CRH5型动车组塞拉门S14开关故障分析及改进

陈国锋

(中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062)*

0　引言

塞拉门系统是动车组的重要组成部分，是保障列车安全运行的重要环节[1-2].塞拉门系统的车门状态信号串联在整车安全回路中，若做为信号源的行程限位开关发生故障，则列车无法判断车门的状态信息，会造成列车无法启动、晚点等故障[3- 4].目前塞拉门系统故障占到所有运营故障的8～12%左右[5- 6].本文针对CRH5型动车组塞拉门S14限位开关故障，对开关动作原理及原因进行分析，提出了解决方案，并进行跟踪试验，试验改进效果良好.本文的研究不仅对动车组塞拉门系统限位开关的设计选型有一定借鉴意义，而且有利于降低塞拉门系统的故障率，为动车组的安全整点运营提供了保障.

1　故障现象

2015年1月～11月，CRH5型动车组塞拉门S14限位开关故障共发生15起，其中运营故障4起，安监报故障1起.S14限位开关的故障会导致塞拉门无法正常打开和关闭.发生故障的列车全部为CRH5型动车组早期交付车辆，此故障只在运行5年以后的车上出现，新车上目前从未发生.

2　原因分析

2.1　S14限位开关工作原理

CRH5型动车组塞拉门主要由门框、锁闭机构、驱动单元、门扇四部分组成，其中锁闭机构由气动锁、气动单元、主锁、限位开关等构成[3].主锁与S14限位开关动作原理如图1所示.

图1　主锁与S14限位开关动作关系简图

在棘爪锁闭阶段(图1(a))，齿轮在驱动电机制动后空转的位置(图中6.5°)停止不动，在启动阶段(图1(b))，解锁凸轮旋转在6.5°基础上，再旋转23.5°达到30°，开始解锁过程，在解锁阶段(图1(c))，解锁凸轮在6.5°基础上继续旋转101°达到107.5°.此时解锁过程结束，达到S14开关的转换点，电机开始运动，在锁闭阶段(图1(d))，当解锁凸轮运动达到335.5°后，同时凸轮达到限位开关S14的开关点，电机停止运动锁闭凸轮释放并回跳.

S14限位开关动作控制逻辑如下：

(1)解锁电机接通约旋转60°解锁车门，这时S14限位开关不触发，解锁电机断开；

(2)门控器接通车门电机将车门打开；

(3)限位开关“门已关闭和锁闭”被操作；

(4)门离开已关闭位置(约10 mm)后，限位开关“门已98%关闭”以及“门已关闭附件限位开关”不再被操作;

(5)门控器接通解锁电机并旋转300°至锁闭位置(S14限位开关被触发，解锁电机停止动作)；

(6)车门移到开启位置；

(7)如果S14限位开关故障，门控器将无法判断解锁电机是否对主锁进行了解锁操作，门控器将报故障.

2.2　故障分析

对返厂报故障的S14开关进行测试分析，发现各处防松标识完好，测试后发现其机械和电气参数未发生明显变化，但部分开关回弹测试时会出现失效情况，其回弹失效前后的对比如图2所示.

图2　回弹测试状态对比

由于此故障只在运行5年以后的车上出现，新车上目前从未发生，因此初步判断产生该故障的原因为部分部件由于长时间使用后部件老化其可靠性下降，回弹失效，出现瞬间接触不良，导致短暂失效.故将报故障的S14新开关重新在模型车上进行功能测试1.5万次，运行正常，进一步说明部件老化是导致S14开关故障的主要原因.

走进展馆，金正大展位在全方位展示亲土种植中国方案，其“亲土1号”产品备受商家关注和追捧，参展人员络绎不绝。“‘亲土1号’是金正大利用美国先进生物能技术，专注解决各种土壤问题而推出的新产品。然而，它不仅仅是一款产品，更是亲土种植理念的践行者，是一种趋势，去引领和呼吁大家能够关注、重视、保护土壤，以亲和土壤的施肥方式和理念种植，真正做到亲土种植，富养天下！”金正大集团总裁助理、亲土一号市场中心负责人陈少敏介绍说。同时她信心满满地说：“未来，‘亲土1号’将作为金正大的一个战略产品，必将亲土种植这一理念进行到底，让更多的种植户实现科学种田。”

3　改进措施

部件在长时间使用后因为老化导致可靠性下降，说明该部件的使用寿命不满足实际运用条件的需求，因此选取性能更优的限位开关作为S14限位开关.在根据安装方式、触发形式、使用条件、IP等级进行筛选后，选取Crouzet公司的限位开关代替原开关，新选型的限位开关是原型号限位开始设计寿命的2倍，采用镀金触点，避免触点表面氧化导致虚接现象.图3展示的分别是原限位开关和新选型开关的外形.

图3　新旧限位开关

4　试验验证

为了进一步验证新开关的可靠性，根据标准IEC60068对其进行交变和湿热试验、盐雾和振动冲击试验以及耐久试验，具体内容如下.

(1)交变和湿热试验

根据标准IEC60068-2-14，对新选型的限位开关进行热冲击试验，温度变化范围为-40～90℃，通过试验，新选型的限位开关的防护等级和绝缘性满足要求.根据标准IEC68-2-30，进行高温高湿试验，最高温度为55℃，最大湿度为95%，通过试验，新选型的限位开关满足湿度要求.

(2)盐雾和振动冲击试验

根据标准IEC 60068-2-11对新选型的限位开关进行盐雾试验，在持续96 h试验后，开关的动作力值、绝缘电阻阻值均未发生变化，满足试验要求.根据标准 IEC68-2-6，在10 g加速度,15～500 Hz频率的冲击下，均布的新选型限位开关未发生10 μm以上的微断现象，满足冲击试验要求.

(3) 耐久试验

在模型车上进行50万次开启/关闭耐久试验，并记录开关关键参数，分别如表1和表2所示.

表1　S14触发断开点测试数据表

表2　关键参数对比表

目前新选型的限位开关完成50万次寿命试验性能良好，满足设计寿命15年的要求(每天运行50次，每年按2万次计算)，返厂或进行四级修更换开关后的车辆，至今在运行过程中未出现过此问题.

5　结论

限位开关将车门系统的机械动作转化为电信号，从而使门控器可以判断车门的状态信息，进而对车门进行控制，是保证列车正常运行的神经元.在进行动车组车门系统开关选型时，要充分考虑车辆的运用环境、安装方式等因素，根据上述要素来确定开关的使用寿命，以避免出现因使用寿命不满足运用条件导致的可靠性下降问题.论文的研究对降低塞拉门系统的故障率，保障动车组的安全整点运营具有重大的意义.

参考文献：

[1]张晓明，石海明，李冬. CRH5A型动车组塞拉门典型故障及应对措施[J].铁道车辆，2014,52(12):38-39.

[2]石高山，宋宁，董红生. CRH5型动车组客室侧门故障统计与分析[J].铁道机车车辆, 2013 , 33 (4) :104-106.

[3]中华人民共和国铁道部.TB/T 3108-2011铁道客车塞拉门[S]. 北京：中国铁道出版社，2011.

[4]张曙光.CRH5型动车组 [M].北京：中国铁道出版社，2008.

[5]赵仕斌.浅谈CRH3型动车组塞拉门系统故障的预防修[J].中小企业管理与科技，2017 (8):145-146.

[6]刘立志，王华胜.CRH-5型动车组运用故障统计分析[J].铁道机车车辆， 2009，29 (6) :62-63.