和諧型機(jī)車(chē)自動(dòng)降弓裝置誤動(dòng)作原因分析與解決措施

梁永軍

（太原鐵路安全監(jiān)督管理辦公室機(jī)車(chē)車(chē)輛驗(yàn)收室，山西 太原 030013）

1 問(wèn)題的提出

和諧型電力機(jī)車(chē)所使用的DSA-200、TSG-15等型號(hào)受電弓均屬于氣囊弓，安裝有ADD自動(dòng)降弓裝置，具有緊急情況下自動(dòng)降弓、避免二次升弓等功能，能夠有效防止故障擴(kuò)大化。但每年進(jìn)入冬季后，特別是在北方地區(qū)最低氣溫達(dá)到零下20℃以下時(shí)，和諧型電力機(jī)車(chē)“自動(dòng)降弓、升不起弓”等故障頻發(fā)，導(dǎo)致了大量的臨修、機(jī)破故障。該故障具有區(qū)域性、周期性，嚴(yán)重影響機(jī)車(chē)運(yùn)用秩序。因此，找到冬季低溫條件下自動(dòng)降弓、升不起弓的根本原因，提出應(yīng)對(duì)措施，成為亟待解決技術(shù)課題。

2 原因分析

2.1 自動(dòng)降弓裝置的構(gòu)成

受電弓自動(dòng)降弓裝置主要用于實(shí)現(xiàn)在滑板磨耗到限或折斷時(shí)的快速降弓功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)弓、網(wǎng)兩方面的保護(hù)。主要由ADD閥、滑板管道、風(fēng)管路、試驗(yàn)閥、關(guān)閉閥等組成。其中，試驗(yàn)閥可以模仿滑板控制氣路產(chǎn)生漏泄，關(guān)閉閥可以將滑板控制氣路切斷。如圖1所示。

圖1

2.2 ADD閥的工作原理

ADD閥通過(guò)彈簧、橡膠膜板將內(nèi)部上、下兩腔隔開(kāi)，上腔與滑板控制風(fēng)路連通，下腔與升弓裝置風(fēng)路連通，當(dāng)升弓回路充風(fēng)時(shí)，壓縮空氣自下腔通過(guò)膜板縮孔進(jìn)入上腔，由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，膜板所受上腔壓力略大于下腔，外加彈簧壓力，使膜板保持壓緊狀態(tài)，即ADD閥保持關(guān)閉，氣囊動(dòng)作機(jī)構(gòu)可正常升弓。若上腔存在較大漏泄（通過(guò)縮孔的補(bǔ)充量小于其漏泄量），且達(dá)到一定程度時(shí)，膜板兩側(cè)壓力不再平衡，ADD閥排氣口打開(kāi)，升弓氣囊的壓力空氣快速排出。

ADD閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

2.3 自動(dòng)降弓或升弓故障的影響因素

由上文自動(dòng)降弓裝置構(gòu)造以及ADD閥工作原理可知：自動(dòng)降弓動(dòng)作共分四種情況：一是當(dāng)滑板磨耗到限時(shí)，控制管路產(chǎn)生漏泄，膜板所受上腔空氣壓力變小，ADD閥膜板動(dòng)作，排氣口打開(kāi)，自動(dòng)降弓。二是當(dāng)機(jī)車(chē)在運(yùn)行中產(chǎn)生刮弓，滑板或弓頭斷裂導(dǎo)致自動(dòng)降弓回路泄漏，自動(dòng)降弓。三是當(dāng)ADD閥膜板的縮孔被堵塞，出現(xiàn)堵塞較嚴(yán)重或堵死情形時(shí)，壓縮空氣無(wú)法經(jīng)過(guò)膜板縮孔進(jìn)入上腔，則膜板向上動(dòng)作，升弓回路的壓縮空氣經(jīng)排風(fēng)口排出，產(chǎn)生自動(dòng)降弓或升不起弓。四是當(dāng)ADD閥膜板與下腔環(huán)口貼合不嚴(yán)密時(shí)，隨貼合程度分兩種情況，若漏泄嚴(yán)重時(shí)，則受電弓將自動(dòng)降弓或升不起弓；若漏泄較輕時(shí)，則將一定程度上影響升弓時(shí)間（該升弓時(shí)間特指從閉合升弓按鈕至升弓到位的時(shí)間。一般地，該時(shí)間若大于25秒，則CCU報(bào)升弓故障，受電弓封鎖。）。

綜上所述：滑板氣路及相關(guān)風(fēng)管路、膜板縮孔、ADD膜板的狀態(tài)是自動(dòng)降弓裝置動(dòng)作的主要影響因素。

2.4 原因分析

（1）低溫下膜板橡膠玻璃化以及變形。橡膠屬于完全無(wú)定型聚合物，其分子量很大，當(dāng)溫度降低時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)變緩直至停止，表現(xiàn)為脆性，一般稱(chēng)之為玻璃化。在冬季低溫條件下，環(huán)溫在-40～-20℃之間時(shí)，ADD快排閥膜板的橡膠物質(zhì)會(huì)逐步產(chǎn)生玻璃化，失去高彈性，從而導(dǎo)致膜板與下腔環(huán)口貼合不嚴(yán)密，產(chǎn)生漏風(fēng)。

在升弓回路中，升弓節(jié)流閥控制升弓時(shí)間，即控制著進(jìn)入氣囊的充風(fēng)速率。如果ADD快排閥膜板處漏風(fēng)，則將影響受電弓氣囊的充風(fēng)速率，將會(huì)延長(zhǎng)充風(fēng)時(shí)間，若升弓時(shí)間超過(guò)25秒時(shí)，則將機(jī)車(chē)CCU模塊將會(huì)發(fā)出升弓封鎖，自動(dòng)降弓裝置故障指令；當(dāng)漏風(fēng)嚴(yán)重時(shí)，氣囊內(nèi)部無(wú)法建立最低升弓風(fēng)壓，即受電弓無(wú)法升起。

如果在機(jī)車(chē)正常運(yùn)用升弓狀態(tài)下，膜板處產(chǎn)生較大漏風(fēng)，則反饋風(fēng)壓值隨之降低，并反饋至CCU模塊，機(jī)車(chē)將會(huì)發(fā)出受電弓故障報(bào)警，自動(dòng)降弓裝置故障的報(bào)警指令，升弓電磁閥斷開(kāi)，氣囊壓力空氣快速排空，自動(dòng)降弓動(dòng)作。

（2）低溫下膜板縮孔堵塞。在冬季低溫條件下，如果升弓風(fēng)源含有較多水分，則較為溫暖的壓縮空氣經(jīng)過(guò)ADD快排閥膜板的縮孔(D=0．8mm)時(shí)，將結(jié)冰凝固，從而堵塞膜板縮孔。如果堵塞較嚴(yán)重，則膜板向上動(dòng)作，ADD閥動(dòng)作，導(dǎo)致自動(dòng)降弓或升不起弓。

3 整改措施

為避免冬季低溫條件下頻繁發(fā)生受電弓升不起、自動(dòng)降弓故障，采取以下綜合措施。

（1）將關(guān)閉閥移設(shè)在氣囊與ADD閥之間的位置。原設(shè)計(jì)中，關(guān)閉閥位于ADD閥與滑板之間，如果ADD閥內(nèi)部膜板漏風(fēng)，則不能通過(guò)關(guān)閉閥來(lái)消除自動(dòng)降弓故障,也就是說(shuō)原設(shè)計(jì)未考慮到ADD閥內(nèi)部膜板可能漏風(fēng)這種故障隱患。通過(guò)關(guān)閉閥位置的前移，能夠完全解決這種設(shè)計(jì)缺陷。如圖3所示。

（2）適時(shí)的關(guān)閉某一架受電弓的關(guān)閉閥。在冬季低溫，特別是全天最低溫度在-15℃以下時(shí)，機(jī)車(chē)出庫(kù)前將操縱端自動(dòng)降弓裝置的關(guān)閉閥置切除位，而非操縱節(jié)關(guān)閉閥至運(yùn)行位。從而確保非操縱節(jié)ADD閥故障時(shí)，操縱節(jié)受電弓能夠可靠冗余。

圖3 關(guān)閉閥位置調(diào)整至氣囊與ADD閥之間示意圖

（3）調(diào)整CCU軟件對(duì)“升弓故障”的時(shí)間判定標(biāo)準(zhǔn)。目前，部分型號(hào)機(jī)車(chē)CCU軟件程序設(shè)定：從發(fā)出升弓指令至升弓到位的時(shí)間超出25s，則判定自動(dòng)降弓裝置故障。因?yàn)檠娱L(zhǎng)升弓時(shí)間，并不會(huì)改變靜態(tài)接觸壓力，所以可以將該時(shí)間由25s調(diào)整至40s。這樣就能防止一部分受電弓因膜板處輕微漏風(fēng)導(dǎo)致升弓速度慢而引發(fā)受電弓切除故障。

（4）入庫(kù)機(jī)車(chē)做好冬季打溫工作，確?？刂骑L(fēng)缸風(fēng)壓充足，避免使用小壓縮機(jī)打風(fēng)升弓。輔助壓縮機(jī)泵風(fēng)系統(tǒng)無(wú)干燥過(guò)濾裝置，因此不可避免的導(dǎo)致壓縮空氣存在水分，存在低溫凝結(jié)冰凍問(wèn)題，導(dǎo)致ADD閥膜板縮孔堵塞質(zhì)量隱患。

另外，機(jī)車(chē)出庫(kù)前，應(yīng)做好受電弓試驗(yàn)檢查，確保兩節(jié)弓均良好，一端不良時(shí)禁止出庫(kù)；確保新購(gòu)ADD閥膜板配件的源頭質(zhì)量等。

4 結(jié)語(yǔ)

在冬季低溫條件下，機(jī)車(chē)頻繁發(fā)生自動(dòng)降弓故障的根源在于ADD閥內(nèi)部膜板隨溫度降低而發(fā)生玻璃化，導(dǎo)致膜板與ADD閥下腔排風(fēng)口貼合不嚴(yán)，產(chǎn)生漏風(fēng)。由于ADD閥安裝于車(chē)頂受電弓底架上，屬于高壓帶電部件，因此，不宜采用加裝防寒加熱裝置的解決措施。本文通過(guò)將關(guān)閉閥前移至氣囊與ADD閥之間的辦法，實(shí)現(xiàn)了關(guān)閉閥控制ADD閥供風(fēng)氣路的功能，在冬季出庫(kù)前，適時(shí)的關(guān)閉某一架受電弓關(guān)閉閥，能夠確保機(jī)車(chē)受電弓冗余可靠，避免ADD閥膜板漏風(fēng)導(dǎo)致的自動(dòng)降弓故障。

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