HXD3系列機車受電弓自動降弓裝置的風管組裝

張鐵志

(中國鐵路哈爾濱局集團有限公司三棵樹機務段 黑龍江 哈爾濱 150060)

0 引言

為了在碳滑板裂損、磨耗到限或發生弓網故障時,能夠及時將受電弓降下，避免造成機車和接觸網損失擴大，保證鐵路運輸設備安全和列車運行安全，HXD3系列電力機車裝用的DSA200型受電弓都安裝有自動降弓裝置。它通過直徑7 mm的PU管，將升弓電空閥提供給升弓氣囊的風一部分輸送到碳滑板內部的氣路中。運行中如果碳滑板裂損或磨耗到限，內部氣路中的風發生漏泄，自動降弓裝置的快速降弓閥動作，受電弓降下，從而起到保護作用。

HXD3系列電力機車自2016年在哈爾濱鐵路集團公司大規模投入運用以來，受電弓自動降弓裝置在保護設備運行安全、非正常情況下導向安全的同時，因自身PU軟管接頭脫落導致的自動降弓、區間停車故障時有發生，據統計僅三棵樹機務段自2016年至2019年間就發生5起，成為影響HXD3系列機車正常運用的突出質量問題。

1 HXD3系列機車受電弓自動降弓裝置風管脫落問題的原因分析

1.1 自動降弓裝置風路原理

從弓座氣囊處開始，通過受電弓下臂內部的空氣管路輸送到上下臂連接點處，下臂在連接點附近有一個管接頭(見圖1)，將PU軟管安裝在管接頭上，沿上臂支架內部的漲緊繩到達弓頭支架處，并與碳滑板的管接頭組裝在一起(見圖2)，形成了完整的自動降弓裝置氣路。管接頭與PU軟管聯接采用圓錐面插入壓緊式結構(見圖3)。

圖1 受電弓下臂自動降弓風管接頭 圖2 碳滑板處風管接頭

圖3 管接頭示意圖

這種方式有結構簡單、拆裝方便的優點，但也存在聯接強度低、受組裝作業質量影響大的不足，近幾年自動降弓裝置風管脫落，都發生在PU軟管與下臂或碳滑板聯接部位的接頭處，都是風管從接頭處脫出。一方面PU軟管與接頭連接部位與風路其他部位相比強度低，是系統的薄弱環節；另一方面日常運用維修更換碳滑板時都需要重新連接PU軟管，頻繁拆裝也增加了脫落風險。尤其電力機車在哈爾濱局集團公司管轄內運用，受冬季氣溫低的影響，PU軟管變硬，彈性下降、撓度增加，造成管接頭根部PU管的受力增大，也增加了脫落風險。

1.2 風管脫落原因分析

經過對發生自動降弓裝置風管脫落的情況進行跟蹤分析，發現導致脫落的原因主要有以下方面：

(1)管接頭螺母緊固力矩不足。由于接頭部位是PU軟管與金屬管接頭間靠金屬擠壓的方式連接在一起。為了避免損傷PU軟管造成漏風，機車制造商建議手動擰緊螺母，然后用扳手再擰緊一周。不同人手擰的力矩大小不同，后續用扳手再擰的角度也因人而異，導致這一環節的緊固力矩參差不齊。2017年6月12日，HXD3C型36號機車運行中，II端受電弓PU軟管從碳滑板管接頭處脫落，檢查PU軟管壓接部位，壓痕淺且不連續，說明組裝時螺母緊固力矩不足。

(2)管接頭部位PU軟管長度不當。上下臂連接部位下臂上的管接頭，一般應留有120～150 mm的余量，不能組裝過緊，否則在受電弓升起的過程中，上下臂會圍繞轉軸發生相對轉動，會使下臂上的管接頭與上臂間的相對位置發生變化，導致PU管受到拉伸，從而容易脫落；碳滑板管接頭處的PU管恰好相反，如果余量過長，且留在受電弓支架輻板外側，在機車高速運行時受電弓發生抖動，受PU軟管自重和風力影響產生的力，會作用在PU軟管與管接頭的連接處，從而容易導致PU管從接頭處脫出。

(3)PU軟管組裝不當。例如：組裝作業時不認真，PU軟管未插入到管接頭錐形面的根部，螺母緊固后壓接部位與錐形面之間的夾持部位恰好作用在PU軟管的端部，沒有形成中間壓緊而兩側凸起的止擋效果，造成在運行中受力情況下逐漸滑脫漏風。2017年7月15日，HXD3D型596號機車I端受電弓PU管在下臂管接頭處脫出，從拆開測量壓接痕跡看，PU軟管僅插入錐形接頭4 mm，差2.8 mm插到位(錐形接頭長度為6.8 mm)。另外，重新組裝PU軟管時，原夾持部位已經變形失去彈性，重新組裝時沒有將這部分剪掉，仍然繼續使用，造成PU軟管在管接頭內沒有夾緊余量，在運行振動環境下逐漸脫落漏風。

(4)管接頭螺母和錐形面未成對更換。個別人員更換碳滑板時沒有將管接頭的鎖緊螺母與接頭一并更新，而是用原碳滑板的鎖緊螺母擰在新碳滑板的錐形接頭上，由于兩個碳滑板管接頭的尺寸不一樣，在組裝的過程中，鎖緊螺母的夾持部位與錐形面的夾持部位不對應，造成PU軟管在接頭內沒有夾緊，組裝后在受力過程中逐漸松緩脫出。

2 HXD3系列機車受電弓自動降弓裝置PU軟管防脫落措施

針對導致HXD3系列機車受電弓自動降弓裝置PU軟管脫落的原因，結合近幾年來檢修生產實踐中的探索，從2018年起，在檢修過程中對PU軟管組裝作業采取了如下措施。

(1)管接頭鎖緊螺母按力矩緊固

解決組裝時鎖緊螺母緊固力矩大小不同、因人而異的問題。購置量程為20 N·m的插口力矩扳手，在鎖緊螺母緊固過程中，嚴格按規定的力矩值緊固(一般在3～5 N·m之間)。解決以往用普通扳手緊固時，用力過大導致PU軟管啃傷，用力小導致管接頭的夾持力不足容易發生PU管滑脫的問題。

(2)采用預裝的方法確定緊固力矩

不同廠家生產的碳滑板和受電弓下臂的管接頭尺寸不完全相同，針對不同的管接頭如何確定緊固力矩的大小成為決定PU軟管組裝質量的關鍵。當更換受電弓下臂或更換不同廠家的碳滑板時，應先用PU軟管在管接頭上進行預組裝，使用4 N·m的力矩對鎖緊螺母進行緊固，緊固后放置30 min，然后解開鎖緊螺母檢查PU軟管的壓接狀態。當壓痕清晰連續、深度在0.3～0.5 mm之間時，即認為合格。否則，根據壓痕的深淺減小或加大1 N·m的緊固力矩，重新試驗，直至壓痕合格為止。同批次產品按此力矩緊固即可。

(3)合理調整PU軟管的長度

(4)管接頭的鎖緊螺母和錐形接頭應配套使用

更換受電弓下臂或碳滑板時，應將鎖緊螺母與錐形接頭一并更新，防止不同廠家生產的螺母與錐形接頭不匹配，起不到應有的夾持作用。同時，組裝前還要檢查鎖緊螺母后端內孔，不得有凸起、毛刺，防止劃傷PU軟管。

(5)規范作業細節

①PU軟管組裝前，剪斷后的端部斷面應與管身垂直；不能有損傷變形；②組裝時必須將PU軟管插到錐形接頭根部(冬季組裝前應先將PU軟管加熱，使其變軟恢復彈性再組裝)，使管接頭夾持在PU軟管距端部3 mm左右的位置，在軟管的端部形成凸起的止擋作用；③鎖緊螺母緊固后，在鎖緊螺母與接頭座、鎖緊螺母與尾端PU軟管間均畫上紅色防緩標識，一旦鎖緊螺母松緩或PU軟管從接頭上有后退痕跡，均能檢查發現，及時采取措施進行處理；④對PU軟管做好綁扎固定，從受電弓下臂沿漲緊繩每隔150 mm用尼龍扎帶進行綁扎固定，保證受電弓抖動過程中PU軟管與上臂成為一體，不使管接頭承受其他附加力作用。

(6)增加防護措施

借鑒動車組受電弓的成功做法，在下臂和碳滑板管接頭位置的PU軟管上套上內徑7 mm的橡膠管，在PU軟管組裝后，將橡膠管沿PU軟管推到管接頭的根部，利用橡膠管的輔助支撐作用，減緩接頭根部PU軟管的受力，從而避免PU軟管脫落漏風。

3 措施實施效果

2018年一季度以來，按照上述措施對受電弓自動降弓裝置PU軟管組裝進行了規范，技術科編制下發了作業指導書，對作業流程、方法和組裝要點進行了明確，專業技術人員進行了跟班講解。隨后，結合修程或整備作業更換碳滑板，對32臺HXD3C型機車和28臺HXD3D型機車的受電弓PU軟管接頭逐一進行了拆解重裝。截至2020年9月底，兩年多時間內未發生受電弓自動降弓裝置風管脫落問題，提高了機車運用可靠性，減少了對運輸秩序的干擾。□