地鐵不落輪鏇床輪對無法裝夾故障分析

王寧寧，于 洋

（青島地鐵運營有限公司運營三中心車輛維保部，山東青島 266041）

0 引言

某地鐵3 號線運營時間已近9 年，隨著電客車運營里程數(shù)的不斷增加，輪對磨耗越來越嚴(yán)重，輪對擦傷、剝離、輪緣磨耗等現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，亟需開展電客車輪對鏇修作業(yè)，因此，保證不落輪鏇床正常的輪對裝夾及鏇修至關(guān)重要。

1 問題

某地鐵3 號線鏇修一列電客車5 車1 軸時左側(cè)驅(qū)動輪突然發(fā)出刺耳摩擦聲，按下“退刀鍵”，左側(cè)刀架回位，右側(cè)刀架未動作，不落輪鏇床主軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)未停止，此時主軸指示燈“啟動”“停止”同時亮起。重啟設(shè)備進行輪對裝夾作業(yè)時，輪對無法正常裝夾。

2 故障經(jīng)過

2020 年2 月27 日16 時25 分，設(shè)備車間班組人員鏇修電客車0308 車5 車1 軸時，左側(cè)驅(qū)動輪突然發(fā)出刺耳摩擦聲，操作人員緊急按下“退刀”鍵，此時左側(cè)刀架回位，右側(cè)刀架未動作，不落輪鏇床主軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)未停止，主軸指示燈“啟動”“停止”同時亮起。操作人員點擊主軸“停止”鍵，主軸無法停止，點擊“復(fù)位”鍵，依然無法停止。

16 時26 分，操作人員拍下“急?！卑粹o，不落輪鏇床停止鏇修作業(yè)。

16 時27 分，操作人員打開“急停”按鈕，啟動“液壓”按鍵，打開“自動模式”，選擇“松開”，不落輪鏇床驅(qū)動輪落下、輪對落下。

16 時28 分，技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場，聯(lián)合操作人員對該鏇修輪對進行檢查，發(fā)現(xiàn)該輪對左側(cè)車輪踏面有2 cm鏇修寬度、深度0.5 mm 的臺階，輪對其他方面無異常，不落輪鏇床設(shè)備功能正常、設(shè)備本身也無異常。

16 時35 分，操作人員準(zhǔn)備對該輪對重新進行裝夾鏇修作業(yè)，操作驅(qū)動輪舉升輪對，操作壓爪壓緊軸箱，將側(cè)壓輪靠緊輪對，按下“啟動”按鈕，輪對依舊持續(xù)轉(zhuǎn)動不停止，顯示屏顯示“驅(qū)動超時”報警，裝夾作業(yè)無法完成。經(jīng)過多次嘗試，該輪對仍然無法完成裝夾。

17 時，操作人員重啟不落輪鏇床，將0308 車5 車2 軸推上不落輪鏇床，該條輪對可正常完成裝夾和鏇修作業(yè)，隨后操作人員開展其他剩余輪對裝夾，均可完成裝夾及鏇修作業(yè)。此時，操作人員認(rèn)為故障已解除，設(shè)備恢復(fù)正常。

2020 年2 月28 日9 時，操作人員將5 車1 軸推上不落輪鏇床進行裝夾，不落輪鏇床出現(xiàn)與2 月27 日同樣的“驅(qū)動超時”報警，5 車1 軸輪對依舊無法裝夾，多次重啟不落輪鏇床嘗試、仍無法完成裝夾。

2020 年2 月28 日，在未完成0308 車5 車1 軸鏇修作業(yè)的情況下進行交車。

2020 年2 月29 日—3 月1 日，操作人員多次使用不落輪鏇床對試切輪對進行裝夾測量，不落輪鏇床均可正常完成裝夾和鏇修作業(yè)。

2020 年3 月2 日，操作人員繼續(xù)嘗試0308 車5車1 軸裝夾，仍無法完成裝夾作業(yè)，班組人員被迫交車。

2020 年3 月4 日，檢修車間同設(shè)備車間進行溝通協(xié)調(diào)，研究是否可通過拆下5 車1 軸輪對后單獨運至鏇輪庫進行裝夾鏇修。

2020 年3 月5 日14 時，檢修車間拆下0308 車5 車1 軸運至鏇輪庫推至不落輪鏇床，此時輪對方向與2 月27 日、2 月28 日故障時方向相反。

14 時20 分，設(shè)備車間操作人員及技術(shù)人員同不落輪鏇床廠家技術(shù)人員進行鏇修前視頻交流，廠家建議操作人員通過錄像記錄下無法裝夾時PLC 中兩個輪架參數(shù)（DB302.DBD20、DB302.DBD24）跳動情況，發(fā)給廠家技術(shù)人員進行故障分析（圖1）。

圖1 調(diào)整裝夾時PLC 輪架參數(shù)

14 時50 分，操作人員對該輪對進行裝夾，不落輪鏇床未出現(xiàn)前期“驅(qū)動超時”報警現(xiàn)象，該輪對可正常完成裝夾和鏇修（圖2）。

圖2 輪對拆卸后不落輪鏇床裝夾作業(yè)

3 故障分析與建議

3.1 故障分析

輪對鏇修過程：列車輪對鏇修需要保證每節(jié)輪對直徑的統(tǒng)一（輪對鏇修以節(jié)為單位），并結(jié)合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進行鏇輪作業(yè)，具體工作內(nèi)容如下：①封鎖現(xiàn)場并進行線路出清，DCC 請點；②檢查設(shè)備工作狀態(tài)以及車輛輪對軸箱狀態(tài)，進行機床預(yù)熱；③用公鐵兩用車連掛被鏇車輛，并牽引被鏇車輛；④輪對裝夾，輪對加載；⑤加工前測量；⑥加工作業(yè)，且在加工后進行測量并打印。通過上述具體作業(yè)內(nèi)容，交付車輛時必須完成整數(shù)節(jié)列車的鏇修工作，要注意考慮鏇輪作業(yè)的連續(xù)性。

（1）不落輪鏇床鏇修5 車1 軸時按下“退刀”鍵主軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)未停止，而設(shè)備重啟后，鏇修其他輪對時均正常，未出現(xiàn)前期“驅(qū)動超時”報警現(xiàn)象。檢查不落輪鏇床，設(shè)備功能及外觀狀態(tài)均未發(fā)現(xiàn)異常。檢查電客車輪對，除踏面有2 cm 鏇修寬度、深度0.5 mm 的臺階外也未發(fā)現(xiàn)其他異常，故初步判斷不落輪鏇床主軸旋轉(zhuǎn)未停止原因為運行過程中程序卡死。

（2）不落輪鏇床輪對徑向裝夾方式采用摩擦驅(qū)動輪、下壓系統(tǒng)上下作用固定。

下壓系統(tǒng)：該不落輪鏇床下壓系統(tǒng)采用下壓式外軸承固定裝置。利用外軸承固定裝置可在加工軸負(fù)載較小的輪對時使驅(qū)動輪以較大的力壓在輪對上。同時，通過這一裝置，輪對緊靠在軸承箱上，實現(xiàn)徑向固定。提升缸通過驅(qū)動輪架和輪對壓在外軸承固定裝置上的附加負(fù)荷不允許超過每輪70 kN。底板可固定下壓爪，下壓爪必須與軸承箱和需要加上的附加負(fù)荷相匹配。

輪對驅(qū)動系統(tǒng)：該不落輪鏇床輪對驅(qū)動系統(tǒng)輪對的固定和驅(qū)動通過在豎直方向浮動的摩擦輪驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)。用于傳遞功率的4 個摩擦輪置放在輪架上，分別成對地安裝在機床的兩側(cè)。每個摩擦輪驅(qū)動輪分別通過一個異步電機和一個法蘭連接的減速器對每個驅(qū)動輪單獨進行驅(qū)動。機架上的4 個輪架置放在盤形彈簧墊圈上，彼此獨立。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在抬起輪對時輪對重量對盤形彈簧墊圈進行額外預(yù)緊，該預(yù)緊使系統(tǒng)中輪盤和摩擦輪之間的附著摩擦力持續(xù)存在，因此摩擦輪可貼著可能存在的不圓度和踏面擦傷同步運動。

輪對裝夾受力分析：如圖3 所示，下壓式外軸承固定裝置作用力為P2，輪對負(fù)載作用力為P1，摩擦驅(qū)動輪作用力為P，P=P1+P2。2 月27 日，左側(cè)輪對踏面存在寬2 cm 深0.5 mm 的臺階，且左側(cè)摩擦驅(qū)動輪固定時恰好接觸該輪對踏面臺階，導(dǎo)致該輪對裝夾時輪對旋轉(zhuǎn)有輕微晃動，不落輪鏇床程序檢測到P1、P2壓力均不穩(wěn)定、壓緊力P 不穩(wěn)定，無法滿足不落輪鏇床“輪架壓力穩(wěn)定”的裝夾條件，輪對無法完成正常裝夾。2 月28 日，通過輪對旋轉(zhuǎn)180°后，PLC 中兩個輪架參數(shù)（DB302.DBD20、DB302.DBD24）跳動情況相對穩(wěn)定，輪對裝夾后旋轉(zhuǎn)時程序檢測到P1、P2壓力相對穩(wěn)定，壓緊力P 穩(wěn)定，達(dá)到“輪架壓力穩(wěn)定”裝夾條件，輪對完成裝夾。

圖3 輪對裝夾受力分析

3.2 驅(qū)動輪同步

輪對的固定和驅(qū)動通過在豎直方向浮動的摩擦輪驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)。用于傳遞功率的4 個摩擦輪置放在輪架上，分別成對地安裝在機床的兩側(cè)（圖4）。

圖4 摩擦驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)示意

摩擦驅(qū)動輪的同步運動分為上下運動和轉(zhuǎn)動，分別由PLC、NC 控制。摩擦驅(qū)動輪的同步轉(zhuǎn)動采用西門子主從動技術(shù)，NC 通過變頻器S120 可以控制電機的轉(zhuǎn)動，SP1 主軸主動，SP2、SP3 和SP4 從動，從而保證4個驅(qū)動輪同步轉(zhuǎn)動。同步轉(zhuǎn)動的4 臺電機安裝在4 個驅(qū)動軸上，且4 臺電機均配備編碼器與電機同步旋轉(zhuǎn)，編碼器可以檢測電機的旋轉(zhuǎn)角度信號，編碼器同NC 連接，NC 進行計數(shù)轉(zhuǎn)換成具體的位置信號，這樣編碼器可以實時反饋電機移動的位置，實現(xiàn)定位控制。當(dāng)電機出現(xiàn)故障時，編碼器會將信號及時反饋給NC 報警，設(shè)備停止動作。

摩擦驅(qū)動輪的上下運動通過回轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)，不落輪鏇床每側(cè)各有一個通過液壓缸運動的回轉(zhuǎn)裝置，用于轉(zhuǎn)動兩個輪架并在豎直方向?qū)蓚€輪架進行調(diào)節(jié)。每側(cè)的液壓缸通過一個比例閥和一個稱重傳感器搭配控制，比例閥可用于流量和壓力控制，控制液壓缸的方向和速度；稱重傳感器將輪對稱重信息反饋給PLC，PLC 控制兩側(cè)比例閥控制液壓缸的運動，從而控制摩擦驅(qū)動輪的同步上下運動。當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障而無法完成同步頂升動作時，也就是稱重傳感器檢測到輪架壓力出現(xiàn)偏差時，會將信號及時反饋給PLC 發(fā)出超差報警，設(shè)備停止動作。

綜上所述，通過對比2 月27 日及3 月5 日PLC 中兩個輪架參數(shù)跳動情況，可判斷2 月27 日0308 車5 車1 軸左側(cè)輪對無法裝夾的原因是寬2 cm 深0.5 mm 的臺階使得稱重傳感器檢測到輪架壓力出現(xiàn)偏差而無法完成正常裝夾，非不落輪鏇床運行過程中程序卡死。

3.2 改進措施及效果

（1）設(shè)備車間持續(xù)對接供應(yīng)商，研究不落輪鏇床優(yōu)化的可行性，針對不落輪鏇床程序運行情況做好后續(xù)跟蹤，以及是否可以優(yōu)化輪架壓力偏差檢測方式。

（2）針對輪對磨耗嚴(yán)重容易引發(fā)該類問題，建議后續(xù)檢修車間做好電客車輪對磨耗跟蹤，及時排程組織開展電客車輪對鏇修工作，避免輪對狀態(tài)不好的車拖延安排鏇修，致使輪對狀態(tài)較差無法正常實施輪對鏇修，影響電客車的平穩(wěn)運行。

（3）通過后續(xù)跟蹤輪對鏇修作業(yè)一年，不落輪鏇床鏇修過程中均未再出現(xiàn)輪對無法裝夾故障。

4 結(jié)束語

通過分析研究發(fā)現(xiàn)，造成2 月27 日0308 車5 車1 軸時左側(cè)輪對無法裝夾故障的根本原因為一側(cè)輪對踏面臺階致使輪對裝夾力不穩(wěn)定，使不落輪鏇床裝夾后無法滿足不落輪“輪架壓力穩(wěn)定”裝夾條件，不落輪鏇床無法完成正常裝夾。在后續(xù)的輪對鏇修策略及排程中，檢修人員需做好輪對狀態(tài)跟蹤分析，輪對狀態(tài)不好時及時安排輪對鏇修，避免出現(xiàn)因輪對狀態(tài)較差無法正常實施輪對裝夾，影響輪對的鏇修作業(yè)，提高設(shè)備的運行質(zhì)量，保障運營生產(chǎn)。