劉少波

西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司

關(guān)于西安地鐵DKZ27型電客車(chē)客室側(cè)門(mén)行程開(kāi)關(guān)質(zhì)量分析

劉少波

西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司

地鐵車(chē)輛的客室車(chē)門(mén)在運(yùn)營(yíng)中頻繁使用，因而導(dǎo)致其故障率比較高。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)三次防夾、鎖閉故障、三秒不釋放等故障，而在后續(xù)多次試驗(yàn)時(shí)故障未能重現(xiàn)，大多會(huì)將故障判斷為門(mén)控器偶發(fā)故障，但根據(jù)對(duì)行程開(kāi)關(guān)的分析，有部分故障可能是行程開(kāi)關(guān)偶發(fā)失效引起的。

地鐵車(chē)輛；車(chē)門(mén)；行程開(kāi)關(guān)

1 引言

西安地鐵二號(hào)線(xiàn)DKZ27型電客車(chē)客室側(cè)門(mén)的S1、S2、S3行程開(kāi)關(guān)采用德國(guó)SCHALTBAU(沙爾特寶)進(jìn)口S826-em20型速動(dòng)開(kāi)關(guān)。該速動(dòng)開(kāi)關(guān)在客室側(cè)門(mén)系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)輔助門(mén)控器對(duì)中央鎖鉤動(dòng)作、門(mén)板動(dòng)作的信息采集及整車(chē)控制總線(xiàn)對(duì)所有客室側(cè)門(mén)關(guān)好狀態(tài)的檢測(cè)。在多年運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)客室側(cè)門(mén)系統(tǒng)故障是由該型號(hào)速動(dòng)開(kāi)關(guān)引起。而目前大部分電客車(chē)走行公里數(shù)已接近60萬(wàn)公里，部分電客車(chē)已完成架修工作，現(xiàn)對(duì)該速動(dòng)開(kāi)關(guān)的質(zhì)量及壽命進(jìn)行分析并提出相關(guān)措施，利用電客車(chē)的修程來(lái)提高車(chē)門(mén)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低正線(xiàn)故障率。

行程開(kāi)關(guān)的原理：行程開(kāi)關(guān)又稱(chēng)為限位開(kāi)關(guān)或者位置開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)在實(shí)際的工程應(yīng)用中，用于機(jī)械設(shè)備的行程工程控制機(jī)器限位保護(hù)。一般將行程開(kāi)關(guān)直接置于電源之后，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部位上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)彈簧片可以進(jìn)行觸點(diǎn)的切換，在常開(kāi)和常閉之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而使電路與電源之間斷開(kāi)或者閉合。通過(guò)將機(jī)械(位移)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向、行程大小的控制。

2 S826-em20速動(dòng)開(kāi)關(guān)的質(zhì)量狀態(tài)

2.1 影響質(zhì)量狀態(tài)的可靠性分析

速動(dòng)開(kāi)關(guān)的可靠性因素主要指通過(guò)可靠性試驗(yàn)，在不同的電壓、電流、工況下得出的開(kāi)關(guān)壓降超限失效數(shù)據(jù)、計(jì)算出的平均電壽命、試驗(yàn)得出的平均機(jī)械壽命等。依托于數(shù)據(jù)，在可靠性不滿(mǎn)足時(shí)出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量下降問(wèn)題。

S826-em20速動(dòng)開(kāi)關(guān)可靠性數(shù)據(jù)如下：

開(kāi)關(guān)壓降超限失效：百萬(wàn)分之三(亞5級(jí))；

平均機(jī)械壽命：1000萬(wàn)次;

平均電壽命：62.5萬(wàn)次【DKZ27型電客車(chē)客室側(cè)門(mén)速動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)際工況：U=110VDC，I＜300mA(電客車(chē)行程開(kāi)關(guān)實(shí)測(cè)電流值：常閉觸點(diǎn)I≈6mA，常開(kāi)觸點(diǎn)I≈95mA)，時(shí)間常數(shù)=0ms(純電阻電路)，詳見(jiàn)圖1】

對(duì)國(guó)內(nèi)其他同級(jí)別的亞5級(jí)QKW5型速動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，試驗(yàn)依據(jù)TB/T3219-2010《機(jī)車(chē)車(chē)輛繼電器和接觸器的可靠性試驗(yàn)規(guī)則》第6.1條可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)方案中，失效率等級(jí)定為亞5級(jí)的試驗(yàn)規(guī)則。

失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)的壽命數(shù)據(jù)，可以繪制QKW5型速動(dòng)開(kāi)關(guān)試品壓降超限失效趨勢(shì)圖。如圖2

從圖中可以看出，在到達(dá)一定的操作次數(shù)后，速動(dòng)開(kāi)關(guān)的失效率會(huì)快速增高

實(shí)測(cè)QKW5型速動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接觸壓降超限與斷開(kāi)壓降超限失效比例如圖3所示

從圖中可以看出，同級(jí)別的亞5級(jí)QKW5型速動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)壓降超限比例遠(yuǎn)高于接觸壓降超限比例

從這里就可以得出電客車(chē)設(shè)計(jì)的一個(gè)理念，電客車(chē)的車(chē)輛安全環(huán)線(xiàn)要采用速動(dòng)開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)，而給門(mén)控器的信號(hào)則采用常閉觸點(diǎn)，可以從兩方面進(jìn)行分析：

(1)關(guān)門(mén)過(guò)程。在關(guān)門(mén)的過(guò)程中S1、S2、S3速動(dòng)開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。而從數(shù)據(jù)分析閉合接觸的失效比例遠(yuǎn)低于斷開(kāi)的失效比例，所以?xún)?yōu)先考慮車(chē)門(mén)安全環(huán)線(xiàn)的狀態(tài)，將常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)在的車(chē)門(mén)安全環(huán)線(xiàn)，保證列車(chē)的正常牽引行駛，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)的失效比例較高，所以常閉觸點(diǎn)的信號(hào)傳輸給門(mén)控器，即使單個(gè)常閉觸點(diǎn)失效，僅影響單個(gè)車(chē)門(mén)報(bào)故障，并不會(huì)對(duì)整列車(chē)造成影響，從而保證正常運(yùn)行。

(2)開(kāi)關(guān)過(guò)程。在開(kāi)門(mén)的過(guò)程中S1、S2、S3速動(dòng)開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)閉合。而從數(shù)據(jù)分析閉合接觸的失效比例遠(yuǎn)低于斷開(kāi)的失效比例，常開(kāi)觸點(diǎn)是與車(chē)門(mén)安全環(huán)線(xiàn)串聯(lián)，雖然斷開(kāi)壓降超限的失效比例較高，但整列車(chē)S1、S2、S3行程開(kāi)關(guān)共計(jì)3×8×6=144個(gè)，僅需有一個(gè)行程開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，便會(huì)保證車(chē)門(mén)安全環(huán)線(xiàn)的斷開(kāi)。常閉觸點(diǎn)經(jīng)過(guò)的信號(hào)通往門(mén)控器，可以保證車(chē)門(mén)的正常開(kāi)啟。

2.2 壽命問(wèn)題分析

隨著速動(dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)的增加，開(kāi)關(guān)的外觀質(zhì)量、可靠性都會(huì)逐漸降低，直接變現(xiàn)在隨著運(yùn)營(yíng)公里數(shù)的增加，客室側(cè)門(mén)行程開(kāi)關(guān)類(lèi)問(wèn)題逐漸凸顯，是導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)故障的突出問(wèn)題。

(1)5年行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)計(jì)算

公式：Nmax=5×365×2×(n1×n2+n3)

n1為正線(xiàn)運(yùn)營(yíng)單列車(chē)最大運(yùn)行圈數(shù)，以目前2號(hào)線(xiàn)時(shí)刻表計(jì)算為10圈；n2為正線(xiàn)單程站數(shù)，以目前2號(hào)線(xiàn)站數(shù)計(jì)算為21站；n3為每日庫(kù)內(nèi)維修需開(kāi)關(guān)門(mén)的次數(shù)2次；5為運(yùn)營(yíng)5年。365為每年天數(shù)；2為每次開(kāi)關(guān)門(mén)速動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)。

5年行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)最大值為5×365×2×(9×21+2) =697150(次)。

(2)具體分析。根據(jù)S826速動(dòng)開(kāi)關(guān)的平均機(jī)械壽命1000萬(wàn)次和平均電壽命62.5萬(wàn)次，目前二號(hào)線(xiàn)DKZ27型電客車(chē)客室側(cè)門(mén)的S1S2S3行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作最大值約為70萬(wàn)次，因此，該位置的速動(dòng)開(kāi)關(guān)在運(yùn)營(yíng)5年后，很難保證其動(dòng)作可靠性，所以至少每隔5年對(duì)客室側(cè)門(mén)S1S2S3行程開(kāi)關(guān)換新。。

3 后續(xù)線(xiàn)路改進(jìn)建議

選用等級(jí)較高的速動(dòng)開(kāi)關(guān)

針對(duì)速動(dòng)開(kāi)關(guān)百萬(wàn)分之三的失效率，為了避免偶發(fā)的行程開(kāi)關(guān)失效，建議在考慮成本的情況下，盡量選用等級(jí)較高的速動(dòng)開(kāi)關(guān)(亞5級(jí)以上)。

[1]西安地鐵2號(hào)線(xiàn)維修手冊(cè)2008年.

[2]西安地鐵2號(hào)線(xiàn)車(chē)輛電氣及及空氣制動(dòng)原理圖2008年.

[3]王玉龍《QKW5型速動(dòng)開(kāi)關(guān)可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析》鐵道技術(shù)監(jiān)督第41卷第11期.