控信息系统 TCMS 将触发空压机故障； 空压机在运行时，CCU 给出空压机停止工作指令， 如空压机在 10 s 内没有执行指令而停止工作，TCMS 将触发空压机故障；空压机在运行时，若该空压机在 15 min 内没有将主风压力打至 900 kPa，TCMS 将触发空压机故障。
1.3 空压机故障后的影响
若列车上的主空压机故障， 则主空压机将变成从空压机，正常的从空压机将变为主空压机。若列车上的两台空压机都故障了， 则两台空压机都将作为从空压机，因从空压机在主风压力≤650 kPa 时启动，由此可得出，虽列车上的监控信息系统已报两台空压机故障，但空压机仍能继续打风为列车提供压缩空气， 保证列车安全运营。
2空压机故障分析
2.1 典型案例
2011 年 7 月 13 日 18 点 35 分，01111 次 （205）司机在赤湾下行线报， 列车人机界面 HMI 显示 2054 车空压机红色，风压显示正常。司机在赤湾上行线重新升降弓后恢复正常。
列车回库后下载事件记录仪的相关数据进行分析，打风时间为 18:13:00 至 18:30:00 （刚好是下班客流高峰时段）， 即空压机在 15 min 内未将风压打至 900 kPa 而报打风超时故障。
2.2 对列车进行相关检查及试验
2.2.1 空压机启停功能检查
2011 年 7 月 14 日，2053 车的空压机为主空压机，2054 车的空压机为从空压机 。 升弓并将气压打至900 kPa，然后通过缓解和施加停放制动 ，将气压排至低于 750 kPa，此时 2053 车空压机正常启动打风；继续通过缓解和施加停放制动， 将气压排至低于 650 kPa，2054 车空压机正常启动打风； 当主风压力打至 900 kPa时空压机停止打风。 检查结果证明两台空压机的启停功能正常。
2.2.2 保压试验
车上无人走动，司机室留一人进行试验，截断所有动车箱体通风设备的 K04 阀，缓解停放制动，升弓降风压打至 900 kPa，降弓，风压为 890 kPa 时开始计时，5 min 后，主风压力为 881 kPa，泄漏量为 9 kPa /5 min（＜20 kPa /5 min），管路气密性良好。
2.2.3 空气簧、高度阀状态检查
检查高度阀杆安装螺丝及高度阀安装螺丝紧固情况，高度阀动作灵活，管路及高度阀无泄漏；检查空气悬挂系统相关管路，管路安装良好，气密性良好，空气弹簧风缸和空气弹簧辅助风缸安装良好， 截断塞门处于关闭状态，气密性良好，二系簧无裂纹，状态良好。
2.2.4 制动自检及制动压力检测
进行制动自检，自检顺利通过。
进行制动压力检测，常用制动、保持制动和紧急制动压力正常。
2.3 下载事件记录仪数据进行分析
事件记录仪数据如图 1 所示， 故障时间段 01111次（205）车途经：湖贝站（18:14:00）→大剧院站→燕南站（18:20:00）→华强北站（18:22:52）→岗厦北站（18:25:00）→市民中心站→福田站（下行线）（18:30:00）。
在下班客流高峰时段， 从湖贝至福田站的客流量较大，从图 1 可知，列车载重持续增加，这将加大列车悬挂系统的耗风； 且列车每次进站前都频繁施加气制动以确保准确停车； 列车进行站台作业时将施加全常制，这些多余的耗风都将延长空压机打风时间。
2.4 触发故障的原因
TCMS 软件版本为 2.1.1.0 的列车进行站台作业时， 列车施加的制动将由保持制动变为 100%常用制动，而站台作业时，施加保持制动足以让列车在轨道上停稳，那么施加 100%常用制动将显得有些多余，其造成的多余的耗风将延长空压机打风时间。
在自动驾驶 AMC 模式下， 列车进站施加制动时，由于 ATC（列车自动控制）主机发给 CCU 的牵引/制动指令波动较大， 受牵引系统电制动施加变化率和响应时间的限制，导致两拖车频繁施加气制动进行补偿，以满足总的制动需求。 而频繁施加气制动进行补偿将导致多余的耗风， 列车每次进站都会因抖动而延长空压机打风时间。
另外，列车各管路设备中空气悬挂系统、制动系统和箱体通风是耗风量较大的设备， 这也是造成空压机打风时间长的原因。 虽然通过限制供风系统部分设备的耗风量可从一定程度上降低空压机的故障率， 但无法完全根除。
实际上造成空压机打风超时故障的主要原因在于：TCMS 软件有关空压机故障的判断逻辑（空压机在15 min 内未将风压打至 900 kPa 即报打风超时故障 ）设计不合理。 根据空压机平均工作时间（见表 1），在最恶劣的工作条件中，空压机应在 26.47 min 内未将风压打至 900 kPa 才报空压机打风超时故障。
3 解决方案
3.1 限制箱体通风设备的耗风量
将箱体通风设备的节流阀口径从 1.2 mm 改为0.8 mm，并将 K04 阀打至半开位 ，降低箱体通风设备的耗风量。
将箱体通风溢流阀开启压力调整到 850 kPa，缩短箱体通风时间，从而降低箱体通风设备的耗风量。
3.2 升级 TCMS 软件
升级 TCMS 软件，将列车站台作业时施加 100%常用制动改为施加保持制动（70%常用制动），以多余的耗风。
升级 TCMS 软件， 改变空压机打风超时故障的判断逻辑， 将风压升至 900 kPa 所允许的时间由 15 min改为 26.47 min，从根本上解决空压机打风超时故障。
4 相关试验及执行解决方案后的效果
4.1 限制箱体通风设备的耗风量的试验及效果
4.1.1 试验内容
将箱体通风设备的节流阀口径从 1.2 mm 改为0.8 mm；将 K04 阀打至半开位 ；将箱体通风设备中的溢流阀开启压力值调整为 850 kPa。
客室无作业人员，司机室留一人进行试验，K04 阀打至半位，截断 B01.Z01.08，截断 B01.Z01.07。 记录将列车 4 个 K04 阀打至半开位后，由于箱体通风而持续耗风将主风缸、 空簧风缸及风管的压力从 890 kPa 降至 790 kPa 所需时间。
激活列车，升弓，将风压打至 900 kPa；降弓，用事件记录仪记录主风缸压力从 890kPa 降至 790kPa 所需时间。
实验数据为 ： 因箱体通风而耗 风 ， 将容积为VtotR1_veh 的储风设备从 890 kPa 降至 790 kPa 所需时间为 24.5 min。
4.1.2 箱体通风耗风量的计算
每节车用于箱体通风耗风的储风缸及主风的总容积：
VtotR1=VMR+VMRP+VASR=100+8.5+100=208.5 L式中：VMR 为主风缸的容积；VMRP 为主风管的容积；VASR 为主簧风缸的容积。
全列车用于箱体通风耗风的储风缸及主风管的总容积：VtotR1_veh= VtotR1×6=208.5×6=1251 L。
限制多余耗风后箱体通风的耗风量：Qvent_veh′=VtotR1_veh（8.9-7.9）/T1=51 L/min，较限制前箱体通风的耗风量（94 L/min），减少了 43 L/min。
4.1.3 改进前后效果对比分析
限制箱体通风设备的耗风量前， 从 2011-7-15 至2011-7-21，发车顺序为 008 至 015 的列车数为 35 列，其中发生空压机打风超时故障的列车数为 6 列， 发生故障的机率为 6/35=17.1%。
箱体通风设备的耗风量后，从 2011-7-15 至 2011-7-21，发车顺序为 008 至 015 的列车数为 20 列，其中发生空压机打风超时故障的列车数为 1 列， 发生故障的机率为 1/20=5%。
由此可见，限制箱体通风多余的耗风后，空压机打风超时故障机率下降 12.1%。
4.2 升级 TCMS 软件前后故障的对比分析
在 TCMS 软件未升级至 2.3.1.0 版本之前， 发生空压机打风超时故障率为 11.1%~19.5%；TCMS 软件升级至 2.3.1.0 版本后，发生空压机故障的次数为 0，数据说明修改完空压机故障判断逻辑后从根本上解决了空压机打风超时故障。
5 结束语
列车各管路设备中制动系统、 空气悬挂系统和箱体通风是耗风量较大的设备。事实证明，限制制动系统及箱体通风设备多余的耗风后， 空压机故障率有明显下降，但无法根除空压机打风超时故障。而且列车客流量增大之后，空气悬挂系统和制动系统耗风量将加大，无法再对这两个系统耗风量进行进一步的限制。 实际上造成空压机打风超时故障的主要原因在于，TCMS软件有关空压机故障判断逻辑设计不合理， 通过修改TCMS 软件空压机故障判断逻辑后， 空压机打风超时故障被彻底消除。
此外，故障调查过程中发现 ATC 主机发给 CCU 的牵引/制动指令波动很大，建议供货商升级 ATC 软件，对 ATC 主机发给 CCU 的牵引/制动指令进行平滑处理， 避免因制动指令的较大波动而致使在两拖车频繁施加气制动补偿。 这样很大程度上可以降低列车的耗风量，从而减少空压机打风时间，不仅减低了故障发生的概率，而且有利于提升列车的部件寿命和性能。
参考文献：
[1] 左健明. 液压与气压传动[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
[2] 成大先. 气压传动[M]. 北京：化学工业出版社，2011.
[3] 吴卫荣. 气动技术[M]. 北京：中国轻工业出版社，2005.
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