CRH5型動車組塞拉門S14開關故障分析及改進

陳國鋒

(中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062)*

0　引言

塞拉門系統是動車組的重要組成部分，是保障列車安全運行的重要環節[1-2].塞拉門系統的車門狀態信號串聯在整車安全回路中，若做為信號源的行程限位開關發生故障，則列車無法判斷車門的狀態信息，會造成列車無法啟動、晚點等故障[3- 4].目前塞拉門系統故障占到所有運營故障的8～12%左右[5- 6].本文針對CRH5型動車組塞拉門S14限位開關故障，對開關動作原理及原因進行分析，提出了解決方案，并進行跟蹤試驗，試驗改進效果良好.本文的研究不僅對動車組塞拉門系統限位開關的設計選型有一定借鑒意義，而且有利于降低塞拉門系統的故障率，為動車組的安全整點運營提供了保障.

1　故障現象

2015年1月～11月，CRH5型動車組塞拉門S14限位開關故障共發生15起，其中運營故障4起，安監報故障1起.S14限位開關的故障會導致塞拉門無法正常打開和關閉.發生故障的列車全部為CRH5型動車組早期交付車輛，此故障只在運行5年以后的車上出現，新車上目前從未發生.

2　原因分析

2.1　S14限位開關工作原理

CRH5型動車組塞拉門主要由門框、鎖閉機構、驅動單元、門扇四部分組成，其中鎖閉機構由氣動鎖、氣動單元、主鎖、限位開關等構成[3].主鎖與S14限位開關動作原理如圖1所示.

圖1　主鎖與S14限位開關動作關系簡圖

在棘爪鎖閉階段(圖1(a))，齒輪在驅動電機制動后空轉的位置(圖中6.5°)停止不動，在啟動階段(圖1(b))，解鎖凸輪旋轉在6.5°基礎上，再旋轉23.5°達到30°，開始解鎖過程，在解鎖階段(圖1(c))，解鎖凸輪在6.5°基礎上繼續旋轉101°達到107.5°.此時解鎖過程結束，達到S14開關的轉換點，電機開始運動，在鎖閉階段(圖1(d))，當解鎖凸輪運動達到335.5°后，同時凸輪達到限位開關S14的開關點，電機停止運動鎖閉凸輪釋放并回跳.

S14限位開關動作控制邏輯如下：

(1)解鎖電機接通約旋轉60°解鎖車門，這時S14限位開關不觸發，解鎖電機斷開；

(2)門控器接通車門電機將車門打開；

(3)限位開關“門已關閉和鎖閉”被操作；

(4)門離開已關閉位置(約10 mm)后，限位開關“門已98%關閉”以及“門已關閉附件限位開關”不再被操作;

(5)門控器接通解鎖電機并旋轉300°至鎖閉位置(S14限位開關被觸發，解鎖電機停止動作)；

(6)車門移到開啟位置；

(7)如果S14限位開關故障，門控器將無法判斷解鎖電機是否對主鎖進行了解鎖操作，門控器將報故障.

2.2　故障分析

對返廠報故障的S14開關進行測試分析，發現各處防松標識完好，測試后發現其機械和電氣參數未發生明顯變化，但部分開關回彈測試時會出現失效情況，其回彈失效前后的對比如圖2所示.

圖2　回彈測試狀態對比

由于此故障只在運行5年以后的車上出現，新車上目前從未發生，因此初步判斷產生該故障的原因為部分部件由于長時間使用后部件老化其可靠性下降，回彈失效，出現瞬間接觸不良，導致短暫失效.故將報故障的S14新開關重新在模型車上進行功能測試1.5萬次，運行正常，進一步說明部件老化是導致S14開關故障的主要原因.

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3　改進措施

部件在長時間使用后因為老化導致可靠性下降，說明該部件的使用壽命不滿足實際運用條件的需求，因此選取性能更優的限位開關作為S14限位開關.在根據安裝方式、觸發形式、使用條件、IP等級進行篩選后，選取Crouzet公司的限位開關代替原開關，新選型的限位開關是原型號限位開始設計壽命的2倍，采用鍍金觸點，避免觸點表面氧化導致虛接現象.圖3展示的分別是原限位開關和新選型開關的外形.

圖3　新舊限位開關

4　試驗驗證

為了進一步驗證新開關的可靠性，根據標準IEC60068對其進行交變和濕熱試驗、鹽霧和振動沖擊試驗以及耐久試驗，具體內容如下.

(1)交變和濕熱試驗

根據標準IEC60068-2-14，對新選型的限位開關進行熱沖擊試驗，溫度變化范圍為-40～90℃，通過試驗，新選型的限位開關的防護等級和絕緣性滿足要求.根據標準IEC68-2-30，進行高溫高濕試驗，最高溫度為55℃，最大濕度為95%，通過試驗，新選型的限位開關滿足濕度要求.

(2)鹽霧和振動沖擊試驗

根據標準IEC 60068-2-11對新選型的限位開關進行鹽霧試驗，在持續96 h試驗后，開關的動作力值、絕緣電阻阻值均未發生變化，滿足試驗要求.根據標準 IEC68-2-6，在10 g加速度,15～500 Hz頻率的沖擊下，均布的新選型限位開關未發生10 μm以上的微斷現象，滿足沖擊試驗要求.

(3) 耐久試驗

在模型車上進行50萬次開啟/關閉耐久試驗，并記錄開關關鍵參數，分別如表1和表2所示.

表1　S14觸發斷開點測試數據表

表2　關鍵參數對比表

目前新選型的限位開關完成50萬次壽命試驗性能良好，滿足設計壽命15年的要求(每天運行50次，每年按2萬次計算)，返廠或進行四級修更換開關后的車輛，至今在運行過程中未出現過此問題.

5　結論

限位開關將車門系統的機械動作轉化為電信號，從而使門控器可以判斷車門的狀態信息，進而對車門進行控制，是保證列車正常運行的神經元.在進行動車組車門系統開關選型時，要充分考慮車輛的運用環境、安裝方式等因素，根據上述要素來確定開關的使用壽命，以避免出現因使用壽命不滿足運用條件導致的可靠性下降問題.論文的研究對降低塞拉門系統的故障率，保障動車組的安全整點運營具有重大的意義.

參考文獻：

[1]張曉明，石海明，李冬. CRH5A型動車組塞拉門典型故障及應對措施[J].鐵道車輛，2014,52(12):38-39.

[2]石高山，宋寧，董紅生. CRH5型動車組客室側門故障統計與分析[J].鐵道機車車輛, 2013 , 33 (4) :104-106.

[3]中華人民共和國鐵道部.TB/T 3108-2011鐵道客車塞拉門[S]. 北京：中國鐵道出版社，2011.

[4]張曙光.CRH5型動車組 [M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[5]趙仕斌.淺談CRH3型動車組塞拉門系統故障的預防修[J].中小企業管理與科技，2017 (8):145-146.

[6]劉立志，王華勝.CRH-5型動車組運用故障統計分析[J].鐵道機車車輛， 2009，29 (6) :62-63.