董興虎

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510310）

1 概述

廣州地鐵A2/A3型列車在運營5年后其制動系統(tǒng)模擬轉(zhuǎn)換閥故障逐步增多，且在冬季較多發(fā)生，對運營生產(chǎn)造成很大影響。

本文基于模擬轉(zhuǎn)換閥機械結(jié)構、軟件控制等方面分析，找出其故障原因，提出其維護優(yōu)化解決措施，以提高其可靠性及使用壽命。

2 模擬轉(zhuǎn)換閥概述

EBCU接收制動指令信號后根據(jù)載荷和沖擊限制和混合制動需求，調(diào)節(jié)并傳至電氣控制單元(BCU)，BCU上的模擬轉(zhuǎn)換閥將電壓轉(zhuǎn)化為一個成比例的預控制壓力Cv，其輸入信號與載荷成比例且有峰值限制，二者均應符合整個制動所需要的摩擦制動力的要求[1]。

2.1 模擬轉(zhuǎn)換閥結(jié)構

如圖1所示為模擬轉(zhuǎn)換閥內(nèi)部氣路，用來升壓Cv的充氣電磁閥與輔助風缸R相連，當電磁閥由電控器驅(qū)動時，氣流流入R的預控管線，增加Cv的壓力水平；用來降壓Cv的排氣電磁閥與耗氣孔O相通，當電磁閥被驅(qū)動時，空氣從預控管線排放到大氣中，降低Cv的壓力水平。其工作狀態(tài)為：

圖1 模擬轉(zhuǎn)換閥解剖圖

制動位：進氣閥得電，排氣閥失電，壓縮空氣從制動貯風缸R進入，輸出預控制壓力Cv1至緊急電磁閥；

緩解位：進氣閥失電，排氣閥得電，R通路被切斷，預控制壓力Cv通過排氣閥直到大氣O。

如圖1所示，當進氣閥或排氣閥不得電時，其管路氣體的切斷是依靠壓縮彈簧的彈力推動雙閥座來實現(xiàn)的。

2.2 模擬轉(zhuǎn)換閥控制原理

EBCU根據(jù)輸入信號（包括常制，快制，緊制）計算列車所需要的制動力值，并將信號送給模擬轉(zhuǎn)化閥，模擬轉(zhuǎn)化閥將所要求的制動力值轉(zhuǎn)化為沖擊極限及載荷控制的預控壓力，控制模擬轉(zhuǎn)化閥進氣閥的螺線管調(diào)節(jié)預控壓力大小，預控壓力的大小又通過模擬轉(zhuǎn)化閥的壓力傳感器反饋給EBCU，EBCU根據(jù)壓力傳感器信號選擇性地控制充氣或排氣電磁閥信號，使指令與預控壓力之間保持有恒定的關系，如圖2。

圖2 模擬轉(zhuǎn)換閥控制原理圖

壓力傳感器時刻監(jiān)測著預控壓力的大小，如果壓力大于設定壓力EBCU則調(diào)節(jié)排氣電磁閥，壓力過小調(diào)節(jié)充氣電磁閥。因此EBCU與模擬轉(zhuǎn)換閥之間存在斷路檢測。

3 故障分析

3.1 故障現(xiàn)象及隱患評估

列車閘瓦在緩解時，制動缸內(nèi)氣體排出，依靠推桿彈簧力的作用離開踏面。在日常檢修TRB試驗時，閘瓦仍然貼合踏面，說明在制動缸內(nèi)存在氣體抵制了制動缸內(nèi)彈簧力。進而，列車在緊急制動情況下，模擬轉(zhuǎn)換閥排氣口處排出的氣體發(fā)出“嗤-嗤-嗤-嗤”連續(xù)的短促排氣聲。

在上述故障現(xiàn)象出現(xiàn)的時刻，排氣閥得電，進氣閥失電，R通路被切斷。但通過監(jiān)測EBCU數(shù)據(jù)顯示R內(nèi)存在0.3 bar左右壓力，該壓力為氣體通過進氣閥竄入Cv一側(cè)產(chǎn)生的，進而抵制了制動缸內(nèi)彈簧力而出現(xiàn)閘瓦不能緩解的現(xiàn)象。若該故障對列車制動性能造成很大影響，還增大輪對及閘瓦不良磨耗，嚴重的甚至造成輪對抱死等運營安全隱患。

3.2 故障統(tǒng)計及可靠性分析

統(tǒng)計2008年至今運用于廣州地鐵八號線的20列A2/A3型車模擬轉(zhuǎn)換閥故障可知：隨著運營年限增加，故障率明顯增加，且冬季故障率尤為突出。

表1 模擬轉(zhuǎn)換閥故障統(tǒng)計

根據(jù)可靠度R(t)定義，到規(guī)定的時間區(qū)間終了為止，能完成規(guī)定功能的產(chǎn)品數(shù)NS(t)與在該時間區(qū)間開始時投入工作的產(chǎn)品數(shù)NT之比[2-3]。表示為：

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

產(chǎn)品失效和不失效是互逆事件，因此

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

計算模擬轉(zhuǎn)換閥可靠性如表2所示。

表2 模擬轉(zhuǎn)換閥可靠性

用傳統(tǒng)單一的浴盆曲線已不能代表現(xiàn)代軌道交通列車故障率曲線。如圖3所示為6種故障率曲線型式。統(tǒng)計表明，機車車輛產(chǎn)品中符合A、B、C型故障率曲線的約占5%～10%，而符合D、E、F型故障率曲線的約占90%～95%。

圖3 六種故障率曲線

模擬轉(zhuǎn)換閥故障率符合有耗損期型故障率曲線，其故障率曲線如圖4所示。

圖4 模擬轉(zhuǎn)換閥故障率

3.3 模擬轉(zhuǎn)換閥雙閥座及壓縮彈簧

通過對故障的模擬轉(zhuǎn)換閥拆解后發(fā)現(xiàn)，其充氣電磁閥和排氣電磁閥的雙閥座硫化橡膠部分存在明顯的凹痕和變形，正是由此才導致雙閥座在彈簧力作用下仍不能完全截斷氣體（如圖5所示，左邊為舊件右邊為新件）。

根據(jù)機械零部件失效率模型及部件拆解狀況，可將該兩個電磁閥簡化為閥門單體來進行研究，考慮其密封、雙閥座、彈簧等方面故障模式及原因。

（1）密封：潤滑及組件性能長期動作配合，出現(xiàn)潤滑不足、組件表面損傷。冬季受低溫影響其動力學不穩(wěn)定性增大致使故障率突出。

（2）雙閥座：硫化橡膠部分有約0.3 mm的凹痕和表面膨脹變形，且由于潤滑不足雙閥座與其安裝孔接觸的金屬部分也有輕微磨損。

（3）壓縮彈簧：由于長期受力出現(xiàn)輕微塑性變形，疲勞導致其彈性有所下降。

3.4 制動軟件對模擬轉(zhuǎn)換閥性能影響

通過分析實驗表明，該列車制動軟件版本的選擇對模擬轉(zhuǎn)換閥漏氣現(xiàn)象也有一定影響。不同版本制動軟件，在緊急制動施加過程中，EBCU內(nèi)MB04板每隔1ms對排氣閥發(fā)出DC24V脈沖信號，當其構成回路時無診斷故障出現(xiàn)，否則出現(xiàn)“模擬轉(zhuǎn)換閥故障”的信息。

通過V0.75和V0.77兩個版本制動軟件的對比，用示波器監(jiān)測排氣電磁閥之間電壓，得到其排氣閥波形圖（如圖6所示），發(fā)現(xiàn)V0.75的脈寬為120μs，V0.77則為220μs。相較而言，0.77版本比0.75版本對排氣閥造成的影響稍大。

現(xiàn)場實驗將同一故障件在上述兩個版本下對比，發(fā)現(xiàn)在V0.77版本下比在V0.75下漏氣現(xiàn)象較明顯，甚至有在V0.77下漏氣，V0.75下正常的現(xiàn)象。說明在緊急制動施加時，EBCU斷路檢測間隙時間使得模擬轉(zhuǎn)換閥動作出現(xiàn)輕微差異，進而影響到閥體排氣。

4 改進優(yōu)化措施

基于以上分析，采取以下措施加強模擬轉(zhuǎn)換閥的維護優(yōu)化解決措施。

故障檢修時對于出現(xiàn)故障的模擬轉(zhuǎn)換閥可根據(jù)其實際情況，參考以下標準更換雙閥座及其壓縮彈簧進行故障件修復：

（1）觀察雙閥座的硫化橡膠部分有無損壞，如果其表面有凹痕或膨脹變形超過0.2～0.3 mm，其金屬部分磨損嚴重的均需更換；

圖6 制動軟件V0.75排氣閥波形圖

（2）觀察壓縮彈簧的長度及彈性，如果其塑性變形與新件相較超過0.5 mm需更換；

（3）必須將換下的模擬轉(zhuǎn)換閥的R和Cv通道封閉，以免雜質(zhì)落入其中影響元件質(zhì)量；

（4）如果更換模擬轉(zhuǎn)換閥返修件，在安裝前需表面清潔，如有必要可用肥皂水清潔后再用清水清洗，特別是通風閥門等部位需用吹風機吹干；

（5）在安裝時，需對“O”型圈、安裝面及空氣制動屏對應部位涂適量潤滑脂進行潤滑。

調(diào)整檢修維護策略，針對系統(tǒng)故障特點，采取提前預防措施，避免故障隱患對列車性能的影響。同時，繼續(xù)開展模擬轉(zhuǎn)換閥故障件的自主維修工作，滿足生產(chǎn)需要，降低維護成本。

更新適于列車運用的最優(yōu)制動版本，在降低模擬轉(zhuǎn)換閥故障率的同時，也最大程度減少列車閘瓦、輪對磨耗。

事實上，在采取上述措施后，模擬轉(zhuǎn)換閥故障率得到有效控制，可靠性能得到明顯提高。

5 結(jié)束語

通過對模擬轉(zhuǎn)換閥檢修維護改進及制動版本軟件優(yōu)化，提高了其可靠性，延長了模擬轉(zhuǎn)換閥的使用壽命，使該部件故障率有效降低。同時，通過該部件自主修復，既有效保證了備件數(shù)量，還有效降低了運營成本。

［1］長春長客-龐巴迪軌道車輛有限公司.廣州地鐵A2、A3型電客車維修手冊［Z］.2006.

［2］牟致忠.機械可靠性—理論·方法·應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［3］趙宇，楊軍，馬小兵.可靠性數(shù)據(jù)分析教程［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2009.