CRH380B型動(dòng)車組塞拉門主鎖氣動(dòng)改造

宮 政,李 騫,趙銘陽(yáng)

(中國(guó)鐵路沈陽(yáng)局集團(tuán)有限公司 沈陽(yáng)動(dòng)車段,遼寧 沈陽(yáng) 110179)

CRH380B型動(dòng)車組側(cè)門采用單扇電驅(qū)動(dòng)耐氣壓的塞拉門(Sliding Plug Door),整體結(jié)構(gòu)具有很高的安全性和可靠性,能夠承受列車在各種運(yùn)行條件下遭遇的強(qiáng)大空氣壓力波,保證車內(nèi)乘客的乘坐舒適性。塞拉門主要由門扇、門框、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主鎖、輔助鎖、門控器(DCU)、站臺(tái)補(bǔ)償器等零部件組成。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)門扇完成開(kāi)門、關(guān)門運(yùn)動(dòng),通過(guò)主鎖、輔助鎖實(shí)現(xiàn)塞拉門的解鎖與鎖閉固定功能,依靠DCU經(jīng)由CAN線、MVB總線與CCU進(jìn)行指令傳輸和狀態(tài)反饋等通訊。

在長(zhǎng)期運(yùn)用檢修過(guò)程中,對(duì)塞拉門的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),主鎖機(jī)構(gòu)發(fā)生的故障數(shù)量占塞拉門系統(tǒng)總故障比例超過(guò)1/4。尤其在運(yùn)用過(guò)程中,電動(dòng)主鎖機(jī)構(gòu)偶發(fā)故障發(fā)生頻率高且故障不易復(fù)現(xiàn),影響動(dòng)車組整體運(yùn)用效率和檢修效率,增加了配件更換工作量,提高了檢修成本。因此,為解決既有電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式主鎖機(jī)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致機(jī)構(gòu)故障率較高的問(wèn)題,決定結(jié)合高級(jí)修對(duì)CRH380B型動(dòng)車組塞拉門主鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行氣動(dòng)改造。本文對(duì)塞拉門基本工作原理、既有電動(dòng)主鎖機(jī)構(gòu)工作原理及其故障進(jìn)行了分析,重點(diǎn)論述了主鎖氣動(dòng)改造方案及改造過(guò)程中產(chǎn)生的常見(jiàn)功能性故障。

1 塞拉門基本動(dòng)作原理

既有采用電動(dòng)主鎖裝置的塞拉門按以下控制邏輯及動(dòng)作流程工作:

(1) 開(kāi)門控制邏輯及動(dòng)作流程。如圖1所示,DCU發(fā)出有效的開(kāi)門命令后,塞拉門蜂鳴器被激活,K3電磁閥切斷對(duì)上下輔助鎖氣缸的供風(fēng),上下氣動(dòng)輔助鎖在彈簧力作用下復(fù)位,解除輔助鎖對(duì)門扇的鎖定約束。主鎖電機(jī)被DCU激活后轉(zhuǎn)動(dòng)約60°將門解鎖,隨之電機(jī)限位開(kāi)關(guān)B9被取消激活,主鎖電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí),鎖定止擋在電機(jī)軸上凸輪的作用下已旋轉(zhuǎn)至解鎖位置中,從而釋放旋轉(zhuǎn)鎖閂,解除主鎖對(duì)門扇的鎖定約束;由鎖定止擋旋轉(zhuǎn)軸上的凸輪盤取消觸發(fā)“門關(guān)閉并鎖閉”限位開(kāi)關(guān)B7.1和B7.2(以下統(tǒng)稱B7),B7限位開(kāi)關(guān)將信號(hào)傳遞至DCU,塞拉門驅(qū)動(dòng)電機(jī)在開(kāi)門方向上被激活,門扇打開(kāi)。在門扇離開(kāi)關(guān)閉位置達(dá)到總行程的10%后,98%限位開(kāi)關(guān)被取消激活,并將此信號(hào)傳遞至主鎖電機(jī),電機(jī)再次被激活,旋轉(zhuǎn)300°從而回到起始位置。此時(shí),鎖定止擋被凸輪釋放,受旋轉(zhuǎn)鎖閂限制停留在解鎖位置。在門扇打開(kāi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,站臺(tái)補(bǔ)償器放下,開(kāi)門到位后,門扇驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)斷。

1—旋轉(zhuǎn)鎖閂;2—鎖定止擋;3—電機(jī)軸上凸輪。

(2) 關(guān)門控制邏輯及動(dòng)作流程。DCU發(fā)出有效的關(guān)門命令后,塞拉門蜂鳴器被激活,塞拉門驅(qū)動(dòng)電機(jī)在關(guān)門方向上被激活,站臺(tái)補(bǔ)償器收回。當(dāng)門扇關(guān)閉運(yùn)行至觸發(fā)98%限位開(kāi)關(guān)時(shí),DCU激活K3電磁閥向上下氣動(dòng)輔助鎖氣缸供風(fēng),輔助鎖動(dòng)作,給門扇提供一個(gè)鎖定的約束力。旋轉(zhuǎn)鎖閂受到關(guān)閉的門扇推動(dòng),旋轉(zhuǎn)至鎖閉位置,處于釋放狀態(tài)的鎖定止擋在彈簧力作用下回到圖1(a)所示的位置將旋轉(zhuǎn)鎖閂鎖定,同時(shí)觸發(fā)“門關(guān)閉并鎖閉”限位開(kāi)關(guān)B7,切斷塞拉門驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

2 電動(dòng)主鎖機(jī)構(gòu)故障情況

對(duì)于故障率較高的電動(dòng)主鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,可將其常見(jiàn)故障劃分為3類:解鎖電機(jī)故障、電機(jī)限位開(kāi)關(guān)B9故障及“門關(guān)閉并鎖閉”限位開(kāi)關(guān)B7故障。

其中,解鎖電機(jī)故障主要包括電機(jī)不動(dòng)作及電機(jī)異響。由前文對(duì)塞拉門動(dòng)作流程的分析可知,電機(jī)不動(dòng)作會(huì)造成塞拉門主鎖不解鎖,導(dǎo)致塞拉門無(wú)法打開(kāi),需更換電機(jī)處理。電機(jī)本身卡滯、失效或電機(jī)控制電路的故障都會(huì)引起電機(jī)不動(dòng)作。而電機(jī)內(nèi)部組件的偏心、松動(dòng)或存在微小雜質(zhì)等情況會(huì)使電機(jī)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生異響,這意味著電機(jī)已經(jīng)存在故障隱患,同樣需要及時(shí)更換。動(dòng)車組運(yùn)用檢修過(guò)程中,解鎖電機(jī)故障發(fā)生的頻率高,數(shù)量大。僅選取10組三級(jí)檢修期間的CRH380B型動(dòng)車組(均為塞拉門主鎖氣動(dòng)改造前),對(duì)塞拉門功能調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),180例功能故障中有54例需更換主鎖電機(jī)處理,嚴(yán)重制約了檢修效率。

電機(jī)限位開(kāi)關(guān)B9故障為限位開(kāi)關(guān)卡滯、擋片回彈失效、線路故障等造成的無(wú)法取消激活,導(dǎo)致DCU檢測(cè)主鎖已解鎖信號(hào)時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤,誤認(rèn)為塞拉門主鎖解鎖失敗,這時(shí)解鎖電機(jī)會(huì)再次動(dòng)作1個(gè)周期,之后通過(guò)DCU向CCU報(bào)出故障,此類故障需更換B9限位開(kāi)關(guān)或查找電路故障進(jìn)行處理。

“門關(guān)閉并鎖閉”限位開(kāi)關(guān)B7受鎖定止擋旋轉(zhuǎn)軸上的凸輪盤控制觸發(fā)或取消觸發(fā),如圖2所示。除限位開(kāi)關(guān)本身故障外,還會(huì)因凸輪盤和限位開(kāi)關(guān)之間的相對(duì)位置不正確導(dǎo)致無(wú)法正常工作,向DCU反饋錯(cuò)誤的解鎖/鎖定信號(hào),此類故障需更換限位開(kāi)關(guān)或重新調(diào)整限位開(kāi)關(guān)的位置。B9及B7限位開(kāi)關(guān)故障分別占到上述180例功能故障中的12例和4例。

圖2 凸輪盤與B7限位開(kāi)關(guān)(解鎖位置)

由上述分析可知,既有電動(dòng)主鎖機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和電機(jī)較低的可靠性必然導(dǎo)致了這種主鎖機(jī)構(gòu)的高故障率。為了改善這一狀況,自2020年上半年起對(duì)CRH380B型動(dòng)車組塞拉門全部進(jìn)行了氣動(dòng)改造,將電動(dòng)主鎖改造為氣缸驅(qū)動(dòng)。

3 主鎖氣動(dòng)改造

3.1 主鎖氣動(dòng)改造主要內(nèi)容

主鎖氣動(dòng)改造主要包含以下內(nèi)容:(1)拆除原有的K3電磁閥、主鎖總成及相應(yīng)的氣管、連接器、限位開(kāi)關(guān)等;(2)將新的氣控板安裝在設(shè)備支架上(氣控板上除原有K3電磁閥外,新增控制主鎖氣缸的K7電磁閥)并連接各供風(fēng)管路、連接器等;(3)安裝改造后的主鎖機(jī)構(gòu);(4)對(duì)原有線束進(jìn)行改造,包括拆除、新增和重新布置,需改造的控制線路如表1所示;(5)更換改造后的DCU。解鎖電機(jī)電路、B9限位開(kāi)關(guān)電路、K7電磁閥電路如圖3～圖5所示。

表1 需改造的控制線路

圖3 解鎖電機(jī)電路

圖4 B9限位開(kāi)關(guān)電路

圖5 K7電磁閥電路

3.2 氣動(dòng)主鎖工作原理

改造后的主鎖機(jī)構(gòu)中,旋轉(zhuǎn)鎖閂及鎖定止擋相對(duì)位置關(guān)系及動(dòng)作原理與改造前基本相同,區(qū)別是鎖定止擋不受解鎖電機(jī)驅(qū)動(dòng),而是受新安裝的主鎖氣缸控制,即控制方式由電機(jī)軸上凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闅飧谆钊麠U的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

開(kāi)門時(shí),K7電磁閥接收到DCU發(fā)出的信號(hào),開(kāi)啟供風(fēng)管路向主鎖氣缸供給壓縮空氣,氣缸活塞桿推動(dòng)鎖定止擋由圖1(a)位置旋轉(zhuǎn)至圖1(b)位置,釋放旋轉(zhuǎn)鎖閂,解鎖塞拉門主鎖,并通過(guò)凸輪盤取消觸發(fā)“門關(guān)閉并鎖閉”限位開(kāi)關(guān)B7。與電動(dòng)主鎖不同的是,在門扇打開(kāi)狀態(tài)下,K7電磁閥始終使主鎖氣缸保持在有風(fēng)狀態(tài),鎖定止擋受活塞桿限制而非旋轉(zhuǎn)鎖閂限制,保持在解鎖位置。關(guān)門時(shí),K7電磁閥切斷主鎖氣缸的壓縮空氣供給,氣缸活塞桿縮回,鎖定止擋此時(shí)受旋轉(zhuǎn)鎖閂的限制停留在解鎖位置。其余動(dòng)作原理與電動(dòng)主鎖相同。

3.3 氣動(dòng)主鎖優(yōu)點(diǎn)

除無(wú)法消除B7限位開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的故障外,改造后的塞拉門氣動(dòng)主鎖機(jī)構(gòu)取消了解鎖電機(jī)及B9限位開(kāi)關(guān),因此杜絕了電機(jī)及限位開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性差可能造成的故障隱患。新采用的氣動(dòng)解鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性、耐久性強(qiáng),可在原有塞拉門設(shè)備架上安裝,不會(huì)明顯影響整體結(jié)構(gòu)和控制邏輯。經(jīng)一年多的運(yùn)用檢修實(shí)踐,裝配新型氣動(dòng)主鎖機(jī)構(gòu)的塞拉門基本消除了主鎖故障,大大降低了塞拉門整體故障率,提高了動(dòng)車組的運(yùn)用穩(wěn)定性和檢修效率。

4 主鎖氣動(dòng)改造過(guò)程中衍生故障

主鎖氣動(dòng)改造過(guò)程中,需要新裝氣控板、主鎖氣缸、門控器等零部件,也會(huì)對(duì)部分連接器、電氣線路、空氣管路等進(jìn)行拆卸、連接。在這一過(guò)程中,由于施工不精細(xì)可能會(huì)帶來(lái)一些故障,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),對(duì)這類常見(jiàn)的衍生故障總結(jié)如下:

(1) 壓縮空氣泄漏故障。要求在連接氣控板及主鎖氣缸相關(guān)的空氣管路時(shí),嚴(yán)格控制作業(yè)質(zhì)量,氣管裁斷時(shí)必須確保斷口平整;氣管安裝時(shí)必須插接到接頭的根部,并用工具將鎖緊螺母鎖緊到位,否則將引起塞拉門空氣管路漏風(fēng),進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)車組列車總風(fēng)泄漏。

(2) 門控器故障。改造后的塞拉門需配用軟件更新后的門控器,如裝配原有門控器或安裝的新門控器軟件更新時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤,均會(huì)使塞拉門基本功能失效。

(3) 電路故障。對(duì)改動(dòng)的導(dǎo)線端子壓接不緊固、安裝位置不正確或在連接過(guò)程中連接器出現(xiàn)縮針、斷針等情況,均會(huì)造成塞拉門控制功能故障。由表1中可以看出,X12.13<401>X33.3、X33.2<403>X25.2-4、X12.13<402>X2.4、X12.13<400>X1.11、X12.15<592>X2.2導(dǎo)線的錯(cuò)誤連接會(huì)使對(duì)K7電磁閥的控制功能失效,即無(wú)法驅(qū)動(dòng)主鎖氣缸,導(dǎo)致塞拉門主鎖不能解鎖。同時(shí)還應(yīng)注意避免重新布置的電氣線路與其他零部件發(fā)生抗磨。

針對(duì)上述衍生故障,應(yīng)加強(qiáng)改造過(guò)程中質(zhì)量控制,并在改造后重點(diǎn)注意以下項(xiàng)點(diǎn)的檢查試驗(yàn),對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障及時(shí)處理,確保將問(wèn)題解決在改造出廠前。

(1) 對(duì)改造過(guò)程中發(fā)生變動(dòng)的接線、端子及連接器進(jìn)行重點(diǎn)檢查,確保電氣接線連接可靠,導(dǎo)線絕緣良好,線束固定牢固。

(2) 塞拉門初次供風(fēng)后仔細(xì)檢查氣控板及主鎖氣缸等門側(cè)機(jī)構(gòu)的空氣密封性,確認(rèn)氣密性良好,管路及接頭部位無(wú)漏風(fēng)。

(3) 改造后調(diào)試期間嚴(yán)格執(zhí)行開(kāi)關(guān)門控制和防擠壓、障礙物探測(cè)、緊急解鎖、隔離鎖等功能試驗(yàn),驗(yàn)證改造后的門控器控制功能正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)采用電動(dòng)主鎖裝置的塞拉門工作原理進(jìn)行分析,分析了電動(dòng)主鎖故障率高、檢修工作困難的原因,論述了主鎖氣動(dòng)改造的必要性。對(duì)改造的主要內(nèi)容及效果進(jìn)行了說(shuō)明,并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提出了常見(jiàn)的衍生故障,在改造過(guò)程中,作業(yè)人員和作業(yè)管理人員應(yīng)對(duì)這類故障加以重視,保證質(zhì)量可靠。同時(shí),考慮到CRH5平臺(tái)動(dòng)車組采用的塞拉門電動(dòng)主鎖結(jié)構(gòu)與CRH380B平臺(tái)動(dòng)車組類似,且同樣正在大批量實(shí)施主鎖氣動(dòng)改造項(xiàng)目,因此,本文總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)具有借鑒和推廣意義。