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        減少HXD1B型電力機(jī)車電鑰匙故障的研究

        2022-03-18 12:15:24陳曠達(dá)童良鋒
        軌道交通裝備與技術(shù) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:電務(wù)機(jī)車連鎖

        林 英 陳曠達(dá) 童良鋒

        (中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州機(jī)輛段 浙江 杭州 310000)

        HXD1B型電力機(jī)車是中車株洲電力機(jī)車有限公司(以下簡(jiǎn)稱“株機(jī)公司”)設(shè)計(jì)的六軸9 600 kW大功率交流傳動(dòng)貨運(yùn)電力機(jī)車,配屬中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州機(jī)務(wù)段110臺(tái),于2011年8月25日正式投入運(yùn)用。截止到2019年11月底,機(jī)車電鑰匙陸續(xù)出現(xiàn)了7起司機(jī)室占用信號(hào)丟失或電務(wù)信號(hào)不吸碼故障,具體如表1所示。

        表1 機(jī)車電鑰匙故障統(tǒng)計(jì)

        電鑰匙作為機(jī)車采集乘務(wù)員數(shù)字量信號(hào)的基礎(chǔ)電子裝置,是機(jī)車上至關(guān)重要的組成[1]。這些不同的電鑰匙故障現(xiàn)象既影響了機(jī)車的正常運(yùn)用,也存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。

        下文根據(jù)電鑰匙占用信號(hào)的工作原理,結(jié)合機(jī)車運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及檢修工藝要求,對(duì)所有能引起電鑰匙信號(hào)丟失的原因進(jìn)行分析,并制定應(yīng)對(duì)的措施。

        1 電鑰匙工作原理

        1.1 電路控制原理

        每個(gè)電鑰匙共有3對(duì)輔助連鎖,2對(duì)在用,1對(duì)備用。在使用的2對(duì)分別負(fù)責(zé)機(jī)車司機(jī)室占用信號(hào)和電務(wù)1、2端占用信號(hào)的識(shí)別,電路原理如圖1所示。

        圖1 電鑰匙電路圖

        其中機(jī)車微機(jī)占用信號(hào)使用24 V電壓,電務(wù)占用信號(hào)使用110 V電壓。

        1.2 安裝結(jié)構(gòu)

        如圖2司機(jī)控制器總圖所示,電鑰匙安裝在司機(jī)控制器中。司機(jī)控制器是機(jī)車的主令控制電器,用來控制機(jī)車的牽引、制動(dòng)、換向、設(shè)定速度,實(shí)現(xiàn)機(jī)車的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速等工況。而實(shí)現(xiàn)上述所有的功能都建立在電鑰匙能正常閉合的前提下。

        1—牽引制動(dòng)單元;2—速度設(shè)定單元;3—方向轉(zhuǎn)換開關(guān);4—電鑰匙。圖2 司機(jī)控制器總圖

        圖3 電鑰匙實(shí)物圖及分解圖

        從圖3可以看出電鑰匙所具有的明顯特點(diǎn):一是電鑰匙開關(guān)具有“ON”和“OFF”兩個(gè)位置, 主要分為鎖芯、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輔助連鎖三部分,三部分均直線安裝,輔助連鎖位于鎖芯的正下方。電鑰匙的傳動(dòng)方式為行程式,其工作原理是在外力作用下,將動(dòng)物接近靜物,通過推桿驅(qū)動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)輔助連鎖的分合動(dòng)作。即傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將鎖芯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為輔助連鎖行程桿的上下運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)輔助連鎖觸頭的閉合與分?jǐn)?,從而?shí)現(xiàn)為機(jī)車微機(jī)和電務(wù)信號(hào)主機(jī)提供司機(jī)室占用的高電平信號(hào)。二是核心部件輔助連鎖采用的是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的3SB3400-0A型行程式連鎖,其接線方式為接線端子插入安裝座后緊固,整體為拼裝式塑料外殼,并通過塑料扣卡接安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)下方,如圖4所示。

        圖4 行程式連鎖正視、側(cè)視圖

        2 原因分析

        電鑰匙故障的最直接體現(xiàn)就是輔助連鎖開路,導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的有電路、機(jī)械、管理及其他各方面原因。

        2.1 輔助連鎖發(fā)生故障,無法可靠導(dǎo)通

        根據(jù)輔助連鎖構(gòu)造及故障輔助連鎖的分解檢查,輔助連鎖發(fā)生故障的原因基本有3個(gè)方面:(1)輔助聯(lián)鎖觸頭老化,接觸電阻超標(biāo)。目前觸頭普遍出現(xiàn)了老化的情況,測(cè)量其接觸電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)值,尤其是通110 V電壓給電務(wù)提供信號(hào)的輔助連鎖,其觸頭磨損及老化情況更為嚴(yán)重,也符合電務(wù)信號(hào)故障多發(fā)的客觀情況。(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷,容易發(fā)生動(dòng)作不到位的情況。由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中該輔助連鎖的運(yùn)動(dòng)方式是行程式,整體結(jié)構(gòu)是拼裝式,在長(zhǎng)期使用中相關(guān)運(yùn)動(dòng)部件缺乏良好的潤(rùn)滑,出現(xiàn)了異常的磨損,極易產(chǎn)生動(dòng)作卡滯引起觸點(diǎn)閉合不到位的現(xiàn)象。(3)輔助連鎖的連接方式導(dǎo)致鎖緊性能無法保證。該連鎖的接線安裝方式為接線端子插入式安裝,接線端子處于拼裝片的中間,使用中該處所存在著張緊力,在長(zhǎng)期使用中容易出現(xiàn)散架情況,導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)件松動(dòng)后無法導(dǎo)通的隱患。

        2.2 電鑰匙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)落后,易產(chǎn)生動(dòng)作不到位現(xiàn)象

        電鑰匙模塊使用了接觸式行程式連鎖,在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)較松散,傳動(dòng)可靠性低。接觸式行程開關(guān)存在響應(yīng)速度低,精度差,容易損壞檢測(cè)物及壽命短等缺點(diǎn),一般安裝在對(duì)位置要求不是特別精確的場(chǎng)合。通過對(duì)每個(gè)故障的電鑰匙模塊拆解發(fā)現(xiàn),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均出現(xiàn)了不同程度的磨損,個(gè)別嚴(yán)重者已經(jīng)變形,又加上輔助連鎖亦是行程式開關(guān),大大增加了輔助連鎖無法可靠閉合的故障概率。

        2.3 對(duì)電鑰匙缺乏系統(tǒng)的壽命管理

        該電鑰匙自2011年隨HXD1B型機(jī)車新造至今,在日常檢修及C4、C5大中修等修程時(shí)均無相關(guān)更換等管理要求。日常一直處于連續(xù)使用狀態(tài),直到故障出現(xiàn)才進(jìn)行相應(yīng)的處理。針對(duì)如此重要的電氣元件,未制定專門的壽命管理要求,不利于質(zhì)量控制。日常小輔修過程中針對(duì)電鑰匙模塊僅進(jìn)行外觀檢查,內(nèi)部不可視且無法檢查到內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu),無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱藏的故障隱患。

        2.4 相關(guān)配件已停產(chǎn),采購(gòu)困難

        電鑰匙由德國(guó)西門子公司生產(chǎn),目前均已停產(chǎn),采購(gòu)難度較大,若繼續(xù)花大代價(jià)采購(gòu)也不符合當(dāng)前配件國(guó)產(chǎn)化的趨勢(shì),因此也常常出現(xiàn)機(jī)車因缺少配件導(dǎo)致無法修復(fù)的情況,對(duì)機(jī)車供應(yīng)造成影響。

        3 整改措施

        綜上,研究開發(fā)一套穩(wěn)定可靠且具有適配性的電鑰匙模塊對(duì)提升HXD1B型機(jī)車質(zhì)量具有積極的意義。針對(duì)存在的故障原因,有針對(duì)性地研究了HXD1B型機(jī)車電鑰匙的改良方案,改良型電鑰匙開關(guān)也由鎖芯、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和連鎖三部分組成。

        3.1 輔助連鎖優(yōu)化

        輔助連鎖更換為業(yè)內(nèi)公認(rèn)的沙爾特寶公司生產(chǎn)的速動(dòng)密封式連鎖代替行程式連鎖,尺寸與原行程式連鎖接近。沙爾特寶公司生產(chǎn)的速動(dòng)密封式連鎖采取的簧片速動(dòng)式動(dòng)作模式保證了動(dòng)靜觸頭接觸、分離快速可靠,有效抑制連鎖通斷過程中的拉弧,大大減輕觸點(diǎn)的電磨損。密封式結(jié)構(gòu)既保證了連鎖內(nèi)部清潔,也保證了連鎖的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,防止連鎖因安裝接線產(chǎn)生裂紋松動(dòng)等問題。因此速動(dòng)密封式連鎖具有壽命長(zhǎng)、動(dòng)作可靠、防塵防污等級(jí)高等特點(diǎn),完全適用于24 V~110 V等各類電壓強(qiáng)度。對(duì)比行程式輔助連鎖存在的缺陷,速動(dòng)式連鎖有效解決了電鑰匙模塊行程式連鎖觸頭老化、結(jié)構(gòu)松散、接線不可靠的問題。

        3.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化

        傳動(dòng)機(jī)構(gòu)升級(jí)為更適宜的凸輪機(jī)構(gòu),凸輪除保證連鎖動(dòng)作可靠外,還保證了鎖芯轉(zhuǎn)動(dòng)到位后不會(huì)因震動(dòng)而跳回;整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更加緊湊,傳動(dòng)可靠性大大提高,也減少了不必要的磨損和松曠。另外整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各部件均可通過外觀目視進(jìn)行檢查,方便日常修程中檢修人員進(jìn)行檢查,提前解決故障隱患,進(jìn)一步提高了整個(gè)模塊的可靠性。

        3.3 鎖芯優(yōu)化

        使用與原廠電鑰匙模塊鎖芯相同的鎖簧結(jié)構(gòu),保證鑰匙的適配性,操作方式與原裝開關(guān)一致并有清晰的位置指示和更好的操作手感,適應(yīng)乘務(wù)員的操作習(xí)慣,具體成品實(shí)物如圖5所示。

        3.4 制定壽命管理方案

        安裝改良型電鑰匙模塊后,檢修人員通過目視檢查即可觀察各部件狀態(tài),確認(rèn)各連鎖安裝牢固無裂紋,鎖芯及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各部件無異常,接線、接線端子等狀態(tài)良好;進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)作試驗(yàn)即可確定鎖芯靈活,無雜物堵塞,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)良好,動(dòng)作到位;再輔以測(cè)量連鎖接觸電阻等定量檢測(cè),即可在日常修程中對(duì)電鑰匙模塊進(jìn)行有效檢修,保證運(yùn)用過程中狀態(tài)良好。

        圖5 鎖簧成品實(shí)物

        另外針對(duì)前期類似設(shè)備的使用情況,結(jié)合相關(guān)部件的使用規(guī)律,建議對(duì)新型電鑰匙連鎖進(jìn)行壽命管理,預(yù)計(jì)壽命8年左右。這樣既可以開展電鑰匙模塊使用情況和故障情況的跟蹤觀察,結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)情況更加精準(zhǔn)地制定電鑰匙使用壽命,又可以提前更換相關(guān)運(yùn)動(dòng)件或輔助連鎖等通電部件,確保機(jī)車質(zhì)量穩(wěn)定。

        4 總結(jié)

        新型電鑰匙開發(fā)成功后,立即在部分發(fā)生過司機(jī)室占用信號(hào)丟失和電務(wù)信號(hào)不吸碼故障的機(jī)車上進(jìn)行了試裝,截止目前質(zhì)量狀態(tài)保持穩(wěn)定。截止到2020年4月底,已陸續(xù)對(duì)杭州機(jī)輛段配屬的所有HXD1B型機(jī)車進(jìn)行了更新。安裝完畢后本段再未發(fā)生過因電鑰匙開關(guān)不良導(dǎo)致的司機(jī)室占用信號(hào)丟失和電務(wù)信號(hào)不吸碼故障。

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