張鐵志

(中國鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司三棵樹機(jī)務(wù)段 黑龍江 哈爾濱 150060)

0 引言

為了在碳滑板裂損、磨耗到限或發(fā)生弓網(wǎng)故障時,能夠及時將受電弓降下，避免造成機(jī)車和接觸網(wǎng)損失擴(kuò)大，保證鐵路運(yùn)輸設(shè)備安全和列車運(yùn)行安全，HXD3系列電力機(jī)車裝用的DSA200型受電弓都安裝有自動降弓裝置。它通過直徑7 mm的PU管，將升弓電空閥提供給升弓氣囊的風(fēng)一部分輸送到碳滑板內(nèi)部的氣路中。運(yùn)行中如果碳滑板裂損或磨耗到限，內(nèi)部氣路中的風(fēng)發(fā)生漏泄，自動降弓裝置的快速降弓閥動作，受電弓降下，從而起到保護(hù)作用。

HXD3系列電力機(jī)車自2016年在哈爾濱鐵路集團(tuán)公司大規(guī)模投入運(yùn)用以來，受電弓自動降弓裝置在保護(hù)設(shè)備運(yùn)行安全、非正常情況下導(dǎo)向安全的同時，因自身PU軟管接頭脫落導(dǎo)致的自動降弓、區(qū)間停車故障時有發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅三棵樹機(jī)務(wù)段自2016年至2019年間就發(fā)生5起，成為影響HXD3系列機(jī)車正常運(yùn)用的突出質(zhì)量問題。

1 HXD3系列機(jī)車受電弓自動降弓裝置風(fēng)管脫落問題的原因分析

1.1 自動降弓裝置風(fēng)路原理

從弓座氣囊處開始，通過受電弓下臂內(nèi)部的空氣管路輸送到上下臂連接點(diǎn)處，下臂在連接點(diǎn)附近有一個管接頭(見圖1)，將PU軟管安裝在管接頭上，沿上臂支架內(nèi)部的漲緊繩到達(dá)弓頭支架處，并與碳滑板的管接頭組裝在一起(見圖2)，形成了完整的自動降弓裝置氣路。管接頭與PU軟管聯(lián)接采用圓錐面插入壓緊式結(jié)構(gòu)(見圖3)。

圖1 受電弓下臂自動降弓風(fēng)管接頭 圖2 碳滑板處風(fēng)管接頭

圖3 管接頭示意圖

這種方式有結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便的優(yōu)點(diǎn)，但也存在聯(lián)接強(qiáng)度低、受組裝作業(yè)質(zhì)量影響大的不足，近幾年自動降弓裝置風(fēng)管脫落，都發(fā)生在PU軟管與下臂或碳滑板聯(lián)接部位的接頭處，都是風(fēng)管從接頭處脫出。一方面PU軟管與接頭連接部位與風(fēng)路其他部位相比強(qiáng)度低，是系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；另一方面日常運(yùn)用維修更換碳滑板時都需要重新連接PU軟管，頻繁拆裝也增加了脫落風(fēng)險(xiǎn)。尤其電力機(jī)車在哈爾濱局集團(tuán)公司管轄內(nèi)運(yùn)用，受冬季氣溫低的影響，PU軟管變硬，彈性下降、撓度增加，造成管接頭根部PU管的受力增大，也增加了脫落風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 風(fēng)管脫落原因分析

經(jīng)過對發(fā)生自動降弓裝置風(fēng)管脫落的情況進(jìn)行跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致脫落的原因主要有以下方面：

(1)管接頭螺母緊固力矩不足。由于接頭部位是PU軟管與金屬管接頭間靠金屬擠壓的方式連接在一起。為了避免損傷PU軟管造成漏風(fēng)，機(jī)車制造商建議手動擰緊螺母，然后用扳手再擰緊一周。不同人手?jǐn)Q的力矩大小不同，后續(xù)用扳手再擰的角度也因人而異，導(dǎo)致這一環(huán)節(jié)的緊固力矩參差不齊。2017年6月12日，HXD3C型36號機(jī)車運(yùn)行中，II端受電弓PU軟管從碳滑板管接頭處脫落，檢查PU軟管壓接部位，壓痕淺且不連續(xù)，說明組裝時螺母緊固力矩不足。

(2)管接頭部位PU軟管長度不當(dāng)。上下臂連接部位下臂上的管接頭，一般應(yīng)留有120～150 mm的余量，不能組裝過緊，否則在受電弓升起的過程中，上下臂會圍繞轉(zhuǎn)軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，會使下臂上的管接頭與上臂間的相對位置發(fā)生變化，導(dǎo)致PU管受到拉伸，從而容易脫落；碳滑板管接頭處的PU管恰好相反，如果余量過長，且留在受電弓支架輻板外側(cè)，在機(jī)車高速運(yùn)行時受電弓發(fā)生抖動，受PU軟管自重和風(fēng)力影響產(chǎn)生的力，會作用在PU軟管與管接頭的連接處，從而容易導(dǎo)致PU管從接頭處脫出。

(3)PU軟管組裝不當(dāng)。例如：組裝作業(yè)時不認(rèn)真，PU軟管未插入到管接頭錐形面的根部，螺母緊固后壓接部位與錐形面之間的夾持部位恰好作用在PU軟管的端部，沒有形成中間壓緊而兩側(cè)凸起的止擋效果，造成在運(yùn)行中受力情況下逐漸滑脫漏風(fēng)。2017年7月15日，HXD3D型596號機(jī)車I端受電弓PU管在下臂管接頭處脫出，從拆開測量壓接痕跡看，PU軟管僅插入錐形接頭4 mm，差2.8 mm插到位(錐形接頭長度為6.8 mm)。另外，重新組裝PU軟管時，原夾持部位已經(jīng)變形失去彈性，重新組裝時沒有將這部分剪掉，仍然繼續(xù)使用，造成PU軟管在管接頭內(nèi)沒有夾緊余量，在運(yùn)行振動環(huán)境下逐漸脫落漏風(fēng)。

(4)管接頭螺母和錐形面未成對更換。個別人員更換碳滑板時沒有將管接頭的鎖緊螺母與接頭一并更新，而是用原碳滑板的鎖緊螺母擰在新碳滑板的錐形接頭上，由于兩個碳滑板管接頭的尺寸不一樣，在組裝的過程中，鎖緊螺母的夾持部位與錐形面的夾持部位不對應(yīng)，造成PU軟管在接頭內(nèi)沒有夾緊，組裝后在受力過程中逐漸松緩脫出。

2 HXD3系列機(jī)車受電弓自動降弓裝置PU軟管防脫落措施

針對導(dǎo)致HXD3系列機(jī)車受電弓自動降弓裝置PU軟管脫落的原因，結(jié)合近幾年來檢修生產(chǎn)實(shí)踐中的探索，從2018年起，在檢修過程中對PU軟管組裝作業(yè)采取了如下措施。

(1)管接頭鎖緊螺母按力矩緊固

解決組裝時鎖緊螺母緊固力矩大小不同、因人而異的問題。購置量程為20 N·m的插口力矩扳手，在鎖緊螺母緊固過程中，嚴(yán)格按規(guī)定的力矩值緊固(一般在3～5 N·m之間)。解決以往用普通扳手緊固時，用力過大導(dǎo)致PU軟管啃傷，用力小導(dǎo)致管接頭的夾持力不足容易發(fā)生PU管滑脫的問題。

(2)采用預(yù)裝的方法確定緊固力矩

不同廠家生產(chǎn)的碳滑板和受電弓下臂的管接頭尺寸不完全相同，針對不同的管接頭如何確定緊固力矩的大小成為決定PU軟管組裝質(zhì)量的關(guān)鍵。當(dāng)更換受電弓下臂或更換不同廠家的碳滑板時，應(yīng)先用PU軟管在管接頭上進(jìn)行預(yù)組裝，使用4 N·m的力矩對鎖緊螺母進(jìn)行緊固，緊固后放置30 min，然后解開鎖緊螺母檢查PU軟管的壓接狀態(tài)。當(dāng)壓痕清晰連續(xù)、深度在0.3～0.5 mm之間時，即認(rèn)為合格。否則，根據(jù)壓痕的深淺減小或加大1 N·m的緊固力矩，重新試驗(yàn)，直至壓痕合格為止。同批次產(chǎn)品按此力矩緊固即可。

(3)合理調(diào)整PU軟管的長度

(4)管接頭的鎖緊螺母和錐形接頭應(yīng)配套使用

更換受電弓下臂或碳滑板時，應(yīng)將鎖緊螺母與錐形接頭一并更新，防止不同廠家生產(chǎn)的螺母與錐形接頭不匹配，起不到應(yīng)有的夾持作用。同時，組裝前還要檢查鎖緊螺母后端內(nèi)孔，不得有凸起、毛刺，防止劃傷PU軟管。

(5)規(guī)范作業(yè)細(xì)節(jié)

①PU軟管組裝前，剪斷后的端部斷面應(yīng)與管身垂直；不能有損傷變形；②組裝時必須將PU軟管插到錐形接頭根部(冬季組裝前應(yīng)先將PU軟管加熱，使其變軟恢復(fù)彈性再組裝)，使管接頭夾持在PU軟管距端部3 mm左右的位置，在軟管的端部形成凸起的止擋作用；③鎖緊螺母緊固后，在鎖緊螺母與接頭座、鎖緊螺母與尾端PU軟管間均畫上紅色防緩標(biāo)識，一旦鎖緊螺母松緩或PU軟管從接頭上有后退痕跡，均能檢查發(fā)現(xiàn)，及時采取措施進(jìn)行處理；④對PU軟管做好綁扎固定，從受電弓下臂沿漲緊繩每隔150 mm用尼龍?jiān)鷰нM(jìn)行綁扎固定，保證受電弓抖動過程中PU軟管與上臂成為一體，不使管接頭承受其他附加力作用。

(6)增加防護(hù)措施

借鑒動車組受電弓的成功做法，在下臂和碳滑板管接頭位置的PU軟管上套上內(nèi)徑7 mm的橡膠管，在PU軟管組裝后，將橡膠管沿PU軟管推到管接頭的根部，利用橡膠管的輔助支撐作用，減緩接頭根部PU軟管的受力，從而避免PU軟管脫落漏風(fēng)。

3 措施實(shí)施效果

2018年一季度以來，按照上述措施對受電弓自動降弓裝置PU軟管組裝進(jìn)行了規(guī)范，技術(shù)科編制下發(fā)了作業(yè)指導(dǎo)書，對作業(yè)流程、方法和組裝要點(diǎn)進(jìn)行了明確，專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行了跟班講解。隨后，結(jié)合修程或整備作業(yè)更換碳滑板，對32臺HXD3C型機(jī)車和28臺HXD3D型機(jī)車的受電弓PU軟管接頭逐一進(jìn)行了拆解重裝。截至2020年9月底，兩年多時間內(nèi)未發(fā)生受電弓自動降弓裝置風(fēng)管脫落問題，提高了機(jī)車運(yùn)用可靠性，減少了對運(yùn)輸秩序的干擾?！?/p>