WEX型列车自动清洗机端刷摆出过位故障分析与解决

魏 鑫 林东起

(青岛地铁集团有限公司运营分公司 山东 青岛 266000)

地铁车辆用WEX型列车自动清洗机，端刷刷组的故障时有发生，影响洗车安全。其中常见的故障有：洗车时端刷无动作、端刷摆出过位、端刷不回位、端刷回位过慢等。

地铁车辆前端洗洗车期间，左侧端刷活动挡块动作异常，升起到位后又落下，导致端刷刷组未摆出到工作位就停止，并直接摆动到180°的位置，发生端刷摆出过位故障，通过此故障，发现列车自动清洗机的紧急停止及安全保护系统也存在缺陷，未能保证在紧急停止状态没有解除时，从自动状态切换至手动状态时端刷电磁阀保持不动，安全保护功能需要进一步完善。该故障反应了端刷刷组无论是在机械结构设计，还是PLC(可编程逻辑控制器)程序控制上，都存在一定的安全隐患。需要对端刷故障进行深入研究，提出改进措施。

1 列车自动清洗机端刷

1.1 端刷机械结构

列车自动清洗机的端刷主要用于电客车前后端部的清洗。WEX型列车自动清洗机的端刷系统如图1所示，由行走小车、端刷、转动架、链轮、减速电机、气动马达、接近开关等组成。

图1 端刷系统实物图

行走小车为沿纵向可移动的两轮单轨小车，通过4个方钢管固定架与上部的天轨相连，由一变频减速电机驱动运行。端刷安装在一个可旋转180°的转动架上，由气动马达实现摆动。端刷后端连接减速电机，驱动刷轴旋转。转动架上部有一减速电机驱动链轮，可使端刷沿导轨上下移动，上下限位处均装有反馈端刷位置的接近开关。前端洗限位挡块和后端洗限位挡块由气动马达驱动，用于限制端刷摆动的角度。

1.2 端刷气路原理

列车自动清洗机通过气动马达控制端刷的摆出和收回，气动马达的旋转方向由换向电磁阀控制，工作气压由储气罐及气动三联件控制，控制示意图如图2所示。每个气动马达都有一对进出气调节阀，并配有定位螺母。

1.3 端刷电气控制

WEX型列车自动清洗机一般在自动模式下工作。列车以一定的速度通过洗车区段，系统检测到各种光电信号、接近开关信号等，传给PLC，PLC控制相应执行器完成相应动作。

2 端刷摆出过位故障及其改进措施

2.1 端刷摆出过位故障

按照程序设定，当列车自动清洗机进行前端洗时，前端洗限位挡块首先升起，接近开关感应到信号后传至PLC程序，端刷再在气动马达的驱动下摆至90°的位置，然后行走小车移动，利用仿形技术对电客车前端面进行洗刷。洗刷完毕后，端刷回摆至零位，限位挡块落下，前端洗洗车结束。

但在洗车过程中，偶有端刷活动挡块动作异常，端刷摆出时，升起到位的活动挡块突然落下，导致端刷未摆动到90°停止，而是过摆至180°，超出了限位。洗车人员按下紧急停止按钮后，刷组停止动作，此时根据信号楼要求给司机绿灯信号，转换模式为手动，刷组并未静止，而是根据设定程序复位，从180°回摆至0°，从而发生端刷摆出过位故障。

2.2 改进措施

通过分析，端刷摆出过位故障的直接原因是前端洗限位挡块马达的一个调节阀脱落，导致气动马达失压，挡块回落。因此在日常检修中，要时刻注意检查调节阀和定位螺母，发现松动及时处理。

由于设备使用频繁，调节阀难免会因气压波动和机械振动而松动、脱落，加之气动控制存在不稳定性，为进一步解决问题，提出了几种改进措施。

2.2.1增加限位挡块

原前后端洗限位挡块均为活动挡块，在气动马达的作用下升起或下落，容易受到气压不稳的影响，为此通过将前端洗限位挡块改为垂直的固定挡块，后端洗限位挡块改为水平固定挡块，垂直固定挡块可将端刷摆动限制在90°，水平固定挡块不再起作用，也不会干扰端刷的摆动。

增加活动挡块的限位装置，使用M16螺栓固定，扭力为100 N。具体改动如图3所示。增加限位挡块后使得翻转挡块一直处于伸出状态，变为固定挡块，不再落下，端刷摆出后到达此位停止，正好是90°，即工作位置，完成洗刷作业，同时增加另一块限位挡块使得翻转挡块收入原始位置不会伸出，即不会与端刷摆出发生碰擦。

图3 增加限位挡块示意图

这样改动的工艺简单，灵活性高，若复原成活动挡块也具备可操作性。此方案中，机械结构改变使得端洗流程得到简化，端刷摆动的范围由0～180°改为0～90°，垂直固定挡块在前后端洗中都起到限位90°的作用，原后端洗限位挡块不再起作用，这样虽不会发生端刷摆出过位的故障，但是后端洗洗车存在一定的安全隐患，若换向电磁阀突然失电，端刷会由90°回摆至0°，容易打到电客车车体。为了解决此问题，将端刷二位五通阀改为三位五通阀，中间位为泄压模式，这样能保证端刷在后端洗作业时，即使出现电磁阀断电故障，端刷组能够保持在中间位置，不能立即摆回，也就不会打到车体。同时将现有的端刷控制接线箱结构改成不锈钢结构，防止生锈和潮气影响电磁阀和开关的状态受到干扰。

2.2.2PLC程序改进

增加限位挡块解决了端刷摆出过位故障，提高了前端洗洗车的安全性，简化了后端洗洗车流程，基本排除了端刷系统的安全隐患。但是该措施仍存在不足之处，比如降低了后端洗洗车的安全性，若是司机发生溜车事故，有可能会撞到端刷，而未加限位块的后端洗洗车作业就可避免此问题。由此提出PLC程序改进措施，在不改变端刷系统机械结构的情况下，通过优化程序解决端刷摆出过位故障。

每个限位挡块都配有2个接近开关，一个能感应到限位挡块垂直90°的位置，一个能感应到水平0°的位置。端刷摆出过位故障中，前端洗限位挡块最初正常升起，接近开关感应到限位挡块已垂直90°后将信号反馈给PLC程序，PLC程序继而控制端刷摆动马达的电磁阀得电，端刷摆出。然而后续限位挡块落下，端刷仍继续摆出，是因为原有程序中存在2个漏洞：一是系统没有检测到限位挡块回落，二是端刷不在90°工作位，系统无安全保护动作。

针对第一个漏洞，增加中断程序，即利用水平0°接近开关进行检测，在端刷摆出过程中，如果该接近开关检测到限位挡块回落，则唤醒中断程序，跳转到新编写的安全保护程序中，执行紧急停止命令保护动作。

针对第二个漏洞，对端刷控制程序进一步完善安全保护，通过PLC控制程序实时检测端刷工作位状态，一旦端刷离开工作位，控制程序立即执行后退和上升动作，从而保证车辆的安全。

2.3 其他改进措施

洗车人员发现端刷过摆故障后，按下紧急停止按钮，端刷无动作，此时并未影响电客车安全。但在引导车辆开出洗车库时，需要切换到手动模式传递给司机绿灯信号，此时端刷会突然回位，导致端刷打到车体。对此故障可以采取以下改进措施。

(1)增加端刷信号灯的绿灯通行钥匙开关控制。

在控制室操作台增加一个信号灯控制钥匙开关，如图4所示。在钥匙开关启动的状态下，前端洗和后端洗信号灯变绿灯通行，信号灯具有最高权限，平时有专人管理，在紧急情况下使用。

图4 信号灯钥匙开关

(2)增加紧急停止状态下手动/自动切换的安全保护。

完善紧急停止控制程序保护，在紧急停止没有解锁的状态下，洗车机始终处于自动状态，并不受手动/自动转换开关的影响，防止在手动/自动转换时发生电磁阀失电问题，这个功能可通过程序控制来实现。

3 结束语

通过以上分析地铁自动清洗机的端刷摆出过位故障，提出了几种改进方案，并应用到实际生产过程中，经过实际应用表明，以上措施解决了地铁WEX自动清洗机端刷摆出过位造成的生产停止和隐患问题，提高了WEX自动清洗机的安全性。□