梁成

（南寧鐵路局南寧機務段玉林機務區(qū)，工程師，廣西 玉林 537001）

為了節(jié)能降耗，南寧鐵路局自2006年四季度起，所有大修的DF4B型機車均加裝武漢正遠公司生產的改進型ZY2000微機控制系統(tǒng)（簡稱ZY2000）。其主要功能是恒功率控制、柴油機轉速控制、自動過渡、輔發(fā)電壓調整等。裝用該系統(tǒng)后，南寧機務段有大量機車在運行途中出現(xiàn)柴油機轉速失控故障，而機車回段后大部分故障現(xiàn)象消失。這類故障判斷處理難、費時多，且不易根除。機車在運行途中出現(xiàn)此類故障，易造成列車超速，嚴重影響行車安全。因此，必須分析原因，制定對策，排除隱患。

1 原因分析

對多臺發(fā)生過柴油機轉速失控故障的機車，進行了長期的跟蹤。2008年6月24日，發(fā)現(xiàn)DF4B型3207機車存在轉速自動上升現(xiàn)象。測量I端司機控制器（簡稱司控器）7號觸頭未閉合時，正端對負端回路絕緣電阻在0.05～0.1 MΩ間波動，確認故障為司控器引起。將該司控器拿到未裝ZY2000的機車試驗，未見類似故障發(fā)生。清理司控器插座上的積塵后，其絕緣電阻上升到20 MΩ。此后，2個月內先后發(fā)現(xiàn)了9臺機車是因司控器插座臟絕緣降低，2臺機車是因轉速控制電線路及控制電路絕緣低造成轉速失控故障。故障現(xiàn)象為轉速自動上升或不能下降。故障機車轉速控制電線路對負端的絕緣電阻在0.05～0.25 MΩ間。而在同樣的使用環(huán)境，原車使用的14Q2型無級驅動器無該故障發(fā)生。通過進一步的調查研究，發(fā)現(xiàn)該故障主要有以下幾方面原因。

1.1 ZY2000對絕緣的要求過高 鐵道部《東風4B型內燃機車段修規(guī)程》3.7.1.8條規(guī)定：段修機車輔助電線路對地絕緣電阻不得低于0.25 MΩ，在絕對濕度超過16 g/m3或有緩霜條件下，絕緣電阻不得低于0.1 MΩ。在南方春夏季天氣不良的狀況下，機務段不少運用機車輔助電線路絕緣電阻低于上述要求，部分機車在運用中柴油機轉速控制電線路對負端的絕緣電阻下降到0.05～0.25 MΩ間。通過測試計算可得出，ZY2000轉速控制電路能正常工作的條件是，柴油機轉速控制電線路對負端的絕緣電阻大于0.254 MΩ。而機車原有14Q2型無級驅動器，只有當轉速控制電線路對負端的絕緣電阻下降到0.006 MΩ以下時，才會產生轉速失控故障。這說明ZY2000對轉速控制電線路的絕緣要求，不僅高于部頒段修交車限度，高于運用機車實際工況，而且也遠高于14Q2型無級驅動器的對電線路的絕緣要求。

ZY2000對絕緣的要求可通過下述計算求得。圖1是改進型ZY2000轉速控制信號取樣電路原理圖。其中，限流電阻R45、R46電阻值均為110 kΩ；穩(wěn)壓二極管WD4、WD5的穩(wěn)壓值UWD=30 V；光電耦合器OPT4、OPT5型號為P627，其正向壓降為UF；D24、D25為硅二極管，其正向壓降為UD；信號取樣電壓為110 V。因司控器7，8號觸頭信號取樣電路完全一樣，下面以7號觸頭信號取樣電路為例，求導致ZY2000轉速失控的轉速控制電線路對負端的最大絕緣電阻Rmax。Rmax相當于在轉速控制電線路對負端串聯(lián)的1個電阻。

由圖1可列出下式：單片機認為司控器7（或8）號觸頭已導通的最小光電耦合器輸入電流

控制板制成后，Imin不受機車電路參數(shù)影響，固定不變。經測試可知Imin=0.22 mA。因UF、UD值較小，可忽略不計。

由（1）式可得Rmax=（110 V-UWD）/Imin-R45=（110 V-30 V）/0.22 mA-110 kΩ≈254 kΩ=0.254 MΩ。

上述計算結果表明，當機車柴油機轉速控制7（或8）號觸頭電線路對負端的絕緣電阻≤0.254 MΩ時，不管司控器7（或8）號觸頭是否閉合導通，ZY2000單片機均認為其已導通，從而發(fā)出相應的轉速控制指令，因此導致轉速失控故障產生。

1.2 司控器易積灰塵而降低絕緣 由于部分司控器手柄簧片加油脂較多，導致油脂通過手柄定位輪帶到插座上，致使插座觸片被油污染，灰塵雜質便易粘附其上。如又在潮濕空氣中，插座觸片氧化產生的銅氧化物混合粘附在插座觸片間，更降低了插座觸片間的絕緣。連接7號觸頭正端的插座觸片與負端插座觸片剛好相鄰，插座觸片間距不大于2 mm，且插座接線端朝上，易積聚灰塵。當環(huán)境濕度增大時，灰塵所含水分增加。這些因素均導致了司控器觸頭尤其是7號觸頭對負端產生絕緣降低的現(xiàn)象。但現(xiàn)場測試數(shù)據顯示，該情況大多數(shù)不會導致其完全短路。一般絕緣電阻最低只降到0.05～0.1MΩ間，而且隨著天氣好轉，環(huán)境濕度下降，絕緣會自然回升，當其絕緣值回升到0.254 MΩ以上時，ZY2000就無產生上述故障的條件。這就是機車該故障在雨后增多，回段后大多消失的原因。

1.3 部分機車電線路絕緣值低 抽檢玉林機務區(qū)2008年上半年小修交驗的44臺機車絕緣統(tǒng)計數(shù)據顯示：輔助電線路對地絕緣電阻在0.25～0.5 MΩ間的占54.5%，其中絕緣電阻在0.25～0.3 MΩ間的占27.3%。這些數(shù)據接近段修正常交車的最低標準0.25 MΩ，同時表明機務段部分機車在春夏季輔助電路對地絕緣電阻僅能滿足部頒最低要求。機車運用時遇雨天進水或緩霜條件下，絕緣電阻還會進一步下降。若柴油機轉速控制電線路對地絕緣電阻也下降，則會通過車體經控制、照明電路到負端形成回路，導致柴油機轉速控制電線路對負端絕緣電阻降低。

2 解決措施

要解決上述問題，必須從提高ZY2000抗干擾能力和改善ZY2000工作環(huán)境2方面尋找辦法。

2.1 降低信號取樣電壓 要解決ZY2000對機車轉速控制電線路絕緣要求過高的問題，必須對ZY2000信號取樣電路進行改進，降低信號取樣電壓。根據機車絕緣狀況的實測數(shù)據，只有將轉速控制電線路對負端的絕緣要求降到0.05 MΩ以下，才能徹底消除環(huán)境干擾，滿足機車的正常運用要求。

具體可采取如圖2所示方案：將信號取樣電壓由110 V降為5 V。光電耦合器輸入工作電流仍然采用原設計值，其原設計值IF=（110 V-UWD）/R45，由此求得IF≈0.73 mA。

現(xiàn)以對7號觸頭電路的改進為例（8號觸頭電路改進與此相同），說明實施上述方案的步驟：

1）將WD4更換為限流電阻R451。將控制板上的WD4更換為限流電阻R451。R451的阻值可通過下式計算求得：R451=（5 V-UF-UD）／IF。因信號取樣電壓較低，故不能忽略UD及UF。因為此處電流較小，所以UD≈0.6 V。查光電耦合器P627特性參數(shù)可知，當IF=0.73 mA時UF≈1.0 V。因此R451=（5-1.0-0.6）V／0.73 mA≈4.7 kΩ。根據其功耗，R451可選用1／4W，4.7 kΩ電阻。

2）改變R45電阻值。新選用的電阻R45=（77-5）V／1mA=72 kΩ。式中的77 V是ZY2000最低工作電壓，1mA為77 V時流經R45的電流。因光電耦合器輸入電流IF=0.73 mA，設計的流經電阻R45的電流必須大于IF，5 V信號采樣電壓才能穩(wěn)定，所以取77 V時流經R45的電流為1 mA。根據其功耗和現(xiàn)貨型號，R45可選用1/2 W，75 kΩ電阻。

3）增加1個穩(wěn)壓二極管。在R45與R451之間對負端增加1個5 V的穩(wěn)壓二極管WD1。其接法如圖2所示，型號可選用1N4733。

因沒有對光電耦合器后級電路進行改動，Imin值沒有變化，所以經上述改進后，Rmax=（5 V-UF-UD）／Imin-R451=（5-1.0-0.6）V/0.22 mA-4.7 kΩ≈10.8 kΩ=0.010 8 MΩ。因Rmax<0.05 MΩ，因此可滿足機車的實際工況要求。

該方案不改變光電耦合器的輸入工作電流，既保證了后級電路工作穩(wěn)定，又可顯著降低ZY2000對柴油機轉速控制電線路的絕緣要求，提高了電路工作的抗干擾能力，因此是較理想的方案。

2.2 改進司控器檢修工藝 為了避免司控器絕緣電阻下降，在機車小輔修時，要對司控器插座進行清掃；在配件檢修時，司控器主手柄彈簧、簧片、傳動齒輪不能加油太多，以避免油脂污染插座；檢修交驗要檢查觸頭在斷開時正觸頭對負端的絕緣值，以及時發(fā)現(xiàn)處理絕緣不良處所。

2.3 修改小輔修范圍 原小修范圍沒有對柴油機轉速控制電線路進行絕緣檢查的內容，因而不能及時排除隱患。為此，應在機車小輔范圍增加柴油機轉速控制電線路對負端以及對地的絕緣檢查內容。檢查絕緣的具體做法是，司控器手柄在“0”位時，檢查X7/15和X7/16接線柱之間，及其對X7/20接線柱和對地的絕緣值，及時處理不良處所。

3 結束語

由于裝用ZY2000的機車轉速失控故障率較高，南寧機務段首先實施了2.2和2.3所述措施，故障率有所下降，但無法根除。2009年3月，機務段開始按2.1方案對ZY2000控制板進行改造，到8月底，段承修機車已全部改造完畢。改造過的機車未再發(fā)生轉速失控故障，取得了預期效果。希望ZY2000生產廠家能對產品進行改進，以徹底消除故障根源。