WEX型列車自動清洗機端刷擺出過位故障分析與解決

魏 鑫 林東起

(青島地鐵集團有限公司運營分公司 山東 青島 266000)

地鐵車輛用WEX型列車自動清洗機，端刷刷組的故障時有發(fā)生，影響洗車安全。其中常見的故障有：洗車時端刷無動作、端刷擺出過位、端刷不回位、端刷回位過慢等。

地鐵車輛前端洗洗車期間，左側(cè)端刷活動擋塊動作異常，升起到位后又落下，導(dǎo)致端刷刷組未擺出到工作位就停止，并直接擺動到180°的位置，發(fā)生端刷擺出過位故障，通過此故障，發(fā)現(xiàn)列車自動清洗機的緊急停止及安全保護系統(tǒng)也存在缺陷，未能保證在緊急停止?fàn)顟B(tài)沒有解除時，從自動狀態(tài)切換至手動狀態(tài)時端刷電磁閥保持不動，安全保護功能需要進一步完善。該故障反應(yīng)了端刷刷組無論是在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，還是PLC(可編程邏輯控制器)程序控制上，都存在一定的安全隱患。需要對端刷故障進行深入研究，提出改進措施。

1 列車自動清洗機端刷

1.1 端刷機械結(jié)構(gòu)

列車自動清洗機的端刷主要用于電客車前后端部的清洗。WEX型列車自動清洗機的端刷系統(tǒng)如圖1所示，由行走小車、端刷、轉(zhuǎn)動架、鏈輪、減速電機、氣動馬達、接近開關(guān)等組成。

圖1 端刷系統(tǒng)實物圖

行走小車為沿縱向可移動的兩輪單軌小車，通過4個方鋼管固定架與上部的天軌相連，由一變頻減速電機驅(qū)動運行。端刷安裝在一個可旋轉(zhuǎn)180°的轉(zhuǎn)動架上，由氣動馬達實現(xiàn)擺動。端刷后端連接減速電機，驅(qū)動刷軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動架上部有一減速電機驅(qū)動鏈輪，可使端刷沿導(dǎo)軌上下移動，上下限位處均裝有反饋端刷位置的接近開關(guān)。前端洗限位擋塊和后端洗限位擋塊由氣動馬達驅(qū)動，用于限制端刷擺動的角度。

1.2 端刷氣路原理

列車自動清洗機通過氣動馬達控制端刷的擺出和收回，氣動馬達的旋轉(zhuǎn)方向由換向電磁閥控制，工作氣壓由儲氣罐及氣動三聯(lián)件控制，控制示意圖如圖2所示。每個氣動馬達都有一對進出氣調(diào)節(jié)閥，并配有定位螺母。

1.3 端刷電氣控制

WEX型列車自動清洗機一般在自動模式下工作。列車以一定的速度通過洗車區(qū)段，系統(tǒng)檢測到各種光電信號、接近開關(guān)信號等，傳給PLC，PLC控制相應(yīng)執(zhí)行器完成相應(yīng)動作。

2 端刷擺出過位故障及其改進措施

2.1 端刷擺出過位故障

按照程序設(shè)定，當(dāng)列車自動清洗機進行前端洗時，前端洗限位擋塊首先升起，接近開關(guān)感應(yīng)到信號后傳至PLC程序，端刷再在氣動馬達的驅(qū)動下擺至90°的位置，然后行走小車移動，利用仿形技術(shù)對電客車前端面進行洗刷。洗刷完畢后，端刷回擺至零位，限位擋塊落下，前端洗洗車結(jié)束。

但在洗車過程中，偶有端刷活動擋塊動作異常，端刷擺出時，升起到位的活動擋塊突然落下，導(dǎo)致端刷未擺動到90°停止，而是過擺至180°，超出了限位。洗車人員按下緊急停止按鈕后，刷組停止動作，此時根據(jù)信號樓要求給司機綠燈信號，轉(zhuǎn)換模式為手動，刷組并未靜止，而是根據(jù)設(shè)定程序復(fù)位，從180°回擺至0°，從而發(fā)生端刷擺出過位故障。

2.2 改進措施

通過分析，端刷擺出過位故障的直接原因是前端洗限位擋塊馬達的一個調(diào)節(jié)閥脫落，導(dǎo)致氣動馬達失壓，擋塊回落。因此在日常檢修中，要時刻注意檢查調(diào)節(jié)閥和定位螺母，發(fā)現(xiàn)松動及時處理。

由于設(shè)備使用頻繁，調(diào)節(jié)閥難免會因氣壓波動和機械振動而松動、脫落，加之氣動控制存在不穩(wěn)定性，為進一步解決問題，提出了幾種改進措施。

2.2.1增加限位擋塊

原前后端洗限位擋塊均為活動擋塊，在氣動馬達的作用下升起或下落，容易受到氣壓不穩(wěn)的影響，為此通過將前端洗限位擋塊改為垂直的固定擋塊，后端洗限位擋塊改為水平固定擋塊，垂直固定擋塊可將端刷擺動限制在90°，水平固定擋塊不再起作用，也不會干擾端刷的擺動。

增加活動擋塊的限位裝置，使用M16螺栓固定，扭力為100 N。具體改動如圖3所示。增加限位擋塊后使得翻轉(zhuǎn)擋塊一直處于伸出狀態(tài)，變?yōu)楣潭〒鯄K，不再落下，端刷擺出后到達此位停止，正好是90°，即工作位置，完成洗刷作業(yè)，同時增加另一塊限位擋塊使得翻轉(zhuǎn)擋塊收入原始位置不會伸出，即不會與端刷擺出發(fā)生碰擦。

圖3 增加限位擋塊示意圖

這樣改動的工藝簡單，靈活性高，若復(fù)原成活動擋塊也具備可操作性。此方案中，機械結(jié)構(gòu)改變使得端洗流程得到簡化，端刷擺動的范圍由0～180°改為0～90°，垂直固定擋塊在前后端洗中都起到限位90°的作用，原后端洗限位擋塊不再起作用，這樣雖不會發(fā)生端刷擺出過位的故障，但是后端洗洗車存在一定的安全隱患，若換向電磁閥突然失電，端刷會由90°回擺至0°，容易打到電客車車體。為了解決此問題，將端刷二位五通閥改為三位五通閥，中間位為泄壓模式，這樣能保證端刷在后端洗作業(yè)時，即使出現(xiàn)電磁閥斷電故障，端刷組能夠保持在中間位置，不能立即擺回，也就不會打到車體。同時將現(xiàn)有的端刷控制接線箱結(jié)構(gòu)改成不銹鋼結(jié)構(gòu)，防止生銹和潮氣影響電磁閥和開關(guān)的狀態(tài)受到干擾。

2.2.2PLC程序改進

增加限位擋塊解決了端刷擺出過位故障，提高了前端洗洗車的安全性，簡化了后端洗洗車流程，基本排除了端刷系統(tǒng)的安全隱患。但是該措施仍存在不足之處，比如降低了后端洗洗車的安全性，若是司機發(fā)生溜車事故，有可能會撞到端刷，而未加限位塊的后端洗洗車作業(yè)就可避免此問題。由此提出PLC程序改進措施，在不改變端刷系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的情況下，通過優(yōu)化程序解決端刷擺出過位故障。

每個限位擋塊都配有2個接近開關(guān)，一個能感應(yīng)到限位擋塊垂直90°的位置，一個能感應(yīng)到水平0°的位置。端刷擺出過位故障中，前端洗限位擋塊最初正常升起，接近開關(guān)感應(yīng)到限位擋塊已垂直90°后將信號反饋給PLC程序，PLC程序繼而控制端刷擺動馬達的電磁閥得電，端刷擺出。然而后續(xù)限位擋塊落下，端刷仍繼續(xù)擺出，是因為原有程序中存在2個漏洞：一是系統(tǒng)沒有檢測到限位擋塊回落，二是端刷不在90°工作位，系統(tǒng)無安全保護動作。

針對第一個漏洞，增加中斷程序，即利用水平0°接近開關(guān)進行檢測，在端刷擺出過程中，如果該接近開關(guān)檢測到限位擋塊回落，則喚醒中斷程序，跳轉(zhuǎn)到新編寫的安全保護程序中，執(zhí)行緊急停止命令保護動作。

針對第二個漏洞，對端刷控制程序進一步完善安全保護，通過PLC控制程序?qū)崟r檢測端刷工作位狀態(tài)，一旦端刷離開工作位，控制程序立即執(zhí)行后退和上升動作，從而保證車輛的安全。

2.3 其他改進措施

洗車人員發(fā)現(xiàn)端刷過擺故障后，按下緊急停止按鈕，端刷無動作，此時并未影響電客車安全。但在引導(dǎo)車輛開出洗車庫時，需要切換到手動模式傳遞給司機綠燈信號，此時端刷會突然回位，導(dǎo)致端刷打到車體。對此故障可以采取以下改進措施。

(1)增加端刷信號燈的綠燈通行鑰匙開關(guān)控制。

在控制室操作臺增加一個信號燈控制鑰匙開關(guān)，如圖4所示。在鑰匙開關(guān)啟動的狀態(tài)下，前端洗和后端洗信號燈變綠燈通行，信號燈具有最高權(quán)限，平時有專人管理，在緊急情況下使用。

圖4 信號燈鑰匙開關(guān)

(2)增加緊急停止?fàn)顟B(tài)下手動/自動切換的安全保護。

完善緊急停止控制程序保護，在緊急停止沒有解鎖的狀態(tài)下，洗車機始終處于自動狀態(tài)，并不受手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的影響，防止在手動/自動轉(zhuǎn)換時發(fā)生電磁閥失電問題，這個功能可通過程序控制來實現(xiàn)。

3 結(jié)束語

通過以上分析地鐵自動清洗機的端刷擺出過位故障，提出了幾種改進方案，并應(yīng)用到實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)過實際應(yīng)用表明，以上措施解決了地鐵WEX自動清洗機端刷擺出過位造成的生產(chǎn)停止和隱患問題，提高了WEX自動清洗機的安全性?！?/p>