ZYJ7電液轉(zhuǎn)轍機(jī)小臺(tái)階電流曲線產(chǎn)生原理及其故障排查應(yīng)用

張國侯， 倪永亮， 劉井晨

（1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210031；

2.浙江眾合科技股份有限公司，浙江杭州310051；3.新譽(yù)龐巴迪信號(hào)系統(tǒng)有限公司，江蘇 常州213166）

目前我國鐵路控制領(lǐng)域科技水平不斷提高，對(duì)提速道岔相關(guān)信號(hào)設(shè)備的安全要求也越來越高，其中ZYJ7電液轉(zhuǎn)轍機(jī)被廣泛應(yīng)用，但由于維修人員對(duì)設(shè)備不熟悉及環(huán)境因素變化導(dǎo)致的不穩(wěn)定性等原因，導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)用過程中存在一些問題，直接影響鐵路安全高效運(yùn)行。結(jié)合中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司所屬電務(wù)段、車間和工區(qū)的故障處理實(shí)際情況，運(yùn)用Lab-VIEW軟件仿真出ZYJ7電液轉(zhuǎn)轍機(jī)的三相交流電流曲線，進(jìn)行深入分析判斷，可及時(shí)了解其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障排查。

1 ZYJ7液壓道岔控制電路監(jiān)測(cè)曲線解析

ZYJ7液壓道岔轉(zhuǎn)換正常動(dòng)作電流曲線見圖1，ZYJ7三相交流電機(jī)動(dòng)作電流曲線以時(shí)間將采集點(diǎn)進(jìn)行連接，分段采集周期以0.04 s為基準(zhǔn)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常情況。電務(wù)部門通過獲取相關(guān)狀態(tài)信息來反映道岔設(shè)備或其零部件的運(yùn)行狀態(tài)，可發(fā)現(xiàn)ZYJ7電液轉(zhuǎn)轍機(jī)的機(jī)械和電氣故障，并作出及時(shí)處理，同時(shí)也可提高轉(zhuǎn)轍機(jī)的使用壽命和可靠性［1］。

圖1 ZYJ7液壓道岔轉(zhuǎn)換正常動(dòng)作電流曲線

用綠、藍(lán)、紅3種顏色分別表示道岔動(dòng)作電流曲線中A、B、C三相電源。ZYJ7液壓道岔轉(zhuǎn)換的正常動(dòng)作流程可分為道岔解鎖、道岔轉(zhuǎn)換、道岔鎖閉3個(gè)步驟，而道岔的動(dòng)作電流曲線則分為：解鎖區(qū)→動(dòng)作區(qū)→鎖閉區(qū)→緩放區(qū)［2］。

（1）T1表示解鎖區(qū)：電流曲線從無到有開始記錄，能記錄到其中兩相通道有0.5 A左右的電流，該現(xiàn)象會(huì)在之后利用LabVIEW繪制其道岔動(dòng)作電流曲線中得以體現(xiàn)。然后，道岔的啟動(dòng)電流變大，動(dòng)作曲線會(huì)出現(xiàn)一個(gè)非常大的峰值，說明第一步道岔解鎖開始。轉(zhuǎn)轍機(jī)此時(shí)的機(jī)械動(dòng)作同步進(jìn)行，整個(gè)過程即為道岔解鎖。

（2）T2表示動(dòng)作區(qū)：在此過程中可以看出，其電流曲線相對(duì)直流電機(jī)的動(dòng)作曲線較為平直、光滑，因?yàn)槿嚯娏髦当容^平衡。在集中監(jiān)測(cè)曲線中，這段曲線相對(duì)比較平滑，該過程道岔處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)。

（3）T3表示鎖閉區(qū)：此時(shí)道岔動(dòng)作完畢，切斷啟動(dòng)電路，因此監(jiān)測(cè)曲線T3的尾部曲線明顯下降，即電流值降低。整個(gè)過程結(jié)束，轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)入鎖閉狀態(tài)。

（4）T4表示緩放區(qū)：此時(shí)有兩相電流曲線數(shù)值保持在0.45 A左右，另一相電流曲線降為0。該時(shí)間段為1啟動(dòng)繼電器（1DQJ）的緩放過程。在1DQJ的緩放時(shí)間里，三相動(dòng)作電流通過1DQJ、1啟動(dòng)復(fù)示繼電器（1DQJF）的前接點(diǎn)以及自動(dòng)開閉器的接點(diǎn)，串入室外的整流電路，形成兩相電流回路，小臺(tái)階曲線由此形成［3］。

2 道岔動(dòng)作電流曲線“小臺(tái)階”原理解析

2.1 產(chǎn)生原理

道岔啟動(dòng)電流曲線見圖2，當(dāng)?shù)啦韯?dòng)作快結(jié)束時(shí)，即1DQJ緩放的過程中，三相電中的兩相形成回路，另一相由于室外自動(dòng)開閉器接點(diǎn)斷開而斷電。并出現(xiàn)1個(gè)明顯的小臺(tái)階電流曲線，數(shù)值大約為0.45 A。在大約1 s之后，電流變?yōu)?，并且非常有規(guī)律，在道岔定反位相互轉(zhuǎn)換的過程中，此電流曲線的高度和時(shí)間基本不變，即為小臺(tái)階曲線［4］。

圖2 道岔啟動(dòng)電流曲線

分析ZYJ7轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電路得知，該現(xiàn)象是道岔控制電路、繼電器動(dòng)作時(shí)序和道岔動(dòng)作電流3方面相互作用共同引起的。轉(zhuǎn)轍機(jī)定位向反位扳動(dòng)，當(dāng)車站值班人員操縱道岔后，1DQJ↑，微機(jī)監(jiān)測(cè)動(dòng)作電流曲線開始記錄，當(dāng)出現(xiàn)較大峰值時(shí)，2啟動(dòng)繼電器（2DQJ）轉(zhuǎn)極，室外的三相交流電送出，斷相保護(hù)器（DBQ）工作，保護(hù)繼電器（BHJ）↑，三相電源為電動(dòng)機(jī)提供能量，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，道岔開始轉(zhuǎn)換。道岔動(dòng)作到位后，自動(dòng)開閉器接點(diǎn)由第1組打到第2組，此時(shí)道岔啟動(dòng)電路斷開，電動(dòng)機(jī)停止工作，道岔動(dòng)作電流曲線顯著下降，DBQ斷電，BHJ↓切斷了1DQJ的自閉電路，但因?yàn)?DQJ為緩放繼電器，1.2 s后才落下。因此，在1DQJ的緩放時(shí)間里，三相動(dòng)作電流通過1DQJ、1DQJF的前接點(diǎn)和自動(dòng)開閉器的相關(guān)接點(diǎn)，與室外的整流電路串聯(lián)，因?yàn)槠渲幸幌嚯娏鲾嚅_，所以形成兩相電流回路，即形成約0.45 A左右的小臺(tái)階電流［5］。

2.2 利用“小臺(tái)階”判斷道岔5條外線

在集中監(jiān)測(cè)軟件中通過三相交流轉(zhuǎn)轍機(jī)三相電源的相序進(jìn)行區(qū)分，用3種不同顏色的曲線分別表示A、B、C三相交流電。對(duì)集中監(jiān)測(cè)曲線進(jìn)行觀察，道岔5條外線判別見圖3。如何通過觀察道岔啟動(dòng)電流的3根曲線，即三相電源，找到對(duì)應(yīng)五線制道岔控制電路的哪3根外線，成為故障查找的重點(diǎn)。如果可以通過集中監(jiān)測(cè)曲線，在室外道岔啟動(dòng)電路出現(xiàn)問題時(shí)，準(zhǔn)確判斷是哪根外線開路，就能將故障范圍縮小，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行及時(shí)故障處理有著重要意義。

圖3 道岔5條外線判別

當(dāng)?shù)啦碛煞次幌蚨ㄎ粍?dòng)作時(shí)，使用的外線為X1、X2、X5，再結(jié)合道岔定位向反位動(dòng)作時(shí)使用的外線為X1、X3、X4的曲線顏色，發(fā)現(xiàn)“小臺(tái)階”共有的顏色為紫色，即為A相，使用的外線為X1。另一根黑線即為B相，使用的外線為X2，而沒有電流數(shù)值的另一根紅線即為C相，使用的外線為X5。綜上，“小臺(tái)階”檢查了X1和X2的回路。

同理，道岔由定位向反位動(dòng)作時(shí)，相同的紫色線為A相，對(duì)應(yīng)X1。另一根紅線即為C相，使用的外線為X3，沒有電流數(shù)值的另一根紅線即為B相，使用的外線為X4。綜上，“小臺(tái)階”檢查了X1和X3的回路。上述分析對(duì)于故障精確定位有著重要作用。具體辨別方法參見道岔啟動(dòng)電路使用外線列表（見表1）［6-7］。

3 基于LabVIEW的ZYJ7監(jiān)測(cè)曲線實(shí)現(xiàn)

在快速發(fā)展的虛擬儀器領(lǐng)域，LabVIEW編程語言被廣泛應(yīng)用，是一種圖片化形成語言將文字行制作轉(zhuǎn)換成圖片的軟件系統(tǒng)，在此采用LabVIEW虛擬軟件實(shí)現(xiàn)ZYJ7牽引道岔動(dòng)作監(jiān)測(cè)電流曲線的繪制。

表1 道岔啟動(dòng)電路使用外線列表

ZYJ7三相電流監(jiān)測(cè)曲線仿真程序框圖見圖4。首先建立1個(gè)while循環(huán)，在空白循環(huán)體中進(jìn)行程序編寫，利用“讀取電子表格文件”函數(shù)將電流曲線的數(shù)據(jù)從指定位置讀取每一行和列的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)置（因?yàn)檐浖胁杉瘮?shù)據(jù)時(shí)默認(rèn)為縱向，所以需要轉(zhuǎn)置，即將默認(rèn)值修改為T，默認(rèn)轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)類型保留小數(shù)點(diǎn)后3位），每組輸出數(shù)據(jù)即為1個(gè)二維數(shù)組，然后將其輸入到索引數(shù)組模塊中。三相電流數(shù)據(jù)即為3個(gè)輸入端，然后分別利用索引數(shù)組讀取第1行、第2行、第3行的數(shù)據(jù)，利用索引值的變化來選擇三相交流的動(dòng)作電流曲線。最后再輸入到波形圖表中，實(shí)現(xiàn)圖形的繪制［8-9］。

圖4 ZYJ7三相電流監(jiān)測(cè)曲線仿真程序框圖

程序編寫完成后，進(jìn)入前面板，鼠標(biāo)點(diǎn)擊紅色“運(yùn)行”按鈕，可以看到程序運(yùn)行，在選擇三相交流電的A、B、C相電流后，ZYJ7三相電流監(jiān)測(cè)曲線模擬仿真平臺(tái)中即顯示正在模擬的標(biāo)準(zhǔn)曲線（見圖5）。

4 故障排查案例

圖5 ZYJ7三相電流監(jiān)測(cè)曲線模擬仿真平臺(tái)

用虛擬儀器LabVIEW模擬采集三相動(dòng)作電流曲線，以實(shí)際采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并將各采集點(diǎn)以時(shí)間先后順序進(jìn)行連接，繪制出較為平滑的道岔動(dòng)作電流曲線，再將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作電流值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比與分析，就可直接在虛擬軟件LabVIEW中準(zhǔn)確而高效地判斷此時(shí)ZYJ7液壓道岔的運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)故障情況，即可進(jìn)行及時(shí)處理與維護(hù)。道岔動(dòng)作完畢后“小臺(tái)階”數(shù)值超標(biāo)曲線見圖6。

圖6 道岔動(dòng)作完畢后“小臺(tái)階”數(shù)值超標(biāo)曲線

三相交流曲線在1DQJ緩放之前表示正常，對(duì)道岔正常動(dòng)作曲線分析可知：表示回路電阻影響“小臺(tái)階”的電流數(shù)值。道岔動(dòng)作到位后，在1DQJ進(jìn)行緩放時(shí)，三相交流電向室外送出的是其中的兩相電，所以“小臺(tái)階”的大小通常為0.45 A左右，且電流數(shù)值應(yīng)保持不變。但圖6中此電流值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.45 A，接近1.00 A，說明表示電路中兩相電流回路有故障，導(dǎo)致回路中阻值發(fā)生變化［10］。其常見原因可能是室外道岔表示回路的整流電路出現(xiàn)故障，電阻開路或者二極管損壞。

5 結(jié)束語

隨著我國鐵路的不斷發(fā)展，ZYJ7電液轉(zhuǎn)轍機(jī)由于其性能優(yōu)勢(shì)且易于維護(hù)和保養(yǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。在對(duì)道岔動(dòng)作電流曲線中“小臺(tái)階”分析的基礎(chǔ)上，利用虛擬軟件LabVIEW進(jìn)行相關(guān)故障曲線擬合，可以更好地觀察故障曲線。結(jié)合故障實(shí)際案例進(jìn)行分析，表明使用鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來指導(dǎo)轉(zhuǎn)轍設(shè)備的日常維修至關(guān)重要。在后續(xù)研究中，還需對(duì)道岔動(dòng)作電流曲線中“小臺(tái)階”的形狀、數(shù)值、時(shí)間等內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行深入研究，同時(shí)結(jié)合虛擬儀器測(cè)試技術(shù)以及Lab-VIEW軟件的數(shù)據(jù)采集，開展精準(zhǔn)故障定位，進(jìn)一步提高維修效率。