网络版WD-320 型稳定车换挡系统的故障分析及对策

2021-05-28施建忠

科学技术创新 2021年14期

施建忠

（中国铁路上海局集团有限公司上海大型养路机械运用检修段，上海200439）

1 概述

网络版WD-320 型动力稳定车（简称“稳定车”）集机械、液压、电气、气动、计算机自动控制于一体的自行式大型养路机械，通过其作业使道砟流动重新排列，互相填充达到密实，实现轨道在振动状态下有控制的均匀下沉，迅速提高作业线路的横向阻力和道床的整体稳定性，有效降低线路维修作业后列车限速运行的限定条件[1]。

我国1984 年首次引进奥地利PLASSER 公司生产的DGS-62 型动力稳定车，1996 年国产化的WD-320 动力稳定车通过工业性考核开始组织生产，并替代进口车。但在多年实际的生产和运用实践中，传统的WD-320 轨道动力稳定车电气系统暴露出了一些问题，如系统调试维护麻烦、抗干扰能力差以及现场使用时常反映系统上位机下位机通信不好、系统死机等。因此，搭建一套新的可靠高效系统，是动力稳定车电气系统开发所面临的紧迫要求[2]。

随着铁路局集团公司对控制网络的开放性、性价比等要求的提高及基于网络的远程诊断与维护等新需求的提出，各种通信网络类型在车载控制系统中得到了应用。就目前大型养路机械车载通信网络应用情况而言，相应存在不同类型网络的实用产品：如IEC TCN、ARCNET、Lonworks 和CAN 等。由于CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性等优点，在工程机械行业的发展方兴未艾。大型养路机械网络控制平台采用了CAN总线做为其车载控制网络，随着我国铁路尤其是高速铁路的快速发展，对铁路的养护越来越重要，网络版动力稳定车的运用也越来越多，伴随产生了较多新的运用故障，构成安全风险[3]。

2 典型故障

2021 年2 月，某铁路局集团有限公司稳定车在运行途中突发故障，辅助驱动意外挂挡导致二轴轮对擦伤，存在重大行车安全隐患。稳定车机组出车前检查发现司机室两端B5、B11 面板各锁定指示灯显异常、网络系统紊乱，决定在运行途中不作动力。当日区间内运行时，司机突然听到异响，立即要求停车。设置防护后，检查发现辅助驱动一、二轴均处在挂挡位，判定异响为驱动马达反转所致，反复切换作业电开关后，一轴成功脱挡，但二轴始终无法脱挡，尝试借助外力脱挡未果后，对二轴液压驱动马达进行拆卸，马达脱开后，二轴得以脱挡。整组大机以5km/h速度试拉，仍然听到异响，再次停车检查，发现辅驱二轴车轮缘踏面严重擦伤，遂以限速10km/h 向前方登记站运行。到达后，机组人员将二轴齿轮油放出，未发现碎齿等异物，随后用砂轮机将轮对擦伤处进行了打磨处理，使用钢丝绳对辅驱气缸进行捆扎。

3 原因分析

通过现场调查，初步判断主要存在两方面的问题。

一是辅驱脱挂挡异常。检查发现稳定车辅驱二轴气缸挂挡端风管在无作业电时大量排风，与机组前期反映情况相符，辅驱脱挂挡原理如下：

（1）作业驱动轴脱挂控制

稳定车网络控制系统作业驱动轴包括辅驱1(前转向架作业驱动一号轴)、辅驱2(前转向架作业驱动二号轴)与主驱(后转向架作业驱动轴)。作业驱动轴挂挡阀控制原理见图1 所示，前转向架辅助驱动1、2 轴挂挡阀由作业电(2 号线)直接控制，当作业电打开，2 号线得电，直接驱动辅驱1、2 轴挂挡，无其它控制逻辑；后转向架驱动轴由J18.1 控制，控制逻辑为J18.1=1，作业电打开后，J18.1 直接输出DC24V 驱动后转向架驱动轴挂挡，无其它控制逻辑；当关断作业电源开关，2 号线与J18 模块现场电源失电，作业驱动轴电磁阀失电，实现脱挡控制。

图1 作业驱动阀控制原理

（2）作业驱动轴脱挂状态监视

稳定车网络控制系统作业驱动轴脱挂状态监测原理见图2所示，作业驱动轴脱挂状态由J9.3～J9.8 采集，通过CAN 总线发送至显示器进行状态显示(绿灯：脱挡；红灯：挂挡；灰灯：错误状态)，用于行车及作业人员实时监视作业轴状态。

（3）作业驱动轴——高速走行安全联锁

如图2 作业驱动轴监视原理所示，任一驱动轴处于挂挡状态(G42G7G5 任一信号为低)，G4 信号为低电平；由图3 高速走行安全联锁原理可知，当G4 为低时，延时4 秒输出低电平信号G26，切断高速走行控制回路，封锁牵引，即任一作业驱动轴处于挂挡状态不允许进行高速走行。

图2 作业驱动轴脱挂状态监测原理

图3 高速走行安全联锁

综上所述，可知辅驱脱挂挡仅与作业电QL36(见图1）、气动换向阀5（见图4）以及执行机构气缸、导向杆、挂挡杆等（见图5）相关联，与网络程序、应急系统均无关。

图4 辅助脱挂挡气动原理图

进一步检查发现：作业电得失电情况正常，线路紧固良好，且运行途中QL36 不可能常产生；二轴执行机构气缸活塞杆、导向杆、挂挡杆表面脏污，滑移块内孔堵塞且无间隙（上、下部轴向间隙应为0.1-0.2mm），故其脱挂动作不流畅，一轴则较好；气动换向阀内部弹簧卡滞，手动通阀时复位缓慢，判断换向阀作用不良为故障产生的直接原因。更换气动换向阀后，辅驱一、二轴试动作正常，但二轴脱挂接近开关无作用，拆检发现开关内部底座脱焊（见图6），更换开关后恢复。

图5 辅驱轴脱挂执行机构

图6 接近开关

二是网络通讯故障。检查发现司机室两端B5、B11 面板各锁定指示灯显异常（见图7、8）、网络系统紊乱，共十一个模块无法正常下载程序（见图9）。

图7 B11 箱DM 显示

图8 B5 箱DM 显示

图9 模块故障诊断主界面

网络系统基本原理如下：稳定车网络控制系统包括控制箱、接线箱、配电箱和系统模块。模块与模块之间通过CAN 总线连接构成整车网络：DO 模块主要控制阀线圈、继电器、灯等的开通或关断，并将数字量发送至网络上以供其它模块使用；DI 模块主要用于采集限位开关、压力开关、接近开关、行程开关等输出的数字量信号，并将采集到的信号处理后通过CAN 总线发送到网络上以供其它模块使用；AI 模块主要用于采集线性传感器，仪表和电子摆等的模拟量反馈信号。

图10 网络系统基本原理框架图

环车检查整车模块，检查模块状态指示灯，实测通路电阻均为120Ω，利用终端电阻分段下载，最终判定J20、P15 模块故障：拆卸时发现J20 模块CAN 通讯接头、插座内部有水迹，J20 模块位于稳定装置正上方横梁内侧，位置隐蔽，受振动影响较大，通讯接头松动后，雨水流入，致使模块损坏，更换模块处理；P15 模块通讯接头松动，重新紧固并载入程序后恢复。

4 深度分析存在的问题

通过对此次稳定车运行途中辅驱挂挡故障进行深入调查，反映出专业管理、标准化作业执行、设备故障信息沟通协调等方面存在较多问题。

4.1 直接原因

机组个别人员人为误操作，错将作业电开关打开，导致辅助轴自动挂挡，造成轮对擦伤，这是本次故障的直接原因。

4.2 重要原因

网络系统通讯故障悬而未决，车载锁闭信号监控系统完全失效，司机室两端B5、B11 面板各装置锁定指示灯显异常，机组人员无法有效识别辅驱的闭合、脱开信号，这是本次故障的重要原因。

4.2.1 机组早期即发现网络系统通讯故障，B5、B11 面板各装置锁定指示灯显异常。机组将故障情况汇报设备主任、技术员，并在其远程指导下尝试修复，未果。

4.2.2 机组人员对各部件锁定、捆扎情况进行检查，并用摄像手电进行拍摄，共计拍摄照片19 张。因网络系统通讯故障，其中所摄照片“B5 箱界面驱动（主驱、辅驱1/2 轴）挂挡指示灯显示错误”。当晚稳定车运行途中，机组人员误将作业电开关打开，辅助一、二轴得电挂挡，然而司机室两端B5 和B11 面板主驱、辅1、辅2 显示错误，失去指示意义，机组人员无法第一时间发现异常。