CRH380B型动车组塞拉门主锁气动改造

宫 政,李 骞,赵铭阳

(中国铁路沈阳局集团有限公司 沈阳动车段,辽宁 沈阳 110179)

CRH380B型动车组侧门采用单扇电驱动耐气压的塞拉门(Sliding Plug Door),整体结构具有很高的安全性和可靠性,能够承受列车在各种运行条件下遭遇的强大空气压力波,保证车内乘客的乘坐舒适性。塞拉门主要由门扇、门框、驱动机构、主锁、辅助锁、门控器(DCU)、站台补偿器等零部件组成。通过驱动电机驱动门扇完成开门、关门运动,通过主锁、辅助锁实现塞拉门的解锁与锁闭固定功能,依靠DCU经由CAN线、MVB总线与CCU进行指令传输和状态反馈等通讯。

在长期运用检修过程中,对塞拉门的故障进行统计发现,主锁机构发生的故障数量占塞拉门系统总故障比例超过1/4。尤其在运用过程中,电动主锁机构偶发故障发生频率高且故障不易复现,影响动车组整体运用效率和检修效率,增加了配件更换工作量,提高了检修成本。因此,为解决既有电机驱动方式主锁机构复杂导致机构故障率较高的问题,决定结合高级修对CRH380B型动车组塞拉门主锁机构进行气动改造。本文对塞拉门基本工作原理、既有电动主锁机构工作原理及其故障进行了分析,重点论述了主锁气动改造方案及改造过程中产生的常见功能性故障。

1 塞拉门基本动作原理

既有采用电动主锁装置的塞拉门按以下控制逻辑及动作流程工作:

(1) 开门控制逻辑及动作流程。如图1所示,DCU发出有效的开门命令后,塞拉门蜂鸣器被激活,K3电磁阀切断对上下辅助锁气缸的供风,上下气动辅助锁在弹簧力作用下复位,解除辅助锁对门扇的锁定约束。主锁电机被DCU激活后转动约60°将门解锁,随之电机限位开关B9被取消激活,主锁电机停止转动。此时,锁定止挡在电机轴上凸轮的作用下已旋转至解锁位置中,从而释放旋转锁闩,解除主锁对门扇的锁定约束;由锁定止挡旋转轴上的凸轮盘取消触发“门关闭并锁闭”限位开关B7.1和B7.2(以下统称B7),B7限位开关将信号传递至DCU,塞拉门驱动电机在开门方向上被激活,门扇打开。在门扇离开关闭位置达到总行程的10%后,98%限位开关被取消激活,并将此信号传递至主锁电机,电机再次被激活,旋转300°从而回到起始位置。此时,锁定止挡被凸轮释放,受旋转锁闩限制停留在解锁位置。在门扇打开运动过程中,站台补偿器放下,开门到位后,门扇驱动电机关断。

1—旋转锁闩;2—锁定止挡;3—电机轴上凸轮。

(2) 关门控制逻辑及动作流程。DCU发出有效的关门命令后,塞拉门蜂鸣器被激活,塞拉门驱动电机在关门方向上被激活,站台补偿器收回。当门扇关闭运行至触发98%限位开关时,DCU激活K3电磁阀向上下气动辅助锁气缸供风,辅助锁动作,给门扇提供一个锁定的约束力。旋转锁闩受到关闭的门扇推动,旋转至锁闭位置,处于释放状态的锁定止挡在弹簧力作用下回到图1(a)所示的位置将旋转锁闩锁定,同时触发“门关闭并锁闭”限位开关B7,切断塞拉门驱动电机。

2 电动主锁机构故障情况

对于故障率较高的电动主锁机构进行研究,可将其常见故障划分为3类:解锁电机故障、电机限位开关B9故障及“门关闭并锁闭”限位开关B7故障。

其中,解锁电机故障主要包括电机不动作及电机异响。由前文对塞拉门动作流程的分析可知,电机不动作会造成塞拉门主锁不解锁,导致塞拉门无法打开,需更换电机处理。电机本身卡滞、失效或电机控制电路的故障都会引起电机不动作。而电机内部组件的偏心、松动或存在微小杂质等情况会使电机动作时产生异响,这意味着电机已经存在故障隐患,同样需要及时更换。动车组运用检修过程中,解锁电机故障发生的频率高,数量大。仅选取10组三级检修期间的CRH380B型动车组(均为塞拉门主锁气动改造前),对塞拉门功能调试阶段发现的故障进行统计发现,180例功能故障中有54例需更换主锁电机处理,严重制约了检修效率。

电机限位开关B9故障为限位开关卡滞、挡片回弹失效、线路故障等造成的无法取消激活,导致DCU检测主锁已解锁信号时产生错误,误认为塞拉门主锁解锁失败,这时解锁电机会再次动作1个周期,之后通过DCU向CCU报出故障,此类故障需更换B9限位开关或查找电路故障进行处理。

“门关闭并锁闭”限位开关B7受锁定止挡旋转轴上的凸轮盘控制触发或取消触发,如图2所示。除限位开关本身故障外,还会因凸轮盘和限位开关之间的相对位置不正确导致无法正常工作,向DCU反馈错误的解锁/锁定信号,此类故障需更换限位开关或重新调整限位开关的位置。B9及B7限位开关故障分别占到上述180例功能故障中的12例和4例。

图2 凸轮盘与B7限位开关(解锁位置)

由上述分析可知,既有电动主锁机构较为复杂的结构和电机较低的可靠性必然导致了这种主锁机构的高故障率。为了改善这一状况,自2020年上半年起对CRH380B型动车组塞拉门全部进行了气动改造,将电动主锁改造为气缸驱动。

3 主锁气动改造

3.1 主锁气动改造主要内容

主锁气动改造主要包含以下内容:(1)拆除原有的K3电磁阀、主锁总成及相应的气管、连接器、限位开关等;(2)将新的气控板安装在设备支架上(气控板上除原有K3电磁阀外,新增控制主锁气缸的K7电磁阀)并连接各供风管路、连接器等;(3)安装改造后的主锁机构;(4)对原有线束进行改造,包括拆除、新增和重新布置,需改造的控制线路如表1所示;(5)更换改造后的DCU。解锁电机电路、B9限位开关电路、K7电磁阀电路如图3～图5所示。

表1 需改造的控制线路

图3 解锁电机电路

图4 B9限位开关电路

图5 K7电磁阀电路

3.2 气动主锁工作原理

改造后的主锁机构中,旋转锁闩及锁定止挡相对位置关系及动作原理与改造前基本相同,区别是锁定止挡不受解锁电机驱动,而是受新安装的主锁气缸控制,即控制方式由电机轴上凸轮的旋转运动变为气缸活塞杆的往复运动。

开门时,K7电磁阀接收到DCU发出的信号,开启供风管路向主锁气缸供给压缩空气,气缸活塞杆推动锁定止挡由图1(a)位置旋转至图1(b)位置,释放旋转锁闩,解锁塞拉门主锁,并通过凸轮盘取消触发“门关闭并锁闭”限位开关B7。与电动主锁不同的是,在门扇打开状态下,K7电磁阀始终使主锁气缸保持在有风状态,锁定止挡受活塞杆限制而非旋转锁闩限制,保持在解锁位置。关门时,K7电磁阀切断主锁气缸的压缩空气供给,气缸活塞杆缩回,锁定止挡此时受旋转锁闩的限制停留在解锁位置。其余动作原理与电动主锁相同。

3.3 气动主锁优点

除无法消除B7限位开关产生的故障外,改造后的塞拉门气动主锁机构取消了解锁电机及B9限位开关,因此杜绝了电机及限位开关稳定性差可能造成的故障隐患。新采用的气动解锁机构结构简单,可靠性、耐久性强,可在原有塞拉门设备架上安装,不会明显影响整体结构和控制逻辑。经一年多的运用检修实践,装配新型气动主锁机构的塞拉门基本消除了主锁故障,大大降低了塞拉门整体故障率,提高了动车组的运用稳定性和检修效率。

4 主锁气动改造过程中衍生故障

主锁气动改造过程中,需要新装气控板、主锁气缸、门控器等零部件,也会对部分连接器、电气线路、空气管路等进行拆卸、连接。在这一过程中,由于施工不精细可能会带来一些故障,根据现场经验,对这类常见的衍生故障总结如下:

(1) 压缩空气泄漏故障。要求在连接气控板及主锁气缸相关的空气管路时,严格控制作业质量,气管裁断时必须确保断口平整;气管安装时必须插接到接头的根部,并用工具将锁紧螺母锁紧到位,否则将引起塞拉门空气管路漏风,进而导致动车组列车总风泄漏。

(2) 门控器故障。改造后的塞拉门需配用软件更新后的门控器,如装配原有门控器或安装的新门控器软件更新时发生错误,均会使塞拉门基本功能失效。

(3) 电路故障。对改动的导线端子压接不紧固、安装位置不正确或在连接过程中连接器出现缩针、断针等情况,均会造成塞拉门控制功能故障。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导线的错误连接会使对K7电磁阀的控制功能失效,即无法驱动主锁气缸,导致塞拉门主锁不能解锁。同时还应注意避免重新布置的电气线路与其他零部件发生抗磨。

针对上述衍生故障,应加强改造过程中质量控制,并在改造后重点注意以下项点的检查试验,对发现的故障及时处理,确保将问题解决在改造出厂前。

(1) 对改造过程中发生变动的接线、端子及连接器进行重点检查,确保电气接线连接可靠,导线绝缘良好,线束固定牢固。

(2) 塞拉门初次供风后仔细检查气控板及主锁气缸等门侧机构的空气密封性,确认气密性良好,管路及接头部位无漏风。

(3) 改造后调试期间严格执行开关门控制和防挤压、障碍物探测、紧急解锁、隔离锁等功能试验,验证改造后的门控器控制功能正常。

5 结束语

本文通过对采用电动主锁装置的塞拉门工作原理进行分析,分析了电动主锁故障率高、检修工作困难的原因,论述了主锁气动改造的必要性。对改造的主要内容及效果进行了说明,并根据实践经验总结提出了常见的衍生故障,在改造过程中,作业人员和作业管理人员应对这类故障加以重视,保证质量可靠。同时,考虑到CRH5平台动车组采用的塞拉门电动主锁结构与CRH380B平台动车组类似,且同样正在大批量实施主锁气动改造项目,因此,本文总结的经验具有借鉴和推广意义。