CRH380B型動車組塞拉門主鎖氣動改造

宮 政,李 騫,趙銘陽

(中國鐵路沈陽局集團有限公司 沈陽動車段,遼寧 沈陽 110179)

CRH380B型動車組側門采用單扇電驅動耐氣壓的塞拉門(Sliding Plug Door),整體結構具有很高的安全性和可靠性,能夠承受列車在各種運行條件下遭遇的強大空氣壓力波,保證車內(nèi)乘客的乘坐舒適性。塞拉門主要由門扇、門框、驅動機構、主鎖、輔助鎖、門控器(DCU)、站臺補償器等零部件組成。通過驅動電機驅動門扇完成開門、關門運動,通過主鎖、輔助鎖實現(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進行指令傳輸和狀態(tài)反饋等通訊。

在長期運用檢修過程中,對塞拉門的故障進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),主鎖機構發(fā)生的故障數(shù)量占塞拉門系統(tǒng)總故障比例超過1/4。尤其在運用過程中,電動主鎖機構偶發(fā)故障發(fā)生頻率高且故障不易復現(xiàn),影響動車組整體運用效率和檢修效率,增加了配件更換工作量,提高了檢修成本。因此,為解決既有電機驅動方式主鎖機構復雜導致機構故障率較高的問題,決定結合高級修對CRH380B型動車組塞拉門主鎖機構進行氣動改造。本文對塞拉門基本工作原理、既有電動主鎖機構工作原理及其故障進行了分析,重點論述了主鎖氣動改造方案及改造過程中產(chǎn)生的常見功能性故障。

1 塞拉門基本動作原理

既有采用電動主鎖裝置的塞拉門按以下控制邏輯及動作流程工作:

(1) 開門控制邏輯及動作流程。如圖1所示,DCU發(fā)出有效的開門命令后,塞拉門蜂鳴器被激活,K3電磁閥切斷對上下輔助鎖氣缸的供風,上下氣動輔助鎖在彈簧力作用下復位,解除輔助鎖對門扇的鎖定約束。主鎖電機被DCU激活后轉動約60°將門解鎖,隨之電機限位開關B9被取消激活,主鎖電機停止轉動。此時,鎖定止擋在電機軸上凸輪的作用下已旋轉至解鎖位置中,從而釋放旋轉鎖閂,解除主鎖對門扇的鎖定約束;由鎖定止擋旋轉軸上的凸輪盤取消觸發(fā)“門關閉并鎖閉”限位開關B7.1和B7.2(以下統(tǒng)稱B7),B7限位開關將信號傳遞至DCU,塞拉門驅動電機在開門方向上被激活,門扇打開。在門扇離開關閉位置達到總行程的10%后,98%限位開關被取消激活,并將此信號傳遞至主鎖電機,電機再次被激活,旋轉300°從而回到起始位置。此時,鎖定止擋被凸輪釋放,受旋轉鎖閂限制停留在解鎖位置。在門扇打開運動過程中,站臺補償器放下,開門到位后,門扇驅動電機關斷。

1—旋轉鎖閂;2—鎖定止擋;3—電機軸上凸輪。

(2) 關門控制邏輯及動作流程。DCU發(fā)出有效的關門命令后,塞拉門蜂鳴器被激活,塞拉門驅動電機在關門方向上被激活,站臺補償器收回。當門扇關閉運行至觸發(fā)98%限位開關時,DCU激活K3電磁閥向上下氣動輔助鎖氣缸供風,輔助鎖動作,給門扇提供一個鎖定的約束力。旋轉鎖閂受到關閉的門扇推動,旋轉至鎖閉位置,處于釋放狀態(tài)的鎖定止擋在彈簧力作用下回到圖1(a)所示的位置將旋轉鎖閂鎖定,同時觸發(fā)“門關閉并鎖閉”限位開關B7,切斷塞拉門驅動電機。

2 電動主鎖機構故障情況

對于故障率較高的電動主鎖機構進行研究,可將其常見故障劃分為3類:解鎖電機故障、電機限位開關B9故障及“門關閉并鎖閉”限位開關B7故障。

其中,解鎖電機故障主要包括電機不動作及電機異響。由前文對塞拉門動作流程的分析可知,電機不動作會造成塞拉門主鎖不解鎖,導致塞拉門無法打開,需更換電機處理。電機本身卡滯、失效或電機控制電路的故障都會引起電機不動作。而電機內(nèi)部組件的偏心、松動或存在微小雜質(zhì)等情況會使電機動作時產(chǎn)生異響,這意味著電機已經(jīng)存在故障隱患,同樣需要及時更換。動車組運用檢修過程中,解鎖電機故障發(fā)生的頻率高,數(shù)量大。僅選取10組三級檢修期間的CRH380B型動車組(均為塞拉門主鎖氣動改造前),對塞拉門功能調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的故障進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),180例功能故障中有54例需更換主鎖電機處理,嚴重制約了檢修效率。

電機限位開關B9故障為限位開關卡滯、擋片回彈失效、線路故障等造成的無法取消激活,導致DCU檢測主鎖已解鎖信號時產(chǎn)生錯誤,誤認為塞拉門主鎖解鎖失敗,這時解鎖電機會再次動作1個周期,之后通過DCU向CCU報出故障,此類故障需更換B9限位開關或查找電路故障進行處理。

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

圖2 凸輪盤與B7限位開關(解鎖位置)

由上述分析可知,既有電動主鎖機構較為復雜的結構和電機較低的可靠性必然導致了這種主鎖機構的高故障率。為了改善這一狀況,自2020年上半年起對CRH380B型動車組塞拉門全部進行了氣動改造,將電動主鎖改造為氣缸驅動。

3 主鎖氣動改造

3.1 主鎖氣動改造主要內(nèi)容

主鎖氣動改造主要包含以下內(nèi)容:(1)拆除原有的K3電磁閥、主鎖總成及相應的氣管、連接器、限位開關等;(2)將新的氣控板安裝在設備支架上(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)并連接各供風管路、連接器等;(3)安裝改造后的主鎖機構;(4)對原有線束進行改造,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。解鎖電機電路、B9限位開關電路、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 解鎖電機電路

圖4 B9限位開關電路

圖5 K7電磁閥電路

3.2 氣動主鎖工作原理

改造后的主鎖機構中,旋轉鎖閂及鎖定止擋相對位置關系及動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驅動,而是受新安裝的主鎖氣缸控制,即控制方式由電機軸上凸輪的旋轉運動變?yōu)闅飧谆钊麠U的往復運動。

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

3.3 氣動主鎖優(yōu)點

除無法消除B7限位開關產(chǎn)生的故障外,改造后的塞拉門氣動主鎖機構取消了解鎖電機及B9限位開關,因此杜絕了電機及限位開關穩(wěn)定性差可能造成的故障隱患。新采用的氣動解鎖機構結構簡單,可靠性、耐久性強,可在原有塞拉門設備架上安裝,不會明顯影響整體結構和控制邏輯。經(jīng)一年多的運用檢修實踐,裝配新型氣動主鎖機構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,提高了動車組的運用穩(wěn)定性和檢修效率。

4 主鎖氣動改造過程中衍生故障

主鎖氣動改造過程中,需要新裝氣控板、主鎖氣缸、門控器等零部件,也會對部分連接器、電氣線路、空氣管路等進行拆卸、連接。在這一過程中,由于施工不精細可能會帶來一些故障,根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,對這類常見的衍生故障總結如下:

(1) 壓縮空氣泄漏故障。要求在連接氣控板及主鎖氣缸相關的空氣管路時,嚴格控制作業(yè)質(zhì)量,氣管裁斷時必須確保斷口平整;氣管安裝時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,進而導致動車組列車總風泄漏。

(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發(fā)生錯誤,均會使塞拉門基本功能失效。

(3) 電路故障。對改動的導線端子壓接不緊固、安裝位置不正確或在連接過程中連接器出現(xiàn)縮針、斷針等情況,均會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導線的錯誤連接會使對K7電磁閥的控制功能失效,即無法驅動主鎖氣缸,導致塞拉門主鎖不能解鎖。同時還應注意避免重新布置的電氣線路與其他零部件發(fā)生抗磨。

針對上述衍生故障,應加強改造過程中質(zhì)量控制,并在改造后重點注意以下項點的檢查試驗,對發(fā)現(xiàn)的故障及時處理,確保將問題解決在改造出廠前。

(1) 對改造過程中發(fā)生變動的接線、端子及連接器進行重點檢查,確保電氣接線連接可靠,導線絕緣良好,線束固定牢固。

(2) 塞拉門初次供風后仔細檢查氣控板及主鎖氣缸等門側機構的空氣密封性,確認氣密性良好,管路及接頭部位無漏風。

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

5 結束語

本文通過對采用電動主鎖裝置的塞拉門工作原理進行分析,分析了電動主鎖故障率高、檢修工作困難的原因,論述了主鎖氣動改造的必要性。對改造的主要內(nèi)容及效果進行了說明,并根據(jù)實踐經(jīng)驗總結提出了常見的衍生故障,在改造過程中,作業(yè)人員和作業(yè)管理人員應對這類故障加以重視,保證質(zhì)量可靠。同時,考慮到CRH5平臺動車組采用的塞拉門電動主鎖結構與CRH380B平臺動車組類似,且同樣正在大批量實施主鎖氣動改造項目,因此,本文總結的經(jīng)驗具有借鑒和推廣意義。