施建忠

（中國鐵路上海局集團有限公司上海大型養(yǎng)路機械運用檢修段，上海200439）

1 概述

網(wǎng)絡(luò)版WD-320 型動力穩(wěn)定車（簡稱“穩(wěn)定車”）集機械、液壓、電氣、氣動、計算機自動控制于一體的自行式大型養(yǎng)路機械，通過其作業(yè)使道砟流動重新排列，互相填充達到密實，實現(xiàn)軌道在振動狀態(tài)下有控制的均勻下沉，迅速提高作業(yè)線路的橫向阻力和道床的整體穩(wěn)定性，有效降低線路維修作業(yè)后列車限速運行的限定條件[1]。

我國1984 年首次引進奧地利PLASSER 公司生產(chǎn)的DGS-62 型動力穩(wěn)定車，1996 年國產(chǎn)化的WD-320 動力穩(wěn)定車通過工業(yè)性考核開始組織生產(chǎn)，并替代進口車。但在多年實際的生產(chǎn)和運用實踐中，傳統(tǒng)的WD-320 軌道動力穩(wěn)定車電氣系統(tǒng)暴露出了一些問題，如系統(tǒng)調(diào)試維護麻煩、抗干擾能力差以及現(xiàn)場使用時常反映系統(tǒng)上位機下位機通信不好、系統(tǒng)死機等。因此，搭建一套新的可靠高效系統(tǒng)，是動力穩(wěn)定車電氣系統(tǒng)開發(fā)所面臨的緊迫要求[2]。

隨著鐵路局集團公司對控制網(wǎng)絡(luò)的開放性、性價比等要求的提高及基于網(wǎng)絡(luò)的遠程診斷與維護等新需求的提出，各種通信網(wǎng)絡(luò)類型在車載控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。就目前大型養(yǎng)路機械車載通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況而言，相應(yīng)存在不同類型網(wǎng)絡(luò)的實用產(chǎn)品：如IEC TCN、ARCNET、Lonworks 和CAN 等。由于CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性等優(yōu)點，在工程機械行業(yè)的發(fā)展方興未艾。大型養(yǎng)路機械網(wǎng)絡(luò)控制平臺采用了CAN總線做為其車載控制網(wǎng)絡(luò)，隨著我國鐵路尤其是高速鐵路的快速發(fā)展，對鐵路的養(yǎng)護越來越重要，網(wǎng)絡(luò)版動力穩(wěn)定車的運用也越來越多，伴隨產(chǎn)生了較多新的運用故障，構(gòu)成安全風(fēng)險[3]。

2 典型故障

2021 年2 月，某鐵路局集團有限公司穩(wěn)定車在運行途中突發(fā)故障，輔助驅(qū)動意外掛擋導(dǎo)致二軸輪對擦傷，存在重大行車安全隱患。穩(wěn)定車機組出車前檢查發(fā)現(xiàn)司機室兩端B5、B11 面板各鎖定指示燈顯異常、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)紊亂，決定在運行途中不作動力。當(dāng)日區(qū)間內(nèi)運行時，司機突然聽到異響，立即要求停車。設(shè)置防護后，檢查發(fā)現(xiàn)輔助驅(qū)動一、二軸均處在掛擋位，判定異響為驅(qū)動馬達反轉(zhuǎn)所致，反復(fù)切換作業(yè)電開關(guān)后，一軸成功脫擋，但二軸始終無法脫擋，嘗試借助外力脫擋未果后，對二軸液壓驅(qū)動馬達進行拆卸，馬達脫開后，二軸得以脫擋。整組大機以5km/h速度試?yán)?，仍然聽到異響，再次停車檢查，發(fā)現(xiàn)輔驅(qū)二軸車輪緣踏面嚴(yán)重擦傷，遂以限速10km/h 向前方登記站運行。到達后，機組人員將二軸齒輪油放出，未發(fā)現(xiàn)碎齒等異物，隨后用砂輪機將輪對擦傷處進行了打磨處理，使用鋼絲繩對輔驅(qū)氣缸進行捆扎。

3 原因分析

通過現(xiàn)場調(diào)查，初步判斷主要存在兩方面的問題。

一是輔驅(qū)脫掛擋異常。檢查發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定車輔驅(qū)二軸氣缸掛擋端風(fēng)管在無作業(yè)電時大量排風(fēng)，與機組前期反映情況相符，輔驅(qū)脫掛擋原理如下：

（1）作業(yè)驅(qū)動軸脫掛控制

穩(wěn)定車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作業(yè)驅(qū)動軸包括輔驅(qū)1(前轉(zhuǎn)向架作業(yè)驅(qū)動一號軸)、輔驅(qū)2(前轉(zhuǎn)向架作業(yè)驅(qū)動二號軸)與主驅(qū)(后轉(zhuǎn)向架作業(yè)驅(qū)動軸)。作業(yè)驅(qū)動軸掛擋閥控制原理見圖1 所示，前轉(zhuǎn)向架輔助驅(qū)動1、2 軸掛擋閥由作業(yè)電(2 號線)直接控制，當(dāng)作業(yè)電打開，2 號線得電，直接驅(qū)動輔驅(qū)1、2 軸掛擋，無其它控制邏輯；后轉(zhuǎn)向架驅(qū)動軸由J18.1 控制，控制邏輯為J18.1=1，作業(yè)電打開后，J18.1 直接輸出DC24V 驅(qū)動后轉(zhuǎn)向架驅(qū)動軸掛擋，無其它控制邏輯；當(dāng)關(guān)斷作業(yè)電源開關(guān)，2 號線與J18 模塊現(xiàn)場電源失電，作業(yè)驅(qū)動軸電磁閥失電，實現(xiàn)脫擋控制。

圖1 作業(yè)驅(qū)動閥控制原理

（2）作業(yè)驅(qū)動軸脫掛狀態(tài)監(jiān)視

穩(wěn)定車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作業(yè)驅(qū)動軸脫掛狀態(tài)監(jiān)測原理見圖2所示，作業(yè)驅(qū)動軸脫掛狀態(tài)由J9.3～J9.8 采集，通過CAN 總線發(fā)送至顯示器進行狀態(tài)顯示(綠燈：脫擋；紅燈：掛擋；灰燈：錯誤狀態(tài))，用于行車及作業(yè)人員實時監(jiān)視作業(yè)軸狀態(tài)。

（3）作業(yè)驅(qū)動軸——高速走行安全聯(lián)鎖

如圖2 作業(yè)驅(qū)動軸監(jiān)視原理所示，任一驅(qū)動軸處于掛擋狀態(tài)(G42G7G5 任一信號為低)，G4 信號為低電平；由圖3 高速走行安全聯(lián)鎖原理可知，當(dāng)G4 為低時，延時4 秒輸出低電平信號G26，切斷高速走行控制回路，封鎖牽引，即任一作業(yè)驅(qū)動軸處于掛擋狀態(tài)不允許進行高速走行。

圖2 作業(yè)驅(qū)動軸脫掛狀態(tài)監(jiān)測原理

圖3 高速走行安全聯(lián)鎖

綜上所述，可知輔驅(qū)脫掛擋僅與作業(yè)電QL36(見圖1）、氣動換向閥5（見圖4）以及執(zhí)行機構(gòu)氣缸、導(dǎo)向桿、掛擋桿等（見圖5）相關(guān)聯(lián)，與網(wǎng)絡(luò)程序、應(yīng)急系統(tǒng)均無關(guān)。

圖4 輔助脫掛擋氣動原理圖

進一步檢查發(fā)現(xiàn)：作業(yè)電得失電情況正常，線路緊固良好，且運行途中QL36 不可能常產(chǎn)生；二軸執(zhí)行機構(gòu)氣缸活塞桿、導(dǎo)向桿、掛擋桿表面臟污，滑移塊內(nèi)孔堵塞且無間隙（上、下部軸向間隙應(yīng)為0.1-0.2mm），故其脫掛動作不流暢，一軸則較好；氣動換向閥內(nèi)部彈簧卡滯，手動通閥時復(fù)位緩慢，判斷換向閥作用不良為故障產(chǎn)生的直接原因。更換氣動換向閥后，輔驅(qū)一、二軸試動作正常，但二軸脫掛接近開關(guān)無作用，拆檢發(fā)現(xiàn)開關(guān)內(nèi)部底座脫焊（見圖6），更換開關(guān)后恢復(fù)。

圖5 輔驅(qū)軸脫掛執(zhí)行機構(gòu)

圖6 接近開關(guān)

二是網(wǎng)絡(luò)通訊故障。檢查發(fā)現(xiàn)司機室兩端B5、B11 面板各鎖定指示燈顯異常（見圖7、8）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)紊亂，共十一個模塊無法正常下載程序（見圖9）。

圖7 B11 箱DM 顯示

圖8 B5 箱DM 顯示

圖9 模塊故障診斷主界面

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本原理如下：穩(wěn)定車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)包括控制箱、接線箱、配電箱和系統(tǒng)模塊。模塊與模塊之間通過CAN 總線連接構(gòu)成整車網(wǎng)絡(luò)：DO 模塊主要控制閥線圈、繼電器、燈等的開通或關(guān)斷，并將數(shù)字量發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)上以供其它模塊使用；DI 模塊主要用于采集限位開關(guān)、壓力開關(guān)、接近開關(guān)、行程開關(guān)等輸出的數(shù)字量信號，并將采集到的信號處理后通過CAN 總線發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上以供其它模塊使用；AI 模塊主要用于采集線性傳感器，儀表和電子擺等的模擬量反饋信號。

圖10 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本原理框架圖

環(huán)車檢查整車模塊，檢查模塊狀態(tài)指示燈，實測通路電阻均為120Ω，利用終端電阻分段下載，最終判定J20、P15 模塊故障：拆卸時發(fā)現(xiàn)J20 模塊CAN 通訊接頭、插座內(nèi)部有水跡，J20 模塊位于穩(wěn)定裝置正上方橫梁內(nèi)側(cè)，位置隱蔽，受振動影響較大，通訊接頭松動后，雨水流入，致使模塊損壞，更換模塊處理；P15 模塊通訊接頭松動，重新緊固并載入程序后恢復(fù)。

4 深度分析存在的問題

通過對此次穩(wěn)定車運行途中輔驅(qū)掛擋故障進行深入調(diào)查，反映出專業(yè)管理、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)執(zhí)行、設(shè)備故障信息溝通協(xié)調(diào)等方面存在較多問題。

4.1 直接原因

機組個別人員人為誤操作，錯將作業(yè)電開關(guān)打開，導(dǎo)致輔助軸自動掛擋，造成輪對擦傷，這是本次故障的直接原因。

4.2 重要原因

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊故障懸而未決，車載鎖閉信號監(jiān)控系統(tǒng)完全失效，司機室兩端B5、B11 面板各裝置鎖定指示燈顯異常，機組人員無法有效識別輔驅(qū)的閉合、脫開信號，這是本次故障的重要原因。

4.2.1 機組早期即發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊故障，B5、B11 面板各裝置鎖定指示燈顯異常。機組將故障情況匯報設(shè)備主任、技術(shù)員，并在其遠程指導(dǎo)下嘗試修復(fù)，未果。

4.2.2 機組人員對各部件鎖定、捆扎情況進行檢查，并用攝像手電進行拍攝，共計拍攝照片19 張。因網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊故障，其中所攝照片“B5 箱界面驅(qū)動（主驅(qū)、輔驅(qū)1/2 軸）掛擋指示燈顯示錯誤”。當(dāng)晚穩(wěn)定車運行途中，機組人員誤將作業(yè)電開關(guān)打開，輔助一、二軸得電掛擋，然而司機室兩端B5 和B11 面板主驅(qū)、輔1、輔2 顯示錯誤，失去指示意義，機組人員無法第一時間發(fā)現(xiàn)異常。

圖11 B5 箱界面驅(qū)動（主驅(qū)、輔驅(qū)1/2 軸）掛擋指示燈顯示錯誤

4.3 次要原因

4.3.1 現(xiàn)場技術(shù)力量有限，主要精力投放于高鐵新線高精度搗固、搗穩(wěn)車與搗固車等主力車型設(shè)備的管用修上，對于穩(wěn)定車、配碴車等車型關(guān)注較少，尤其是對網(wǎng)絡(luò)車不熟悉、缺乏經(jīng)驗，這是本次故障的次要原因。

4.3.2 機組檢修保養(yǎng)不當(dāng)，未定期緊固模塊接頭，致使問題擴大化，這同樣是本次故障的次要原因之一。

5 對策措施

5.1 網(wǎng)絡(luò)版WD-320 車作業(yè)電開關(guān)處安裝磁性防護罩。

5.2 梳理網(wǎng)絡(luò)版大機常用備件，機組應(yīng)常備CAN 網(wǎng)絡(luò)通訊線、網(wǎng)關(guān)模塊、DI、DO、AI、終端電阻、網(wǎng)絡(luò)接頭專用扭矩扳手等，便于第一時間判斷、解決問題。

5.3 聯(lián)合主機生產(chǎn)企業(yè)。一是修訂網(wǎng)絡(luò)版大機日常檢修保養(yǎng)辦法，指導(dǎo)機組科學(xué)、有針對性地保養(yǎng)作業(yè)；二是摸索CAN 線纜等部件的壽命管理，在年修環(huán)節(jié)將修理質(zhì)量提高，防患于未然；三是立即組織專業(yè)工程師開展巡檢，選派技術(shù)人員參加，對在用網(wǎng)絡(luò)車設(shè)備情況進行一次摸底排查。

5.4 技術(shù)創(chuàng)新保安全。梳理網(wǎng)絡(luò)版08-32、09-32、WD-320、DWL-48 車作業(yè)軸正常與應(yīng)急脫掛原理，排查風(fēng)險點，視需要對部分車型加裝作業(yè)軸空擋機械鎖定機構(gòu)。

6 結(jié)論

通過對網(wǎng)絡(luò)版WD-320 型動力穩(wěn)定車經(jīng)典故障案例的分析可以得出：

6.1 主機生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)扎實推進質(zhì)量問題整改，牢牢樹立安全質(zhì)量意識，充分考慮運用環(huán)境，從設(shè)計制造源頭提高大型養(yǎng)路機械的可靠性和設(shè)備安全保障水平。

6.2 運用單位應(yīng)積極探索網(wǎng)絡(luò)車檢修與運用經(jīng)驗，進一步細化完善檢修工藝及作業(yè)指導(dǎo)書，堅持標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，加強作業(yè)過程安全卡控，強化設(shè)備狀態(tài)檢查確認(rèn)和運行值守，不斷提升大型養(yǎng)路機械的設(shè)備安全管控水平。