動車組軸制動壓力開關(guān)故障淺析

孔祥峰，劉俊陽

(1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 南京 210031；2.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062)

1 引言

動車組列車制動是人為利用制動力使得列車減速、停車、阻止其運動或者加速的系統(tǒng)，是列車安全運行的保障，也是動車組技術(shù)的關(guān)鍵組成部分。制動故障，占動車組發(fā)生故障總數(shù)的一半以上，應(yīng)引起足夠的重視。發(fā)生制動故障不但會造成動車組途中停車晚點，如果處理不得當還會導(dǎo)致動車組救援，嚴重影響運輸秩序，只有準確地對動車組的制動故障進行判斷，及時排除故障，才能減少動車組途中停車，避免對運輸秩序的干擾。

2 壓力開關(guān)工作原理

該動車組采用的壓力開關(guān)內(nèi)有3個觸點(如圖1所示)，制動緩解狀態(tài)下，推桿在彈簧力作用下推動微動開關(guān)動作，常閉觸點2和1導(dǎo)通，向TCMS輸出低電平信號；制動施加狀態(tài)時，壓縮空氣推動隔膜及推桿，使微動開關(guān)動作，常開觸點3和1導(dǎo)通，此時向TCMS輸出高電平信號。

圖1 壓力開關(guān)參數(shù)及工作原理圖

3 軸制動壓力開關(guān)故障分析

3.1 問題描述

2020年4月以來，某動車組運行過程中共發(fā)生6起壓力開關(guān)B20.08、B20.09故障，具體如表1所示。

表1 壓力開關(guān)B20.08、B20.09故障統(tǒng)計

3.2 故障原因分析

上述6起壓力開關(guān)故障，故障現(xiàn)象均為動車組在制動狀態(tài)下，TD屏顯示某軸制動是未施加，而制動缸壓力顯示該軸制動為正常施加狀態(tài)，故障現(xiàn)象在TD屏上的顯示如圖2所示。

圖2 TD屏狀態(tài)圖標顯示制動未施加而制動缸壓力顯示制動為正常施加狀態(tài)

動車組制動缸壓力檢測是由壓力開關(guān)B20.08、B20.09和壓力傳感器B20.06、B20.07采集的，位置如圖3所示。

圖3 氣路原理圖

其中壓力開關(guān)B20.08監(jiān)測1軸和4軸的制動缸壓力，B20.09監(jiān)測2軸和3軸的制動缸壓力，并將制動施加、緩解狀態(tài)發(fā)送給TCMS。

壓力傳感器B20.06和B20.07將采集的制動缸壓力傳輸給BCU，BCU處理后將制動缸壓力數(shù)值傳輸給TCMS并通過TD屏進行查看。

通過制動缸壓力和現(xiàn)車實際狀態(tài)可確認，上述6起故障的原因是壓力開關(guān)故障，導(dǎo)致發(fā)送給TCMS的電信號狀態(tài)錯誤，從而在TD屏上顯示的狀態(tài)與其他軸及制動缸實際壓力均不一致。根據(jù)上述的壓力開關(guān)工作原理，結(jié)合現(xiàn)象為施加狀態(tài)(制動缸壓力上升)時出現(xiàn)故障，可進一步推斷故障是在壓力開關(guān)觸點1和3接觸時出現(xiàn)的。

3.3 試驗測試

故障壓力開關(guān)在試驗臺上測試結(jié)果如下:

(1)當風壓下降至0.3bar左右時達到壓力開關(guān)的切換壓力，開關(guān)信號瞬間切換，試驗臺L2燈常亮(如圖4所示)，測試功能正常；

圖4 壓力下降開關(guān)正常切換

(2)當風壓上升，至0.37bar時故障壓力開關(guān)信號切換，觸點1和3接通，試驗臺L4燈本應(yīng)常亮，但實際L4燈出現(xiàn)閃爍、虛亮等輸出信號不穩(wěn)定的現(xiàn)象(如圖5所示)，證明1和3觸點之間存在虛接現(xiàn)象。

圖5 故障壓力開關(guān)燈虛亮、閃爍

3.4 故障件拆解檢查

對故障件進行拆解，發(fā)現(xiàn)壓力開關(guān)電氣轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)的觸點3表面有“深色斑點”，如圖6所示。

圖6 故障壓力開關(guān)電氣觸點

試驗室對壓力開關(guān)金屬觸點接觸面上的“深色斑點”進行了檢驗。

檢驗方法:依據(jù)GB/T 17359－2012?電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則?標準，對樣品進行SEM＆EDS(掃描電子顯微鏡)分析。

檢驗結(jié)果:在金屬觸點上檢測出硅元素，如圖7所示。

圖7 第三方檢測結(jié)果顯示觸點上的“深色斑點”含硅元素

為調(diào)查硅氧化物的來源，對壓力開關(guān)工作環(huán)境及本身零部件中含有硅成分的材料進行篩查。軸制動壓力開關(guān)組成零部件按成分可分為四部分:金屬、塑料、橡膠、油脂，壓力開關(guān)組成零部件分解圖如圖8所示。通過各零部件成分篩查，僅橡膠隔膜中含硅，其他金屬部件、塑料外殼以及油脂均不含硅以及硅的氧化物。

圖8 T003F－K軸制動壓力開關(guān)分解圖

對橡膠隔膜進行SEM＆EDS(掃描電子顯微鏡)分析，分析結(jié)果:隔膜中含硅元素，如圖9所示。

圖9 壓力開關(guān)隔膜含硅

3.5 總結(jié)

(1)通過故障分析以及測試結(jié)果表明故障原因是壓力開關(guān)觸點3表面存在硅的氧化物，阻礙電流導(dǎo)通，導(dǎo)致電路虛接，造成TD屏誤顯示軸制動未施加的故障現(xiàn)象；

(2)壓力開關(guān)觸點3接通的是高電平電源，因此硅的氧化物形成可能與電流作用有關(guān)；

(3)通過成分篩查，僅壓力開關(guān)中的隔膜中含硅；

(4)通過各平臺壓力開關(guān)產(chǎn)品對比，該動車組的T003F－K型壓力開關(guān)采用的是－50℃的耐低溫硅橡膠隔膜。

壓力開關(guān)工作介質(zhì)以及內(nèi)部零部件的成分中僅隔膜屬于耐低溫硅橡膠材質(zhì)，隔膜中含有的硅成分在電流作用下，在3號觸點表面形成硅的氧化物，并阻礙電流導(dǎo)通，導(dǎo)致電路虛接，造成TD屏誤顯示軸制動未施加的故障現(xiàn)象。

4 整改措施

為保障現(xiàn)場運營需要，首先使用周轉(zhuǎn)件對現(xiàn)場該型號動車組壓力開關(guān)B20.08、B20.09進行試驗臺檢測篩選，將出現(xiàn)信號延遲、虛接的壓力開關(guān)替換為合格產(chǎn)品。

為徹底消除此類故障的發(fā)生，對問題型壓力開關(guān)進行整改，研發(fā)新型不含硅的壓力開關(guān)，取代故障產(chǎn)品，新型壓力的隔膜采用碳纖維材質(zhì)，完全不含硅成分。目前新型壓力開關(guān)已完成產(chǎn)品驗證，計劃在6組該型動車組上試裝，并進行30萬公里運用考核。已在運行的6組車上完成新型壓力開關(guān)的試裝，效果良好。