地鐵車輛司控器故障分析及改進(jìn)措施

高成龍 連帥

摘? 要：地鐵車輛司控器是司機(jī)操作列車的主要電器，其性能直接影響列車行車安全性及穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：地鐵;司控器;故障;改進(jìn)措施

司控器是操作列車的主要電器，當(dāng)車輛運(yùn)行中出現(xiàn)機(jī)械鎖卡滯、速動(dòng)開關(guān)失效、機(jī)構(gòu)變形等故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致司機(jī)室換端失效、牽引制動(dòng)指令丟失、主控手柄不能歸零等現(xiàn)象，從而影響車輛運(yùn)行安全?；诖?，本文詳細(xì)探討了地鐵車輛司控器故障及其改進(jìn)措施。

一、司控器概述

地鐵車輛司控器包含地鐵車輛大部分主要操作部件，即主控鑰匙、牽引系統(tǒng)控制操作手柄、地鐵運(yùn)行模式選擇器等。在地鐵車輛正常運(yùn)行期間，司機(jī)先要通過司機(jī)鑰匙開啟主控系統(tǒng)，并將列車運(yùn)行狀態(tài)設(shè)為“ON”，然后才能使用司控器控制功能。此外，司控器最重要功能部件是模式選擇器，包括地鐵列車運(yùn)行的六種操作模式，即自動(dòng)列車操作（ATO）、編碼手動(dòng)控制（CM）、限制手動(dòng)前行（RMF）、受限手動(dòng)倒車（RMR）、清洗模式（WM）、空檔停車模式（OFF）。明確司控器主要控制部件及控制功能實(shí)現(xiàn)要素，是地鐵列車正常運(yùn)行基本保證，也是影響地鐵列車穩(wěn)定性及安全性的重要因素。

二、地鐵車輛司控器故障原因

1、機(jī)械鎖卡滯。機(jī)械鎖解鎖時(shí)，旋轉(zhuǎn)鎖芯轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯、旋轉(zhuǎn)阻力大、鑰匙插拔不順暢等，導(dǎo)致司控器無法正常激活。其原因有：①鑰匙材質(zhì)不能滿足使用要求，使用中有磨損和彎折，導(dǎo)致鑰匙邊緣變形、尺寸變化、插拔不順暢;②鑰匙是一個(gè)下沉的彈子孔結(jié)構(gòu)，污物在彈子孔內(nèi)長(zhǎng)期積聚，導(dǎo)致彈子動(dòng)作不靈活，機(jī)械鎖卡滯，無法解鎖;③旋轉(zhuǎn)鎖芯和鎖體之間有污垢堆積，并且彈子會(huì)突出，鎖芯會(huì)與機(jī)械鎖表面摩擦，造成一定程度的磨耗，導(dǎo)致鎖芯轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大，解鎖時(shí)卡滯或無法解鎖。

2、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)功能失效。在司控器解鎖過程中，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)將動(dòng)作。若互鎖功能失效，在此過程中方向旋鈕卡滯或無法轉(zhuǎn)動(dòng)，司機(jī)室將無法換端、駕駛模式無法切換等。其原因是：①聯(lián)鎖桿機(jī)構(gòu)緊固螺栓松動(dòng)，桿頭行程位移，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)無法觸發(fā)，導(dǎo)致互鎖功能失效;②聯(lián)鎖桿頭與支撐塊摩擦力大，彈簧片彈力不足或過緊，導(dǎo)致底槽無法準(zhǔn)確、順暢貼合定位輪，致使方向旋鈕卡滯或無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

3、換向卡盤限位片變形。通常，方向旋鈕換向卡盤的“斷開”限位片和其他檔位限位片均位于換向卡盤盤面，換向卡盤能在調(diào)速卡盤凹槽中靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)“斷開”限位片變形時(shí)，它將阻擋方向旋鈕旋轉(zhuǎn)到“斷開”位，導(dǎo)致司機(jī)室無法換端。

當(dāng)司控器換向卡盤將主控手柄鎖定在“斷開”位時(shí)，換向卡盤與調(diào)速卡盤間設(shè)計(jì)有不小于0.16mm間隙。當(dāng)T型手柄受到較大外力時(shí)，外力通過調(diào)速軸傳遞到調(diào)速卡盤，調(diào)速卡盤凹槽下端在換向卡盤“斷開”限位片上形成向上作用力。當(dāng)作用力足夠大時(shí)，將導(dǎo)致“斷開”限位片塑性變形并向上翹起，限位片將與槽內(nèi)壁摩擦，導(dǎo)致方向旋鈕卡滯。

4、速動(dòng)開關(guān)卡滯。司控器主控手柄、方向旋鈕、機(jī)械鎖均配有速動(dòng)開關(guān)，通過凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)觸發(fā)不同速動(dòng)開關(guān)，完成車輛監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)司控器輸出信號(hào)的采集。當(dāng)速動(dòng)開關(guān)內(nèi)部機(jī)構(gòu)卡滯時(shí)，導(dǎo)致觸點(diǎn)不能正常閉合和斷開，列車不能正常換端，致使無法關(guān)閉客室車門、丟失指令、車輛牽引失效等。速動(dòng)開關(guān)卡滯原因?yàn)椋孩偻鈿せ騽?dòng)作機(jī)構(gòu)變形;②彈簧力不足;③灰塵顆粒進(jìn)入速動(dòng)開關(guān)內(nèi)部。

三、結(jié)構(gòu)改進(jìn)和維修運(yùn)用策略

1、改進(jìn)機(jī)械鎖結(jié)構(gòu)

①機(jī)械鎖改為無彈子式結(jié)構(gòu)。為避免機(jī)械鎖卡滯、磨損和變形等，將原彈子式機(jī)械鎖更換為無彈子式機(jī)械鎖。無彈子式機(jī)械鎖部件包括鎖體、鎖蓋、鎖芯、鑰匙和滾珠軸承等。

插入鑰匙后，可直接轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鎖體。鎖芯與鎖體間采用免維護(hù)密封滾珠軸承轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，避免原機(jī)械鎖芯與鎖體直接摩擦造成的磨損，能有效提高機(jī)械鎖使用壽命。機(jī)械鎖鑰匙由SCS13奧氏體不銹鋼制成，硬度為HRB85，可防止鑰匙在使用中因邊緣變形和磨損等而解鎖失效。

為驗(yàn)證新型機(jī)械鎖使用壽命和穩(wěn)定性，采用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，模擬無彈子機(jī)械鎖開關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，鑰匙和機(jī)械鎖部件完好無損，機(jī)械鎖開關(guān)動(dòng)作靈活，無卡滯現(xiàn)象。根據(jù)線路運(yùn)營時(shí)間和檢修需要，機(jī)械鎖按平均每天20次運(yùn)行計(jì)算，可滿足司控器30年設(shè)計(jì)壽命要求。

②采取防塵設(shè)計(jì)。為解決灰塵進(jìn)入機(jī)械鎖造成的機(jī)械卡滯，根據(jù)地鐵車輛運(yùn)行環(huán)境，采用防塵設(shè)計(jì)。先在鎖體上安裝可旋轉(zhuǎn)封蓋，當(dāng)鑰匙未插入時(shí)，旋轉(zhuǎn)封蓋蓋住鎖芯孔，防止灰塵進(jìn)入。封蓋一端固定在鎖體上，另一端設(shè)計(jì)有用于自鎖緊的圓形球頭，該方法可用于原彈子式結(jié)構(gòu)或防塵效果差的機(jī)械鎖。另外，改變鎖芯結(jié)構(gòu)。鎖芯兩側(cè)增加兩個(gè)防塵通槽，若污物進(jìn)入鎖芯，可直接從兩個(gè)防塵通槽中排出，達(dá)到防塵效果。

2、維修運(yùn)用策略

1）完善檢修規(guī)程。根據(jù)檢修規(guī)程，日常檢查中對(duì)司控器進(jìn)行功能檢查，未規(guī)定司控器的維護(hù)。為避免聯(lián)鎖件結(jié)構(gòu)松動(dòng)、失效、換向卡盤變形、速動(dòng)開關(guān)失效等故障，在日常檢修維護(hù)中增加半年檢查，其內(nèi)容為：①檢查換向卡盤，測(cè)量調(diào)速卡盤與換向卡盤間隙量。若不符合要求，調(diào)整微動(dòng)定位彈簧片前后位置。②轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械鎖鑰匙和方向旋鈕，檢查聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作是否靈活，是否錯(cuò)位。③手動(dòng)測(cè)試速動(dòng)開關(guān)是否卡滯，并根據(jù)接線端子力矩標(biāo)準(zhǔn)緊固速動(dòng)開關(guān)接線，以避免接線松動(dòng)導(dǎo)致失效。④潤滑聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)摩擦點(diǎn)、調(diào)速卡盤、電位器齒輪、聯(lián)鎖桿和支撐塊等位置，確保其正常聯(lián)動(dòng)。

2）優(yōu)化操作指南。規(guī)定主控手柄最大操作力，包括將主控手柄從最大制動(dòng)位置拉到快速制動(dòng)位置，將主控手柄推到最大牽引位，不允許超過100N，以防換向卡盤變形。當(dāng)主控手柄鎖在“0”位時(shí)，操作力不應(yīng)超過100N，以免損壞司控器內(nèi)部聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)。

3）使用司控器試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試其性能。為保證司控器性能穩(wěn)定、運(yùn)行靈活，降低上線故障率，研制司控器動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)臺(tái)。司控器維修后或新司控器裝車使用前，應(yīng)對(duì)司控器性能進(jìn)行預(yù)防性測(cè)試。試驗(yàn)臺(tái)由上位機(jī)、下位機(jī)組成，其中，上位機(jī)用于發(fā)送和接收命令、處理變量，并將數(shù)據(jù)顯示給用戶。下位機(jī)包括電源模塊、數(shù)字量輸入輸出單元、電位器采集單元等，用于采集數(shù)據(jù)，與上位機(jī)通信，接收命令后將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)通過RS485與下位機(jī)通信。檢測(cè)時(shí)，將司控器接口與測(cè)試臺(tái)接口連接。

試驗(yàn)時(shí)，通過操作司控器每個(gè)檔位，下位機(jī)采集各速動(dòng)開關(guān)動(dòng)作和各級(jí)位輸出電壓等信號(hào)，并將其傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位機(jī)將存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際傳輸模擬量比較，計(jì)算百分比，并以柱狀圖形顯示牽引力和制動(dòng)力。若牽引力實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值相比超差則報(bào)警。上位機(jī)顯示各速動(dòng)開關(guān)是否處于良好狀態(tài)。

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