林 英 陳曠達 童良鋒

(中國鐵路上海局集團有限公司杭州機輛段 浙江 杭州 310000)

HXD1B型電力機車是中車株洲電力機車有限公司(以下簡稱“株機公司”)設計的六軸9 600 kW大功率交流傳動貨運電力機車，配屬中國鐵路上海局集團有限公司杭州機務段110臺，于2011年8月25日正式投入運用。截止到2019年11月底，機車電鑰匙陸續(xù)出現(xiàn)了7起司機室占用信號丟失或電務信號不吸碼故障，具體如表1所示。

表1 機車電鑰匙故障統(tǒng)計

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

下文根據(jù)電鑰匙占用信號的工作原理，結(jié)合機車運用現(xiàn)場實際情況及檢修工藝要求，對所有能引起電鑰匙信號丟失的原因進行分析，并制定應對的措施。

1 電鑰匙工作原理

1.1 電路控制原理

每個電鑰匙共有3對輔助連鎖，2對在用，1對備用。在使用的2對分別負責機車司機室占用信號和電務1、2端占用信號的識別，電路原理如圖1所示。

圖1 電鑰匙電路圖

其中機車微機占用信號使用24 V電壓，電務占用信號使用110 V電壓。

1.2 安裝結(jié)構(gòu)

如圖2司機控制器總圖所示，電鑰匙安裝在司機控制器中。司機控制器是機車的主令控制電器，用來控制機車的牽引、制動、換向、設定速度，實現(xiàn)機車的啟動、制動和調(diào)速等工況。而實現(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—牽引制動單元；2—速度設定單元；3—方向轉(zhuǎn)換開關(guān)；4—電鑰匙。圖2 司機控制器總圖

圖3 電鑰匙實物圖及分解圖

從圖3可以看出電鑰匙所具有的明顯特點：一是電鑰匙開關(guān)具有“ON”和“OFF”兩個位置， 主要分為鎖芯、傳動機構(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。電鑰匙的傳動方式為行程式，其工作原理是在外力作用下，將動物接近靜物，通過推桿驅(qū)動開關(guān)接點實現(xiàn)輔助連鎖的分合動作。即傳動機構(gòu)將鎖芯的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為輔助連鎖行程桿的上下運動來實現(xiàn)輔助連鎖觸頭的閉合與分斷，從而實現(xiàn)為機車微機和電務信號主機提供司機室占用的高電平信號。二是核心部件輔助連鎖采用的是德國西門子公司生產(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機構(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，導致這個結(jié)果的有電路、機械、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個方面：(1)輔助聯(lián)鎖觸頭老化，接觸電阻超標。目前觸頭普遍出現(xiàn)了老化的情況，測量其接觸電阻遠遠超出標準值，尤其是通110 V電壓給電務提供信號的輔助連鎖，其觸頭磨損及老化情況更為嚴重，也符合電務信號故障多發(fā)的客觀情況。(2)結(jié)構(gòu)設計存在缺陷，容易發(fā)生動作不到位的情況。由于產(chǎn)品設計中該輔助連鎖的運動方式是行程式，整體結(jié)構(gòu)是拼裝式，在長期使用中相關(guān)運動部件缺乏良好的潤滑，出現(xiàn)了異常的磨損，極易產(chǎn)生動作卡滯引起觸點閉合不到位的現(xiàn)象。(3)輔助連鎖的連接方式導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，在長期使用中容易出現(xiàn)散架情況，導致內(nèi)部結(jié)構(gòu)件松動后無法導通的隱患。

2.2 電鑰匙傳動機構(gòu)設計落后，易產(chǎn)生動作不到位現(xiàn)象

電鑰匙模塊使用了接觸式行程式連鎖，在實際使用中發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)較松散，傳動可靠性低。接觸式行程開關(guān)存在響應速度低，精度差，容易損壞檢測物及壽命短等缺點，一般安裝在對位置要求不是特別精確的場合。通過對每個故障的電鑰匙模塊拆解發(fā)現(xiàn)，傳動機構(gòu)均出現(xiàn)了不同程度的磨損，個別嚴重者已經(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 對電鑰匙缺乏系統(tǒng)的壽命管理

該電鑰匙自2011年隨HXD1B型機車新造至今，在日常檢修及C4、C5大中修等修程時均無相關(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)才進行相應的處理。針對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電鑰匙模塊僅進行外觀檢查，內(nèi)部不可視且無法檢查到內(nèi)部傳動機構(gòu)，無法及時發(fā)現(xiàn)隱藏的故障隱患。

2.4 相關(guān)配件已停產(chǎn)，采購困難

電鑰匙由德國西門子公司生產(chǎn)，目前均已停產(chǎn)，采購難度較大，若繼續(xù)花大代價采購也不符合當前配件國產(chǎn)化的趨勢，因此也常常出現(xiàn)機車因缺少配件導致無法修復的情況，對機車供應造成影響。

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提升HXD1B型機車質(zhì)量具有積極的意義。針對存在的故障原因，有針對性地研究了HXD1B型機車電鑰匙的改良方案，改良型電鑰匙開關(guān)也由鎖芯、傳動機構(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)公認的沙爾特寶公司生產(chǎn)的速動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)的速動密封式連鎖采取的簧片速動式動作模式保證了動靜觸頭接觸、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)強度，防止連鎖因安裝接線產(chǎn)生裂紋松動等問題。因此速動密封式連鎖具有壽命長、動作可靠、防塵防污等級高等特點，完全適用于24 V～110 V等各類電壓強度。對比行程式輔助連鎖存在的缺陷，速動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 傳動機構(gòu)優(yōu)化

傳動機構(gòu)升級為更適宜的凸輪機構(gòu)，凸輪除保證連鎖動作可靠外，還保證了鎖芯轉(zhuǎn)動到位后不會因震動而跳回；整個傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)更加緊湊，傳動可靠性大大提高，也減少了不必要的磨損和松曠。另外整個傳動機構(gòu)各部件均可通過外觀目視進行檢查，方便日常修程中檢修人員進行檢查，提前解決故障隱患，進一步提高了整個模塊的可靠性。

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，適應乘務員的操作習慣，具體成品實物如圖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)，確認各連鎖安裝牢固無裂紋，鎖芯及傳動機構(gòu)各部件無異常，接線、接線端子等狀態(tài)良好；進行簡單的動作試驗即可確定鎖芯靈活，無雜物堵塞，傳動機構(gòu)良好，動作到位；再輔以測量連鎖接觸電阻等定量檢測，即可在日常修程中對電鑰匙模塊進行有效檢修，保證運用過程中狀態(tài)良好。

圖5 鎖簧成品實物

另外針對前期類似設備的使用情況，結(jié)合相關(guān)部件的使用規(guī)律，建議對新型電鑰匙連鎖進行壽命管理，預計壽命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)計數(shù)據(jù)情況更加精準地制定電鑰匙使用壽命，又可以提前更換相關(guān)運動件或輔助連鎖等通電部件，確保機車質(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)生過司機室占用信號丟失和電務信號不吸碼故障的機車上進行了試裝，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)對杭州機輛段配屬的所有HXD1B型機車進行了更新。安裝完畢后本段再未發(fā)生過因電鑰匙開關(guān)不良導致的司機室占用信號丟失和電務信號不吸碼故障。