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摘要：广州地铁APM 线列车弹簧制动采用电控气动模式，制动腔体充气时制动缓解、腔体排气时制动施加，气路由尼龙气管、金 属弯头和电控阀体组成，列车运行过程中弹簧制动保持缓解状态。当列车因气路气管、弯头或阀体异常发生“弹簧制动被应用” 故障时，列车无法动车，需轨道停电下车底处理。该故障易导致区间疏散、中断行车，对运营造成极大的影响。为降低该故障对运 营的影响，现场对弹簧制动备用气源辅助缓解模块进行研究分析，通过对备用气源辅助缓解供气气路进行改造，扩大备用气源辅助 缓解的应用范围，以实现发生上述问题导致的“弹簧制动被应用”故障时仅需在客室侧墙控制面板上按压辅助缓解按钮即可快速 缓解弹簧制动动车，提高应急处置效率，降低故障对正线运营的影响。
关键词：弹簧制动被应用,备用气源,辅助缓解,气路改造
Modification for Emergency Treatment of"Spring Brake
Applied" Fault on APM Line of Guangzhou Metro
Wang Jun，Hua Hai
( Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，Guangzhou 510220.China )
Abstract：The spring braking of APM line trains of Guangzhou Metro adopts the electrical controlled pneumatic mode.The brake is released
when the brake chamber is inflated，and the brake is applied when the chamber is vented.The air is composed of nylon air pipe，metal elbow
and electrical controlled valve body.The spring braking remains released during train operation.When a train experiences a "spring brake
applied" fault due to abnormal air ducts，elbows，or valve bodies，the train cannot start and the track has to be powered off for handling under the train.This fault can easily lead to interval evacuation，interruption of driving，and have a significant impact on operations.In order to reduce the impact of the fault on operation，on-site research and analysis are conducted on the spring brake backup air source auxiliary relief module. By modifying the backup air source auxiliary relief air path，the backup air source auxiliary relief is expanded to achieve rapid release of the
spring brake by pressing the auxiliary relief button on the control panel of the side wall of the passenger compartment when the"spring brake is applied" fault caused by the above problem occurs.The modification improves the efficiency of emergency response and reduce the impact of
faults on the operation of the main line.
Key words：spring brake applied;backup air source;auxiliary relief;modification of air path
引言：广州地铁珠江新城核心区旅客自动输送系统( Automated People Mover，APM ) 选用美国匹茨堡庞巴迪CX-100 电客车，采用两节编组，选用橡胶轮胎作为走 行轮，实行无人驾驶自动控制模式[1-2]。列车弹簧制动采用电控气动模式，充气缓解、排气施加[3]。单个轮毂 出现制动抱闸的情况就无法动车，且列车不具备“一键 式”弹簧制动缓解功能[4-5 ] 。当列车因气路异常引发
“弹簧制动被应用”故障发生在运营期间，列车将无法继续运行，需下线路至车底进行手动缓解弹簧制动[6]。而 APM 线采用第三轨(接触轨)供电方式，下线路需要对 相应轨道停电，耗时较长，效率很低，且存在一定的安全 风险，同时会中断行车或需启动区间疏散，导致故障影响范围扩大，对正线列车运营产生较大负面影响[7-14] 。
为保障运营安全，降低该类故障对运营的影响，本 文从弹簧制动缓解供气气路着手研究，发现列车设置的 备用气源与主气源供气弹簧制动缓解气路大部分是共用， 导致共用部分气路异常引发“弹簧制动被应用”故障发 生时，备用气源辅助缓解也失效。为此，提出对备用气 源辅助缓解模块供气气路进行改造的想法，重新设置单 独的供气气路至弹簧制动腔，用于紧急情况下缓解弹簧 制动。经过现场安装、测试，该措施有效、可行。正线 发生“弹簧制动被应用”故障时仅需在列车客室侧墙控 制面板上按压辅助缓解按钮即可快速缓解弹簧制动动车， 将原故障处置时间由85 min 缩短至5min，且无需下车底 处置，降低了故障对正线运营的影响。
1 列车弹簧制动系统介绍
1.1 制动执行机构
APM 线列车制动通过制动室完成，弹簧制动为充气 缓解，排气施加。列车触发弹簧制动后，弹簧制动室内 的压缩空气会被迅速排出，弹簧制动室内压缩弹簧推动 蓝色楔形块挤压闸瓦实现弹簧制动。当弹簧制动腔充气 时，压缩空气将弹簧回缩，蓝色楔形块不在挤压闸瓦， 闸瓦在固定弹簧的回弹力的作用下复原，从而不再与制 动鼓密贴，列车制动得以缓解。除了压缩空气外，也可 用图1中最左端的螺栓组件机械释放弹簧制动，手动拧 紧螺母的过程即是弹簧回缩的过程，手动缓解弹簧制动 主要在列车无压缩空气或压缩空气压力不足的应急情况 下应用。
1.2 供风模块
每节车配置了1 台空压机，为车辆提供压缩气体， 并储存在主风缸内，容量约为105 L。主风缸内的压缩空 气主要用于编制列车解钩、客室高度调整(空气弹簧)、 列车换向、弹簧制动缓解、常规制动施加5个模块。压 缩空气通过布置在车上的尼龙气管、接头及阀体传输至 各个模块。
1.3 弹簧制动施加与缓解
弹簧制动系统是一套故障安全系统，电气或气动故 障(或ATC 检测到的其他不安全情况)时会启用。当主 风缸气压低于65psi (即448.175 kPa ) 或故障安全紧急 阀门(即FSE 电磁阀)失电时会导致弹簧制动室内的压 缩气体被排出，制动室内的弹簧会启动弹簧制动，出现 “弹簧制动被应用”故障报警。
当列车收到弹簧制动缓解指令时，FSE 电磁阀得电， 压缩空气可以从主风缸通过尼龙气管经过2个FSE 阀体、 6 个快速释放阀(即QRV 阀)，进入到各个制动室的弹 簧制动腔，挤压弹簧回缩，从而实现弹簧制动缓解。如 图2~3 所示。
1.4 弹簧制动辅助缓解
为防止气源不足，列车设置有备用气源。当压缩机 故障或其他气动模块故障造成主风缸压力低于65psi，导 致“弹簧制动被应用”故障发生时，列车值班员可在客 室打开侧墙控制面板操作SBR 辅助释放按钮(图4)，使 得弹簧制动辅助缓解旁路SBR 电磁阀上电，启用备用气 源，备用气源的压缩气体经过SBR 气阀、2 个FSE 阀体、 6 个快速释放阀(即QRV 阀)，进入到各个制动室的弹 簧制动腔，挤压弹簧回缩，从而实现弹簧制动缓解。如 图5~ 6 所示。
1.5 现有弹簧制动辅助缓解旁路的不足
列车设置的备用气源与主气源供气弹簧制动缓解气 路走向相似度极高，两条回路经过FSE 阀体后，属于相 同的气路走向。纵观整个弹簧制动缓解气路走向，FSE 阀体至弹簧制动腔区段的气路占整个弹簧制动缓解气路 80% 以上，其中涉及多个阀体、接头且气管长度较长， 属于弹簧制动缓解气路的关键部位，也是日常易出现漏 气或失效的隐患点。而当该区段FSE 阀体或FSE 阀体至 弹簧制动腔区段的气管、QRV 阀体、气路弯头等出现漏 气故障时，无论是正常缓解回路还是辅助缓解旁路，均 无法将压缩空气输送至弹簧制动腔，导致弹簧制动无法 缓解。如图7~ 8 所示。
此时，需要专业人员赶往现场，申请对应位置轨道 停电下车底开展气路检查，进行临时修复，或使用T型 螺栓，通过手动缓解的方式进行弹簧制动缓解，总体的 处置时间需耗时85 min 左右，该故障将导致正线中断运 营、区间疏散等，对正线运营造成负面影响。自20 10 年 APM 线开通至今，共发生2起因气管漏气导致弹簧制动 无法缓解，列车无法动车事件。
为此，为保障运营安全，技术人员从弹簧制动缓解 供气气路着手，提出对备用气源辅助缓解模块供气气路 进行改造的想法，并加以实施验证，从而降低“弹簧制 动被应用”故障对正线运营的影响。
2 改造方案
为保证故障发生后能在短时间内恢复行车，减小故 障对正线运营造成重大影响，根据列车弹簧制动缓解气路的分布特点，提出改造措施。
2.1 改造思路及实施
鉴于原有备用气源与主气源供气缓解弹簧制动线路 在FSE 阀至弹簧制动室区段气路是共用的，当上述区段 内的气管、阀体、弯头出现漏气问题，无法通过备用气 源供气进行弹簧制动缓。为提高备用气源辅助缓解模块 的应用范围，改进该备用气源的供气路线。将原与主气 源供气弹簧制动缓解共用的气路线路分开，单独设立备 用气源供气的缓解气路，从而在主风缸供气缓解气路异 常时也可以通过新设立的缓解气路实现弹簧制动缓解。 如图9所示。
该新设立的气路使用备用气源供气，并由辅助释放 装置上ARS 电磁阀或者车底的人工阀控制(ARS 电磁阀 故障时控制备用气源供气)。ARS 电磁阀为原辅助释放 装置已设立的装置，可由客室内侧墙控制面板上的SBR 按钮控制。因此，改造后，发生“弹簧制动被应用”故 障时，仅需按SBR 按钮即可实现弹簧制动快速缓解，大 大降低“弹簧制动被应用”故障对正线运营的影响。
2.2 改造加装部件
2.2.1 双向阀原理
双向阀(图10 ) 具有两个进气口11 口和12 口，一 个出气口2 口。11 口气压和12 口气压进行比较，由2口 输出气压值较大一侧的压缩空气，另一个进气口被封堵住。同时，压缩空气同样可以由2 口输出至气压值较大一侧的进气口(11 口或12 口)。最高工作压力为1MPa，使用温度为-40℃~80 ℃，满足现场使用要求。
快速释放阀(图11 ) 为原车使用部件，其功能是加 速空气排出气室，安装在气制动回路中。列车进行制动 时，压缩空气从进入供给口进入，在气压作用下膜片向 下移动，密封住排气口，同时，气压向下推膜片边，空 气从输送口流出，得以实现气体传输。若输送的气压 (膜片下边)等于制动阀(膜片上边)输送的压力，膜 片外边将再次密封住阀体座。当供给口空气释放时，排 气口仍然被膜片中心部分密封住，膜片上部的气压通过 制动阀排气口被释放回，因压力差，膜片下部的气压推 动膜片上升，打开排气口，允许输送的空气排出，从而 得以快速释放。
2.3 改造实施
( 1 ) 铺设气路
从列车辅助控制面板开始，铺设单独的气路线路至每个弹簧制动室。
(2 ) 增加双向阀
为满足正常弹簧制动缓解应用有效，在弹簧制动室前 端增加双向阀，该双向阀可以确保列车在使用主风缸或辅 助缓解旁路供气时两种缓解方式气路的不互通，避免气体 从对方气管中逸出，同时确保主气源供气、备用气源供气 均可实现弹簧制动缓解。具体气路走向如图12 所示。
(3 ) 增加快速释放阀
在辅助释放面板安装快速释放阀，并接入新设的气 路中，实现辅助释放回路的气压可通过快速释放阀排空， 满足快速施加弹簧制动的要求。改造位置和双向阀安装方式如图13~14 所示。
2.4 现场测试及故障模拟
2.4.1 模拟正常弹簧制动缓解供气线路故障
现场模拟FSE 电磁阀故障，导致主风缸供气无法正 常给弹簧制动缓解供气，造成弹簧制动无法正常缓解。 此时，按压列车客室侧墙控制面板SBR 辅助释放按钮， 使得辅助控制回路ARS 电磁阀得电，由备用气源给弹簧 制动室供气，最终实现弹簧制动缓解。放开SBR 辅助释 放按钮后，ARS 电磁阀失电，电磁阀排气孔将ARS 电磁 阀至快速阀段的气体排出，使得快速释放阀供给口空气 得以释放，因压力差，输送口的空气排出，从而得以快 速释放，弹簧制动可正常施加。
2.4.2 模拟气路漏气造成主风缸压力低于65PSI
断开空压机启动电源LCB，排空主风缸气压，按压 列车客室侧墙控制面板SBR 辅助释放按钮，使得辅助控 制回路ARS 电磁阀得电，由备用气源给弹簧制动室供 气，最终实现弹簧制动缓解。
2.4.3 模拟主风缸供气弹簧制动缓解
完成故障模拟测试后，待主风缸压力正常时，提牵引 手柄尝试启用主风缸供气缓解弹簧制动，试验双向阀切换 正常，无漏气情况，主风缸供气能正常缓解弹簧制动。
经过现场测试及故障模拟，完成改造后，当列车因 气路气管、弯头或阀体异常发生“弹簧制动被应用”故 障时，启用备用气源缓解弹簧制动可正常执行，有效地 降低故障对运营的影响。
3 风险性评估分析
3.1 部件风险性分析
3.1.1 双向阀
其功能失效后将导致单个轮毂弹簧制动无法缓解，应 急情况下，可通过短接气管形式进行修复，或按原应急流 程进行缓解弹簧制动室。该部件失效影响相对较大，发生 概率较小，列车正常运营时，弹簧制动一直处于缓解状 态，该阀无需动作，一旦导通后，即保持导通状态。结合 列车出库前检查与选择可靠性高的产品可降低该风险。
3.1.2 快速释放阀
此次改造新增的阀体在正常状态下未通气，若漏气 或失效导致应急时无法实现辅助缓解。影响相对较大， 概率小，失效的原因在于内部密封圈老化或破损，可通 过定期更换及功能测试来确保其状态良好。
此次改造将新增辅助缓解气管及接头，该管路在列 车正常状态未通气，若意外磨损导致管路破损则存在应 急时无法实现辅助缓解。故障影响相对较大，概率小。 可通过气管及弯头选型、安装及二次防护等方式降低气 管破损的风险。
3.2 总体风险性分析
本次改造仅改变了备用气源的供气线路，未改变其 他模块供气线路，对其他模块气路无影响。若备用气源 辅助缓解模块发生异常，对正常运营的列车无影响，仅 在发生“弹簧制动被应用”故障时，无法启动备用气源 进行弹簧制动缓解，此类风险属于叠加故障造成的，概 率较小，属于可接受的。通过日常定期开展辅助缓解回 路功能测试及气路气密性检查来确保设备状态良好。
4 结束语
“弹簧制动被应用”故障是列车安全运营的一个隐 患，现场通过对弹簧制动缓解气路进行分析研究，找出 了列车现用气路存在的不足，并提出了备用气源辅助缓 解气路改造的设想。经过部件选型、上线测试、故障模 拟及风险评估，实践证明本次改造是成功的。可有效地 解决了“弹簧制动被应用”故障需下车底且处置耗时长 的问题，提升了该故障的处置效率，降低了该故障对运 营的影响。在后续的日常维保中，持续做好气路模块的 功能测试及气密性检查，确保设备状态良好，功能齐全， 保证了列车质量和运营安全。
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第一作者简介：王军(1989-)，男，学士，工程师，研究领域 为地铁车辆运营维护管理。
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