動(dòng)車(chē)組塞拉門(mén)主鎖故障分析

劉振宇 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京動(dòng)車(chē)段

隨著復(fù)興號(hào)的順利上線(xiàn)運(yùn)行，我國(guó)已經(jīng)成為世界上高鐵商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度最快的國(guó)家。在高速行駛狀態(tài)下，空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)將會(huì)對(duì)車(chē)輛產(chǎn)生顯著的影響，尤其是車(chē)輛進(jìn)出隧道、會(huì)車(chē)時(shí)產(chǎn)生的空氣壓力波，故而不斷刷新的運(yùn)營(yíng)速度對(duì)列車(chē)的可靠性、密封性提出了更高的要求。作為動(dòng)車(chē)的重要部件，供旅客上下車(chē)的側(cè)門(mén)主要采用電控電動(dòng)塞拉門(mén)方案。本文以CRH380BK 車(chē)型上使用的IFE 型塞拉門(mén)為例，對(duì)主鎖部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析與故障的梳理，促進(jìn)檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，降低側(cè)門(mén)故障率。

1 主鎖介紹

塞拉門(mén)的鎖閉機(jī)構(gòu)分為主鎖與輔助鎖兩種，其中輔助鎖采用電控氣動(dòng)的方式將門(mén)扇與邊框壓緊密貼，實(shí)現(xiàn)車(chē)體的密封。主鎖在輔助鎖的壓力作用下進(jìn)入鎖閉位置，使用棘輪結(jié)構(gòu)將門(mén)扇進(jìn)行機(jī)械式固定。

1.1 主鎖作用

門(mén)扇在開(kāi)關(guān)過(guò)程中依靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1 進(jìn)行移動(dòng)，在關(guān)閉的最后環(huán)節(jié)依靠輔助鎖提供的壓力實(shí)現(xiàn)密閉，從而帶動(dòng)主鎖進(jìn)入鎖閉位置，此時(shí)主鎖回轉(zhuǎn)爪的棘輪結(jié)構(gòu)可將門(mén)扇固定在關(guān)門(mén)位置，確保系統(tǒng)風(fēng)源或電源丟失情況下門(mén)扇不會(huì)打開(kāi)。

1.2 主鎖結(jié)構(gòu)

主鎖主要由鎖鉤、回轉(zhuǎn)爪、中心轉(zhuǎn)軸及上部的凸輪組成，在主鎖框架內(nèi)同時(shí)安裝有解鎖電機(jī)、解鎖凸輪、限位開(kāi)關(guān)等部件，下面主要介紹主鎖的本體結(jié)構(gòu)。

1.2.1 鎖鉤

鎖鉤為固定結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩顆螺栓與主鎖框架連接，位于門(mén)扇鎖柱行程范圍的末端，限制鎖柱繼續(xù)向關(guān)門(mén)方向運(yùn)動(dòng)。圖1 為鎖鉤俯視圖。

圖1 鎖鉤結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 回轉(zhuǎn)爪

回轉(zhuǎn)爪為可動(dòng)結(jié)構(gòu)，與鎖鉤上下排布，通過(guò)轉(zhuǎn)軸安裝在主鎖框架上。關(guān)門(mén)過(guò)程中，回轉(zhuǎn)爪在門(mén)扇鎖柱的水平力作用下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最終被限制在二級(jí)嚙合位，從而起到阻礙門(mén)扇鎖柱向開(kāi)門(mén)方向運(yùn)動(dòng)的作用。如圖2 所示，回轉(zhuǎn)爪在扭簧作用下持續(xù)受到順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的扭力，當(dāng)門(mén)扇鎖柱離開(kāi)時(shí)回轉(zhuǎn)爪自動(dòng)復(fù)位。

圖2 回轉(zhuǎn)爪及周邊部件結(jié)構(gòu)圖

1.2.3 主鎖中心轉(zhuǎn)軸

主鎖的中心轉(zhuǎn)軸是主鎖的重要組成部分，在轉(zhuǎn)軸上的多個(gè)凸頭分別承擔(dān)著鎖定與解鎖的功能，因主鎖的框架結(jié)構(gòu)將其在空間上分成三層，本文將其歸納為轉(zhuǎn)軸三層多杈樹(shù)結(jié)構(gòu)，從上到下分別為：

（1）頂層為與B7 限位開(kāi)關(guān)相互作用的凸輪；圖3 為凸輪與B7 限位開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)圖，B7.1、B7.2 指令電器將凸輪的狀態(tài)信號(hào)傳送至DCU 中，具備自動(dòng)復(fù)位功能。

圖3 中心轉(zhuǎn)軸頂層結(jié)構(gòu)圖

（2）中層為用于限制回轉(zhuǎn)爪的鎖定凸頭以及與解鎖電機(jī)M2 配合的解鎖凸頭，如圖2 所示，轉(zhuǎn)軸在扭簧作用下持續(xù)受到逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的扭力，電機(jī)凸輪在M2 解鎖電機(jī)被激活時(shí)在電機(jī)作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，并推動(dòng)主鎖中心轉(zhuǎn)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖定凸頭隨之離開(kāi)嚙合位，回轉(zhuǎn)爪在自身扭簧的作用下完成解鎖。圖4 為二級(jí)嚙合位回轉(zhuǎn)爪與鎖定凸頭的配合狀態(tài)。

圖4 二級(jí)嚙合位結(jié)構(gòu)圖

（3）底層為與緊急解鎖凸輪配合的解鎖凸頭。塞拉門(mén)的控制面板及外側(cè)車(chē)體各有一個(gè)緊急解鎖拉手，其原理在于解鎖拉手與主鎖處的解鎖凸輪通過(guò)鋼絲軟軸連接，拉動(dòng)解鎖拉手將會(huì)帶動(dòng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，配合中心轉(zhuǎn)軸底層的解鎖凸頭使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使中層的鎖定凸頭離開(kāi)嚙合位。圖5 為緊急解鎖部件的結(jié)構(gòu)圖。

圖5 主鎖緊急解鎖部分結(jié)構(gòu)圖

中心轉(zhuǎn)軸通過(guò)三層排布的方式，同時(shí)滿(mǎn)足電機(jī)與手動(dòng)兩種解鎖方式，并且通過(guò)與限位開(kāi)關(guān)的配合指示門(mén)扇的關(guān)閉狀態(tài)，解決了部件安裝的空間問(wèn)題。

2 主鎖故障

2.1 解鎖電機(jī)M2

2.1.1 工作原理

M2 解鎖電機(jī)通過(guò)凸輪與中心轉(zhuǎn)軸的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)主鎖的解鎖，其具體過(guò)程是：當(dāng)DCU 接收到開(kāi)門(mén)信號(hào)后，進(jìn)行輔助鎖氣缸排氣，給M2 電機(jī)兩端的X2.14、X2.16 端口供電，電機(jī)先轉(zhuǎn)動(dòng)約 60°，此時(shí)觸發(fā)B9 限位開(kāi)關(guān)，電機(jī)斷電停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)已經(jīng)完成了解鎖動(dòng)作，鎖定凸頭被電機(jī)凸輪旋轉(zhuǎn)至解鎖位置，將回轉(zhuǎn)爪釋放。98%限位開(kāi)關(guān)因?yàn)殚T(mén)扇的離開(kāi)被釋放，M2電機(jī)再次供電并開(kāi)始旋轉(zhuǎn) 300°，回到初始位置。在此過(guò)程中，主鎖的中心轉(zhuǎn)軸一直受到電機(jī)凸輪的作用力，當(dāng)電機(jī)復(fù)位時(shí)，中心轉(zhuǎn)軸在自身扭簧作用下復(fù)位，確保主鎖正常解鎖。

2.1.2 故障分析

在DCU 發(fā)出系列開(kāi)門(mén)信號(hào)時(shí)，門(mén)未能檢測(cè)到正常解鎖將會(huì)報(bào)出閃動(dòng)代碼3 次，可通過(guò)查看診斷代碼進(jìn)行判斷。（1）215 代碼是指門(mén)解鎖電機(jī)的電源端口激活，但在3 s 內(nèi)DCU沒(méi)有接收到B9 的信號(hào)輸入，判斷電機(jī)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)到解鎖位置。通過(guò)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)電機(jī)沒(méi)有動(dòng)作時(shí)，可檢查M2 電機(jī)的接線(xiàn)及端子 X2.14、X2.16、X12.12、X12.13、X14.1、X14.2，同時(shí)測(cè)量二極管R3、R5 以及電阻R4 兩端電壓，確認(rèn)是否有擊穿燒損的情況。當(dāng)電機(jī)正常工作、解鎖動(dòng)作正常時(shí)，可查看B9 限位開(kāi)關(guān)狀 態(tài) ， 并 檢 查 其 接 線(xiàn) 及 端 子 X14.3、X14.5、X1.11、X12.1、X12.8。（2）216 代碼是指門(mén)扇被阻塞在關(guān)門(mén)的位置，此時(shí)可能為輔助鎖未能正常排風(fēng)，將門(mén)壓緊在鎖閉位置；M2 電機(jī)未能正常解鎖，主鎖阻礙門(mén)扇鎖柱的移動(dòng)；98%限位開(kāi)關(guān)反饋的信號(hào)異常；DCU 故障及其他機(jī)械問(wèn)題導(dǎo)致的卡滯問(wèn)題。（3）當(dāng)電機(jī)能夠正常解鎖但轉(zhuǎn)速低時(shí)，可能為R3、R4、R5 故障。如圖6所示，R3 為齊納二極管。在反向擊穿前都具有很高電阻，當(dāng)被擊穿后，其反向電阻會(huì)降到一個(gè)很小值，在這個(gè)低阻區(qū)中反向電流增加而電壓則保持恒定，從而起到穩(wěn)壓的作用。

圖6 M2 電機(jī)電路圖

2.2 緊急解鎖組件

2.2.1 工作原理

DCU 接收從BCU 發(fā)送的速度信號(hào)，當(dāng)列車(chē)速度低于10 km/h，可通過(guò)緊急解鎖拉手進(jìn)行門(mén)的緊急解鎖。當(dāng)DCU 接收到V>10 km/h 的速度信號(hào)時(shí)，將會(huì)給X2.4 端口供電，使K4 電磁鐵得電吸合，緊急手柄機(jī)械解除耦合狀態(tài)。在不工作的條件下或應(yīng)急開(kāi)關(guān)動(dòng)作且速度 V<10 km/h 時(shí)，K4 出于失電狀態(tài)，緊急手柄耦合。針對(duì)緊急情況，可通過(guò)按壓操作面板上的按鈕或是旋轉(zhuǎn)方形應(yīng)急開(kāi)關(guān)將請(qǐng)求信號(hào)發(fā)送給DCU，DCU 可控制 X2.4 端口失電。

2.2.2 故障分析

緊急解鎖組件的故障多集中于以下幾點(diǎn)：（1）電磁鐵K4 故障。金屬擋桿發(fā)生卡滯導(dǎo)致部件無(wú)法正常耦合或解耦；K4 電路發(fā)生斷路，電磁鐵無(wú)法正常勵(lì)磁，緊急解鎖裝置持續(xù)處于耦合狀態(tài)，在列車(chē)運(yùn)行中被手動(dòng)解鎖影響行車(chē)安全。（2）鋼絲軟軸固定螺栓松動(dòng)。緊急解鎖裝置是通過(guò)鋼絲軟軸拉動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)解鎖，鋼絲軟軸穿過(guò)凸輪上的工藝孔，末端被螺栓緊固。當(dāng)螺栓松動(dòng)時(shí)鋼絲軟軸的拉力無(wú)法傳遞到凸輪上，使解鎖功能失效。

2.3 關(guān)閉并鎖閉限位開(kāi)關(guān)

2.3.1 工作原理

在門(mén)關(guān)閉壓緊狀態(tài)下，主鎖中心轉(zhuǎn)軸上的鎖定凸頭進(jìn)入二級(jí)嚙合位，同時(shí)中心轉(zhuǎn)軸會(huì)帶動(dòng)頂部的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而觸發(fā)上下排布的B7.1、B7.2“關(guān)閉并鎖閉”限位開(kāi)關(guān)，使其由彈出位變?yōu)閴喝胛弧?/p>

單節(jié)車(chē)廂四扇或兩扇塞拉門(mén)的B7.1、B7.2 限位開(kāi)關(guān)串聯(lián)在一起，形成的硬線(xiàn)回路將信號(hào)傳遞至KLIP 站，同時(shí)也會(huì)將信號(hào)發(fā)送至DCU 中，并經(jīng)由MVB 總線(xiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)姆绞絺鬟f到中央控制單元。

2.3.2 故障分析

B7 的故障多集中于兩點(diǎn)：（1）限位開(kāi)關(guān)內(nèi)部燒損斷路、進(jìn)水短路以及接線(xiàn)松脫，導(dǎo)致DCU 無(wú)法接收到正確的信號(hào)。（2）轉(zhuǎn)軸上凸輪發(fā)生位置偏移，出現(xiàn)無(wú)法正常觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)和持續(xù)壓緊限位開(kāi)關(guān)兩種情況。

3 檢修建議

（1）加強(qiáng)對(duì)電機(jī)、限位開(kāi)關(guān)等用電設(shè)備的狀態(tài)檢查，確保動(dòng)作正常無(wú)卡滯，無(wú)電蝕、燒損、進(jìn)水等情況，接線(xiàn)及端子無(wú)斷線(xiàn)、虛接的情況。

（2）做好主鎖部件的清潔與潤(rùn)滑，重點(diǎn)檢查各摩擦面的狀態(tài)，杜絕異常磨損、裂紋等情況，并在摩擦部位涂抹潤(rùn)滑脂。加強(qiáng)對(duì)主鎖部件尺寸的測(cè)量，確保運(yùn)動(dòng)部件間不會(huì)發(fā)生異常干涉。

（3）檢查各螺栓的安裝狀態(tài)，重點(diǎn)螺栓涂打防松標(biāo)記，便于檢修人員確認(rèn)。

（4）建立塞拉門(mén)檢修故障數(shù)據(jù)庫(kù)，定期梳理重點(diǎn)故障，總結(jié)季節(jié)性、線(xiàn)路性故障，做好故障的預(yù)判與預(yù)防。