A3型列车制动系统模拟转换阀维护浅析.pdf

经 验 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 6 6 广州地铁A 2 ／ A 3 型列车制动系统模拟转换阀维护浅析 董兴虎 广 州市地 下铁道 总公 司， 广 东广州 5 1 0 3 1 0 摘要 针对 广州地铁 A 2 ／ A3 型列车制动 系统模 拟转换阀运用现状 ，通过机械组 件、制动软件版本等对 比分析 ，提 出其维护优化 解决措施 。 关键词 制动； 模拟转换阀；可靠性；双阀座；制动软件 中图分类号U2 6 0 ． 1 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 40 60 2 3 90 3 An a l y s i s a n d M a i n t e n a n c e Op t i mi z a t i o n S o l u t i o n o f M a g n e t Va l v e s o f t h e An a l o g Co n v e r t e r i n A2 ／ A3 M e t r o Ve h i c l e o f Gu a n g z h o u DONG Xi n g hu G u a n g z h o u Me t r o C o r p o r a t i o n ，G u a n g z h o u 5 1 0 3 1 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e a c t u a l i t y o f a p p l i c a t i o n o f ma g n e t v alv e s o f t h e a n a l o g c o n v e r t e r wh i c h i s b e l o ng t o t h e b r a ke s y s t e m o f A2 ／ A3 me t r o v e h i c l e o f Gu a n g z h o u，t h r o u g h t h e c o mp a r a t i v e a n a l y s i s o f t h e me c h a n i c a l c o mp o n e n t s ，b r a k i n g s o f t wa r e v e r s i o n e t c，p u t f o r wa r d i t s ma i n t e n a n c e o p t i mi z a t i o n s o l ut i o n me a s u r e s ． Ke y wo r ds b r a k e ； ma gn e t v alv e s o f th e an a l o g c o n v e rte r ； r e l i a bil i t y； d o u b l e -s e a t v alv e；b r a k i n g s o f t wa r e 1 概述 广州地铁A 2 ／ A 3 型列车在运营5 年后其制动 系统模拟转换阀故障逐步增多，且在冬季较多发 生，对运营生产造成很大影响。 本文基于模拟转换 阀机械结构 、软件控制等 方面分析，找出其故障原因，提出其维护优化解 决措施，以提高其可靠性及使用寿命。 2 模拟转换阀概述 E B C U接收制 动指令信号后根 据载荷和 冲击 限制和混合制动需求 ，调节并传至电气控制单元 B C U ，B C U 上的模拟转换阀将电压转化为一个成 比例的预控制压力 ，其输入信号与载荷成比例 且有峰值限制，二者均应符合整个制动所需要的 摩擦制动力的要求n 。 2 ． 1 模拟转换 阀结构 如图1 所示为模拟转换阀内部气路，用来升 压 的充气 电磁阀与辅助风缸 R相连 ，当电磁阀 由电控器驱动时 ，气流流入 R的预控管线 ，增加 的压力水平；用来降压 的排气电磁阀与耗气 孔0相通，当电磁阀被驱动时，空气从预控管线 模拟转换嚣 A W4 ． 。． 1 示纛图 带电一线t f 2 } R C V2 1 ． 阀架2 ． 进气螺线管3 ． 通风螺线管4 ． 压力转换器V阀座 R 辅助风缸压力 预控压力0 耗气孔 图1 模拟转换阀解剖图 收稿日期2 0 1 4 0 3 2 5 匿曩噩 ]酉 经验交流 排放到大气中，降低 的压力水平。其工作状态 为 制动位 进气阀得 电，排气 阀失电 ，压缩空 气从制动贮风缸 R进入 ，输出预控制压力 。 至紧 急电磁阀 ； 缓解位 进气 阀失 电，排气阀得 电 ，R通路 被切断 ，预控制压力 通过排气阀直到大气 O。 如图 1 所 示 ，当进 气 阀或排 气 阀不得 电时 ， 其管路气体的切断是依靠压缩弹簧的弹力推动双 阀座来实现的。 2 ． 2 模拟转换阀控制原理 E B C U根据输入信号 包括 常制 ，快制 ，紧 制计算列车所需要的制动力值 ，并将信号送给 模拟转化阀，模拟转化阀将所要求的制动力值转 化为冲击极 限及载荷控制的预控压力 ，控制模拟 转化阀进气 阀的螺线管调节预控压力大小 ，预控 压力的大小又通过模拟转化阀的压力传感器反馈 给E B C U ，E B C U 根据压力传感器信号选择性地控 制充气或排气 电磁阀信号 ，使指令与预控压力之 间保持有恒定的关系 ，如图2 。 据显示 R内存在 0 ． 3 b a r 左右压力 ，该压力 为气体 通过进气 阀窜入 一侧产生的 ，进而抵制 了制动 缸 内弹簧力而 出现闸瓦不能缓解 的现象 。若该故 障对列车制动性能造成很大影响，还增大轮对及 闸瓦不良磨耗，严重的甚至造成轮对抱死等运营 安全隐患。 3 ． 2 故障统计及可靠性分析 统计 2 0 0 8 年至今运用于广州地铁八号线的2 0 列A 2 ／ A 3 型车模拟转换阀故障可知 随着运营年 限增加，故障率明显增加，且冬季故障率尤为突 出 表 1 模拟转换阀故障统计 年份 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 故障总数4 8 9 1 3 1 l 1 6 冬季故障数 3 2 5 1 2 7 1 1 根据可靠度 R f 定义 ，到规定 的时间区间终 了 为止 ，能完成规定功能 的产品数 与在该时间 图2 模拟转换阀控制原理图 压力传感器时刻监测着预控压力 的大小 ，如 果 压力大 于设定压力 E B C U则 调节排气 电磁 阀 ， 压力过小调节充气 电磁 阀。因此 E B C U与模拟转 换阀之间存在断路检测。 3故障分析 3 ． 1 故 障现象及 隐患评估 列车闸瓦在缓解时 ，制动缸内气体排 出，依 靠推杆弹簧力的作用离开踏面。在 日常检修T R B 试验时，闸瓦仍然贴合踏面，说明在制动缸内存 在气体抵制了制动缸内弹簧力。进而，列车在紧 急制动情况下 ，模拟转换 阀排气 口处排 出的气体 发出 “ 嗤一 嗤一 嗤一 嗤”连续 的短促排气声 。 在上述故 障现象出现 的时刻 ，排气 阀得电 ， 进气阀失电，R 通路被切断。但通过监测E B C U 数 如表 2 所示。 区间开始时投人工作的产品 数M之 比 。 】 。表示为 R t l - N r t ／ NT N t ／ N 7 产品失效和不失效是互 逆事件 ，因此 R t l -Q t l - P r 计算模拟转换 阀可靠性 表2 模拟转换阀可靠性 使用时间 ／ 年 可靠度R ￡ 用传统单一 的浴盆曲线 已不能代表现代轨道 交通列车故障率曲线。如图3 所示为6 种故障率曲 线型式。统计表明，机车车辆产品中符合A、B 、 r ■ ■ T F ■ _ _ _ 1 I。 u- {2 4 0 0 _l l L ． 。 ． ． ． ． ‘ ． ． ． 。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 』 ， ，， ， ． ． ． ． ． ． j ． ． ． ． ． 。 ． ． 。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． 7 0 5 7 5 2 ％ 吣 O O O 0 0 O 1 2 3 4 5 6 董兴虎 广州 k A 2 ／ A 3 型列车制动 系统模拟转换 阀维护浅析 经验 c型故障率曲线的约占5 ％一1 0 ％，而符合D 、E 、 F 型故障率曲线的约占9 0 ％～ 9 5 ％。 究，考虑其密封、双阀座、弹簧等方面故障模式 及原 因。 A 浴盆曲线 B 有耗损期 C 故障率稍增加 D 故障率后来不变 E 指数分布 F 故障率后来不变 3 六种故障率曲线 模拟转换阀故障率符合有耗损期型故障率曲 线 ，其故障率曲线如图4 所示。 ／ ／ 7 ＼ ／ ／ ’ ／ 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 图4 模拟转换阀故障率 两溺 面 I 皇 奎 量 塑 堕 奎 l 3 。 3 模拟转换阀双阀座及压缩弹簧 通过对故 障的模拟转换 阀拆解后发现 ，其充 气电磁阀和排气电磁阀的双阀座硫化橡胶部分存 在 明显的凹痕和变形 ，正是 由此才导致双阀座在 弹簧力作用下仍不能完全截断气体 如 图5 所 示，左边为旧件右边为新件 。 根据机械零部件失效率模型及部件拆解状 况 ，可将该两个电磁阀简化为阀门单体来进行研 a 双 阀座 1 密封 润滑及组件性能 长期动作配合 ，出现润滑不足 、 组件表面损伤。冬季受低温影响 其动力学不稳定性增大致使故障 率突出。 2 双 阀座 硫化橡胶部分 有 约 0 - 3 m m的凹痕 和表面膨 胀 变形 ，且 由于润滑不足双 阀座与 其安装孔接触的金属部分也有轻 微磨损 。 3 压缩 弹簧 由于长期受力 出现轻微塑性 变形 ，疲劳导致其弹性有所下降。 3 ． 4 制动软件对模拟转换阀性能影响 通过分析实验表明，该列车制动软件版本的 选择对模拟转换阀漏气现象也有一定影响。不同 版本制 动软件 ，在紧急制 动施 加过程 中，E B C U 内 MB 0 4板每隔 l ms 对排气 阀发 出 D C 2 4 V脉冲信 号 ，当其构成 回路时无诊断故障出现 ，否则 出现 “ 模拟转换阀故障”的信息。 通过 V 0 ． 7 5和 V 0 ． 7 7 两 个版 本制 动软件 的对 比，用示波器监测排气 电磁阀之间电压 ，得到其 排气阀波形图 如图6 所示 ，发现V 0 ．7 5 的脉宽 为 1 2 0 I x s，V 0 ． 7 7则为 2 2 0 I x s。相较而言 ，0 ． 7 7 版本 比0 ． 7 5 版本对排气阀造成的影响稍大 。 现场实验将同一故 障件在上述两个版本下对 比，发现在V 0 ．7 7 版本下比在V 0 ．7 5 下漏气现象较 明显 ，甚至有在 V 0 ． 7 7 下漏气 ，V 0 ． 7 5 下正常的现 象。说明在紧急制动施加时，E B C U断路检测间 隙时间使得模拟转换阀动作 出现轻微差异 ，进而 影响到阀体排气 。 4改进优化措 施 b 压缩弹簧 图5 新旧双阀座及压缩弹簧对照图 匦 圈 基 于以上分 析 ，采取 以下措 施加强模拟转换 阀的维护优化解 决措施。 故障检修时对 于出现故 障的 模 拟转换 阀可根 据其实 际情况 ， 参考以下标准更换双阀座及其压 缩弹簧进行故障件修复 1 观察双 阀座 的硫化橡胶 部分有无损坏 ，如果其表 面有凹 痕 或膨胀 变形超 过 0 ． 2～0 - 3 m m， 下转第2 6 7页 H 他 ∞ ∞ O O O O O 0 0 钟 华装卸用直臂架多用途门机典型起升钢丝绳卷绕系统的分析与比矮 经验交 架头部的附加弯矩相对之前的两种缠绕方式来对 比要减少很多 ，受力相对得到改善，钢结构特别 是臂架系统相对也可减轻，此种卷绕方式因为是 钢丝绳变幅，相对于杠杆活对重平衡系统，整机 可以实现非常大的变幅幅度。因此，第三种卷绕 方式在吊钩工况下也可以应用到单臂架船厂门机 的卷绕方式上。 4总结 通过对三种起升钢丝绳卷绕方式的分析和比 较 ，可 以启发 今后装卸用直臂架 门机的设计 中 ， 对如何选择合理的钢丝绳卷绕方式，需要综合考 虑机型多种因素的要求 包括门机是否有抓斗、 吊钩、全自动集装箱旋转吊具的工况需要 ；选择 合适的旋转吊具的结构形式 ；吊具供电系统形式 - - - 一 - 一 - 卜- 一 - ● 一- 一- ● ～ - 卜- - ● 一- 卜 上接第2 4 1 页 的选择；臂架 自重平衡系统形式的选择；补偿滑 轮组倍率的合理取值；起升滑轮组倍率的合理取 值 ；钢丝绳卷绕方式对整机钢结构优化的影响， 特别是对臂架系统优化的影响；最后还要兼顾用 户的要求；综合确定最佳方案。 参考文献 [ 1 ]张质文，虞和谦． 起重机设计手册 [ M]． 北京中国 铁道 出版社 ，1 9 9 8 ． [ 2 ]杨长睽，傅 东明． 起重机械 [ M]． 北京机械工业 出 版 社 ，1 9 9 2 ． [ 3 ]G B ／ T 3 8 1 1 - 2 0 0 8 ． 起重机设计规范 [ S ]． 作者简介 钟华，男 ，1 9 6 2 年生 ，江西人，大学本科 ， 工程师。研究领域 港 口 起重机。 编辑 王智圣 图6 制动软件V 0 ． 7 5 排气阀波形图 其金属部分磨损严重的均需更换； 2 观察压缩弹簧的长度及弹性 ，如果其塑 性变形与新件相较超过0 ． 5 m m需更换； 3 必须将换下的模拟转换阀的R和 通道 封闭，以免杂质落人其中影响元件质量； 4 如果更 换模拟转换阀返修件 ，在安装前 需表面清洁，如有必要可用肥皂水清洁后再用清 水清洗，特别是通风阀门等部位需用吹风机吹干； 5 在安装时，需对 “ 型圈、安装面及 空气制动屏对应部位涂适量润滑脂进行润滑。 调整检修维护策略，针对系统故障特点，采 取提前预防措施，避免故障隐患对列车性能的影 T 响。同时，继续开展模拟转换 阀故障件的自主维修工作，满 足生产需要，降低维护成本。 更新适于列车运用的最优 制动版本 ，在降低模拟转换阀 故障率的同时，也最大程度减 少列车闸瓦、轮对磨耗。 事实上 ，在采取上述措施 后，模拟转换阀故障率得到有 效控制，可靠性能得到明显提 高。 5 结束语 通过对模拟转换阀检修维 护 改进及 制动版本 软 件优化 ， 提高了其可靠性，延长了模拟 转换阀的使用寿命，使该部件 故障率有效降低。同时，通过该部件自主修复， 既有效保证了备件数量，还有效降低了运营成本。 参考文献 [ 1 ]长春长客 一庞巴迪轨道车辆有限公司． 广州地铁 A 2 、 A 3 型电客车维修手册 [ z ]． 2 0 0 6 ． [ 2 ]牟致忠． 机械可靠性一理论 方法 应用 [ M]． 北京 机械工业 出版社 ，2 0 1 1 ． [ 3 ]赵宇，杨军，马小兵． 可靠性数据分析教程 [ M]． 北 京北京航空航天太学出版社 ，2 0 0 9 ． 作者简介董兴虎，男，1 9 8 6 年生，甘肃武威人，大学本科， 助理工程师。研究领域城市轨道交通机车车辆。 编辑 王智 圣