魏 鑫 林東起

(青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司 山東 青島 266000)

地鐵車輛用WEX型列車自動(dòng)清洗機(jī)，端刷刷組的故障時(shí)有發(fā)生，影響洗車安全。其中常見的故障有：洗車時(shí)端刷無動(dòng)作、端刷擺出過位、端刷不回位、端刷回位過慢等。

地鐵車輛前端洗洗車期間，左側(cè)端刷活動(dòng)擋塊動(dòng)作異常，升起到位后又落下，導(dǎo)致端刷刷組未擺出到工作位就停止，并直接擺動(dòng)到180°的位置，發(fā)生端刷擺出過位故障，通過此故障，發(fā)現(xiàn)列車自動(dòng)清洗機(jī)的緊急停止及安全保護(hù)系統(tǒng)也存在缺陷，未能保證在緊急停止?fàn)顟B(tài)沒有解除時(shí)，從自動(dòng)狀態(tài)切換至手動(dòng)狀態(tài)時(shí)端刷電磁閥保持不動(dòng)，安全保護(hù)功能需要進(jìn)一步完善。該故障反應(yīng)了端刷刷組無論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還是PLC(可編程邏輯控制器)程序控制上，都存在一定的安全隱患。需要對端刷故障進(jìn)行深入研究，提出改進(jìn)措施。

1 列車自動(dòng)清洗機(jī)端刷

1.1 端刷機(jī)械結(jié)構(gòu)

列車自動(dòng)清洗機(jī)的端刷主要用于電客車前后端部的清洗。WEX型列車自動(dòng)清洗機(jī)的端刷系統(tǒng)如圖1所示，由行走小車、端刷、轉(zhuǎn)動(dòng)架、鏈輪、減速電機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)、接近開關(guān)等組成。

圖1 端刷系統(tǒng)實(shí)物圖

行走小車為沿縱向可移動(dòng)的兩輪單軌小車，通過4個(gè)方鋼管固定架與上部的天軌相連，由一變頻減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。端刷安裝在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)180°的轉(zhuǎn)動(dòng)架上，由氣動(dòng)馬達(dá)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。端刷后端連接減速電機(jī)，驅(qū)動(dòng)刷軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)架上部有一減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪，可使端刷沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)，上下限位處均裝有反饋端刷位置的接近開關(guān)。前端洗限位擋塊和后端洗限位擋塊由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，用于限制端刷擺動(dòng)的角度。

1.2 端刷氣路原理

列車自動(dòng)清洗機(jī)通過氣動(dòng)馬達(dá)控制端刷的擺出和收回，氣動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向由換向電磁閥控制，工作氣壓由儲氣罐及氣動(dòng)三聯(lián)件控制，控制示意圖如圖2所示。每個(gè)氣動(dòng)馬達(dá)都有一對進(jìn)出氣調(diào)節(jié)閥，并配有定位螺母。

1.3 端刷電氣控制

WEX型列車自動(dòng)清洗機(jī)一般在自動(dòng)模式下工作。列車以一定的速度通過洗車區(qū)段，系統(tǒng)檢測到各種光電信號、接近開關(guān)信號等，傳給PLC，PLC控制相應(yīng)執(zhí)行器完成相應(yīng)動(dòng)作。

2 端刷擺出過位故障及其改進(jìn)措施

2.1 端刷擺出過位故障

按照程序設(shè)定，當(dāng)列車自動(dòng)清洗機(jī)進(jìn)行前端洗時(shí)，前端洗限位擋塊首先升起，接近開關(guān)感應(yīng)到信號后傳至PLC程序，端刷再在氣動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下擺至90°的位置，然后行走小車移動(dòng)，利用仿形技術(shù)對電客車前端面進(jìn)行洗刷。洗刷完畢后，端刷回?cái)[至零位，限位擋塊落下，前端洗洗車結(jié)束。

但在洗車過程中，偶有端刷活動(dòng)擋塊動(dòng)作異常，端刷擺出時(shí)，升起到位的活動(dòng)擋塊突然落下，導(dǎo)致端刷未擺動(dòng)到90°停止，而是過擺至180°，超出了限位。洗車人員按下緊急停止按鈕后，刷組停止動(dòng)作，此時(shí)根據(jù)信號樓要求給司機(jī)綠燈信號，轉(zhuǎn)換模式為手動(dòng)，刷組并未靜止，而是根據(jù)設(shè)定程序復(fù)位，從180°回?cái)[至0°，從而發(fā)生端刷擺出過位故障。

2.2 改進(jìn)措施

通過分析，端刷擺出過位故障的直接原因是前端洗限位擋塊馬達(dá)的一個(gè)調(diào)節(jié)閥脫落，導(dǎo)致氣動(dòng)馬達(dá)失壓，擋塊回落。因此在日常檢修中，要時(shí)刻注意檢查調(diào)節(jié)閥和定位螺母，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)及時(shí)處理。

由于設(shè)備使用頻繁，調(diào)節(jié)閥難免會(huì)因氣壓波動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)而松動(dòng)、脫落，加之氣動(dòng)控制存在不穩(wěn)定性，為進(jìn)一步解決問題，提出了幾種改進(jìn)措施。

2.2.1增加限位擋塊

原前后端洗限位擋塊均為活動(dòng)擋塊，在氣動(dòng)馬達(dá)的作用下升起或下落，容易受到氣壓不穩(wěn)的影響，為此通過將前端洗限位擋塊改為垂直的固定擋塊，后端洗限位擋塊改為水平固定擋塊，垂直固定擋塊可將端刷擺動(dòng)限制在90°，水平固定擋塊不再起作用，也不會(huì)干擾端刷的擺動(dòng)。

增加活動(dòng)擋塊的限位裝置，使用M16螺栓固定，扭力為100 N。具體改動(dòng)如圖3所示。增加限位擋塊后使得翻轉(zhuǎn)擋塊一直處于伸出狀態(tài)，變?yōu)楣潭〒鯄K，不再落下，端刷擺出后到達(dá)此位停止，正好是90°，即工作位置，完成洗刷作業(yè)，同時(shí)增加另一塊限位擋塊使得翻轉(zhuǎn)擋塊收入原始位置不會(huì)伸出，即不會(huì)與端刷擺出發(fā)生碰擦。

圖3 增加限位擋塊示意圖

這樣改動(dòng)的工藝簡單，靈活性高，若復(fù)原成活動(dòng)擋塊也具備可操作性。此方案中，機(jī)械結(jié)構(gòu)改變使得端洗流程得到簡化，端刷擺動(dòng)的范圍由0～180°改為0～90°，垂直固定擋塊在前后端洗中都起到限位90°的作用，原后端洗限位擋塊不再起作用，這樣雖不會(huì)發(fā)生端刷擺出過位的故障，但是后端洗洗車存在一定的安全隱患，若換向電磁閥突然失電，端刷會(huì)由90°回?cái)[至0°，容易打到電客車車體。為了解決此問題，將端刷二位五通閥改為三位五通閥，中間位為泄壓模式，這樣能保證端刷在后端洗作業(yè)時(shí)，即使出現(xiàn)電磁閥斷電故障，端刷組能夠保持在中間位置，不能立即擺回，也就不會(huì)打到車體。同時(shí)將現(xiàn)有的端刷控制接線箱結(jié)構(gòu)改成不銹鋼結(jié)構(gòu)，防止生銹和潮氣影響電磁閥和開關(guān)的狀態(tài)受到干擾。

2.2.2PLC程序改進(jìn)

增加限位擋塊解決了端刷擺出過位故障，提高了前端洗洗車的安全性，簡化了后端洗洗車流程，基本排除了端刷系統(tǒng)的安全隱患。但是該措施仍存在不足之處，比如降低了后端洗洗車的安全性，若是司機(jī)發(fā)生溜車事故，有可能會(huì)撞到端刷，而未加限位塊的后端洗洗車作業(yè)就可避免此問題。由此提出PLC程序改進(jìn)措施，在不改變端刷系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下，通過優(yōu)化程序解決端刷擺出過位故障。

每個(gè)限位擋塊都配有2個(gè)接近開關(guān)，一個(gè)能感應(yīng)到限位擋塊垂直90°的位置，一個(gè)能感應(yīng)到水平0°的位置。端刷擺出過位故障中，前端洗限位擋塊最初正常升起，接近開關(guān)感應(yīng)到限位擋塊已垂直90°后將信號反饋給PLC程序，PLC程序繼而控制端刷擺動(dòng)馬達(dá)的電磁閥得電，端刷擺出。然而后續(xù)限位擋塊落下，端刷仍繼續(xù)擺出，是因?yàn)樵谐绦蛑写嬖?個(gè)漏洞：一是系統(tǒng)沒有檢測到限位擋塊回落，二是端刷不在90°工作位，系統(tǒng)無安全保護(hù)動(dòng)作。

針對第一個(gè)漏洞，增加中斷程序，即利用水平0°接近開關(guān)進(jìn)行檢測，在端刷擺出過程中，如果該接近開關(guān)檢測到限位擋塊回落，則喚醒中斷程序，跳轉(zhuǎn)到新編寫的安全保護(hù)程序中，執(zhí)行緊急停止命令保護(hù)動(dòng)作。

針對第二個(gè)漏洞，對端刷控制程序進(jìn)一步完善安全保護(hù)，通過PLC控制程序?qū)崟r(shí)檢測端刷工作位狀態(tài)，一旦端刷離開工作位，控制程序立即執(zhí)行后退和上升動(dòng)作，從而保證車輛的安全。

2.3 其他改進(jìn)措施

洗車人員發(fā)現(xiàn)端刷過擺故障后，按下緊急停止按鈕，端刷無動(dòng)作，此時(shí)并未影響電客車安全。但在引導(dǎo)車輛開出洗車庫時(shí)，需要切換到手動(dòng)模式傳遞給司機(jī)綠燈信號，此時(shí)端刷會(huì)突然回位，導(dǎo)致端刷打到車體。對此故障可以采取以下改進(jìn)措施。

(1)增加端刷信號燈的綠燈通行鑰匙開關(guān)控制。

在控制室操作臺增加一個(gè)信號燈控制鑰匙開關(guān)，如圖4所示。在鑰匙開關(guān)啟動(dòng)的狀態(tài)下，前端洗和后端洗信號燈變綠燈通行，信號燈具有最高權(quán)限，平時(shí)有專人管理，在緊急情況下使用。

圖4 信號燈鑰匙開關(guān)

(2)增加緊急停止?fàn)顟B(tài)下手動(dòng)/自動(dòng)切換的安全保護(hù)。

完善緊急停止控制程序保護(hù)，在緊急停止沒有解鎖的狀態(tài)下，洗車機(jī)始終處于自動(dòng)狀態(tài)，并不受手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的影響，防止在手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生電磁閥失電問題，這個(gè)功能可通過程序控制來實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)束語

通過以上分析地鐵自動(dòng)清洗機(jī)的端刷擺出過位故障，提出了幾種改進(jìn)方案，并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過程中，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用表明，以上措施解決了地鐵WEX自動(dòng)清洗機(jī)端刷擺出過位造成的生產(chǎn)停止和隱患問題，提高了WEX自動(dòng)清洗機(jī)的安全性。□