動車組軸制動壓力開關故障淺析

孔祥峰，劉俊陽

(1.南京鐵道職業技術學院，江蘇 南京 210031；2.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062)

1 引言

動車組列車制動是人為利用制動力使得列車減速、停車、阻止其運動或者加速的系統，是列車安全運行的保障，也是動車組技術的關鍵組成部分。制動故障，占動車組發生故障總數的一半以上，應引起足夠的重視。發生制動故障不但會造成動車組途中停車晚點，如果處理不得當還會導致動車組救援，嚴重影響運輸秩序，只有準確地對動車組的制動故障進行判斷，及時排除故障，才能減少動車組途中停車，避免對運輸秩序的干擾。

2 壓力開關工作原理

該動車組采用的壓力開關內有3個觸點(如圖1所示)，制動緩解狀態下，推桿在彈簧力作用下推動微動開關動作，常閉觸點2和1導通，向TCMS輸出低電平信號；制動施加狀態時，壓縮空氣推動隔膜及推桿，使微動開關動作，常開觸點3和1導通，此時向TCMS輸出高電平信號。

圖1 壓力開關參數及工作原理圖

3 軸制動壓力開關故障分析

3.1 問題描述

2020年4月以來，某動車組運行過程中共發生6起壓力開關B20.08、B20.09故障，具體如表1所示。

表1 壓力開關B20.08、B20.09故障統計

3.2 故障原因分析

上述6起壓力開關故障，故障現象均為動車組在制動狀態下，TD屏顯示某軸制動是未施加，而制動缸壓力顯示該軸制動為正常施加狀態，故障現象在TD屏上的顯示如圖2所示。

圖2 TD屏狀態圖標顯示制動未施加而制動缸壓力顯示制動為正常施加狀態

動車組制動缸壓力檢測是由壓力開關B20.08、B20.09和壓力傳感器B20.06、B20.07采集的，位置如圖3所示。

圖3 氣路原理圖

其中壓力開關B20.08監測1軸和4軸的制動缸壓力，B20.09監測2軸和3軸的制動缸壓力，并將制動施加、緩解狀態發送給TCMS。

壓力傳感器B20.06和B20.07將采集的制動缸壓力傳輸給BCU，BCU處理后將制動缸壓力數值傳輸給TCMS并通過TD屏進行查看。

通過制動缸壓力和現車實際狀態可確認，上述6起故障的原因是壓力開關故障，導致發送給TCMS的電信號狀態錯誤，從而在TD屏上顯示的狀態與其他軸及制動缸實際壓力均不一致。根據上述的壓力開關工作原理，結合現象為施加狀態(制動缸壓力上升)時出現故障，可進一步推斷故障是在壓力開關觸點1和3接觸時出現的。

3.3 試驗測試

故障壓力開關在試驗臺上測試結果如下:

(1)當風壓下降至0.3bar左右時達到壓力開關的切換壓力，開關信號瞬間切換，試驗臺L2燈常亮(如圖4所示)，測試功能正常；

圖4 壓力下降開關正常切換

(2)當風壓上升，至0.37bar時故障壓力開關信號切換，觸點1和3接通，試驗臺L4燈本應常亮，但實際L4燈出現閃爍、虛亮等輸出信號不穩定的現象(如圖5所示)，證明1和3觸點之間存在虛接現象。

圖5 故障壓力開關燈虛亮、閃爍

3.4 故障件拆解檢查

對故障件進行拆解，發現壓力開關電氣轉換模塊內的觸點3表面有“深色斑點”，如圖6所示。

圖6 故障壓力開關電氣觸點

試驗室對壓力開關金屬觸點接觸面上的“深色斑點”進行了檢驗。

檢驗方法:依據GB/T 17359－2012?電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則?標準，對樣品進行SEM＆EDS(掃描電子顯微鏡)分析。

檢驗結果:在金屬觸點上檢測出硅元素，如圖7所示。

圖7 第三方檢測結果顯示觸點上的“深色斑點”含硅元素

為調查硅氧化物的來源，對壓力開關工作環境及本身零部件中含有硅成分的材料進行篩查。軸制動壓力開關組成零部件按成分可分為四部分:金屬、塑料、橡膠、油脂，壓力開關組成零部件分解圖如圖8所示。通過各零部件成分篩查，僅橡膠隔膜中含硅，其他金屬部件、塑料外殼以及油脂均不含硅以及硅的氧化物。

圖8 T003F－K軸制動壓力開關分解圖

對橡膠隔膜進行SEM＆EDS(掃描電子顯微鏡)分析，分析結果:隔膜中含硅元素，如圖9所示。

圖9 壓力開關隔膜含硅

3.5 總結

(1)通過故障分析以及測試結果表明故障原因是壓力開關觸點3表面存在硅的氧化物，阻礙電流導通，導致電路虛接，造成TD屏誤顯示軸制動未施加的故障現象；

(2)壓力開關觸點3接通的是高電平電源，因此硅的氧化物形成可能與電流作用有關；

(3)通過成分篩查，僅壓力開關中的隔膜中含硅；

(4)通過各平臺壓力開關產品對比，該動車組的T003F－K型壓力開關采用的是－50℃的耐低溫硅橡膠隔膜。

壓力開關工作介質以及內部零部件的成分中僅隔膜屬于耐低溫硅橡膠材質，隔膜中含有的硅成分在電流作用下，在3號觸點表面形成硅的氧化物，并阻礙電流導通，導致電路虛接，造成TD屏誤顯示軸制動未施加的故障現象。

4 整改措施

為保障現場運營需要，首先使用周轉件對現場該型號動車組壓力開關B20.08、B20.09進行試驗臺檢測篩選，將出現信號延遲、虛接的壓力開關替換為合格產品。

為徹底消除此類故障的發生，對問題型壓力開關進行整改，研發新型不含硅的壓力開關，取代故障產品，新型壓力的隔膜采用碳纖維材質，完全不含硅成分。目前新型壓力開關已完成產品驗證，計劃在6組該型動車組上試裝，并進行30萬公里運用考核。已在運行的6組車上完成新型壓力開關的試裝，效果良好。