和諧型機車自動降弓裝置誤動作原因分析與解決措施

梁永軍

（太原鐵路安全監督管理辦公室機車車輛驗收室，山西 太原 030013）

1 問題的提出

和諧型電力機車所使用的DSA-200、TSG-15等型號受電弓均屬于氣囊弓，安裝有ADD自動降弓裝置，具有緊急情況下自動降弓、避免二次升弓等功能，能夠有效防止故障擴大化。但每年進入冬季后，特別是在北方地區最低氣溫達到零下20℃以下時，和諧型電力機車“自動降弓、升不起弓”等故障頻發，導致了大量的臨修、機破故障。該故障具有區域性、周期性，嚴重影響機車運用秩序。因此，找到冬季低溫條件下自動降弓、升不起弓的根本原因，提出應對措施，成為亟待解決技術課題。

2 原因分析

2.1 自動降弓裝置的構成

受電弓自動降弓裝置主要用于實現在滑板磨耗到限或折斷時的快速降弓功能，從而實現對弓、網兩方面的保護。主要由ADD閥、滑板管道、風管路、試驗閥、關閉閥等組成。其中，試驗閥可以模仿滑板控制氣路產生漏泄，關閉閥可以將滑板控制氣路切斷。如圖1所示。

圖1

2.2 ADD閥的工作原理

ADD閥通過彈簧、橡膠膜板將內部上、下兩腔隔開，上腔與滑板控制風路連通，下腔與升弓裝置風路連通，當升弓回路充風時，壓縮空氣自下腔通過膜板縮孔進入上腔，由于結構特點，膜板所受上腔壓力略大于下腔，外加彈簧壓力，使膜板保持壓緊狀態，即ADD閥保持關閉，氣囊動作機構可正常升弓。若上腔存在較大漏泄（通過縮孔的補充量小于其漏泄量），且達到一定程度時，膜板兩側壓力不再平衡，ADD閥排氣口打開，升弓氣囊的壓力空氣快速排出。

ADD閥內部結構如圖2所示。

圖2

2.3 自動降弓或升弓故障的影響因素

由上文自動降弓裝置構造以及ADD閥工作原理可知：自動降弓動作共分四種情況：一是當滑板磨耗到限時，控制管路產生漏泄，膜板所受上腔空氣壓力變小，ADD閥膜板動作，排氣口打開，自動降弓。二是當機車在運行中產生刮弓，滑板或弓頭斷裂導致自動降弓回路泄漏，自動降弓。三是當ADD閥膜板的縮孔被堵塞，出現堵塞較嚴重或堵死情形時，壓縮空氣無法經過膜板縮孔進入上腔，則膜板向上動作，升弓回路的壓縮空氣經排風口排出，產生自動降弓或升不起弓。四是當ADD閥膜板與下腔環口貼合不嚴密時，隨貼合程度分兩種情況，若漏泄嚴重時，則受電弓將自動降弓或升不起弓；若漏泄較輕時，則將一定程度上影響升弓時間（該升弓時間特指從閉合升弓按鈕至升弓到位的時間。一般地，該時間若大于25秒，則CCU報升弓故障，受電弓封鎖。）。

綜上所述：滑板氣路及相關風管路、膜板縮孔、ADD膜板的狀態是自動降弓裝置動作的主要影響因素。

2.4 原因分析

（1）低溫下膜板橡膠玻璃化以及變形。橡膠屬于完全無定型聚合物，其分子量很大，當溫度降低時，分子運動變緩直至停止，表現為脆性，一般稱之為玻璃化。在冬季低溫條件下，環溫在-40～-20℃之間時，ADD快排閥膜板的橡膠物質會逐步產生玻璃化，失去高彈性，從而導致膜板與下腔環口貼合不嚴密，產生漏風。

在升弓回路中，升弓節流閥控制升弓時間，即控制著進入氣囊的充風速率。如果ADD快排閥膜板處漏風，則將影響受電弓氣囊的充風速率，將會延長充風時間，若升弓時間超過25秒時，則將機車CCU模塊將會發出升弓封鎖，自動降弓裝置故障指令；當漏風嚴重時，氣囊內部無法建立最低升弓風壓，即受電弓無法升起。

如果在機車正常運用升弓狀態下，膜板處產生較大漏風，則反饋風壓值隨之降低，并反饋至CCU模塊，機車將會發出受電弓故障報警，自動降弓裝置故障的報警指令，升弓電磁閥斷開，氣囊壓力空氣快速排空，自動降弓動作。

（2）低溫下膜板縮孔堵塞。在冬季低溫條件下，如果升弓風源含有較多水分，則較為溫暖的壓縮空氣經過ADD快排閥膜板的縮孔(D=0．8mm)時，將結冰凝固，從而堵塞膜板縮孔。如果堵塞較嚴重，則膜板向上動作，ADD閥動作，導致自動降弓或升不起弓。

3 整改措施

為避免冬季低溫條件下頻繁發生受電弓升不起、自動降弓故障，采取以下綜合措施。

（1）將關閉閥移設在氣囊與ADD閥之間的位置。原設計中，關閉閥位于ADD閥與滑板之間，如果ADD閥內部膜板漏風，則不能通過關閉閥來消除自動降弓故障,也就是說原設計未考慮到ADD閥內部膜板可能漏風這種故障隱患。通過關閉閥位置的前移，能夠完全解決這種設計缺陷。如圖3所示。

（2）適時的關閉某一架受電弓的關閉閥。在冬季低溫，特別是全天最低溫度在-15℃以下時，機車出庫前將操縱端自動降弓裝置的關閉閥置切除位，而非操縱節關閉閥至運行位。從而確保非操縱節ADD閥故障時，操縱節受電弓能夠可靠冗余。

圖3 關閉閥位置調整至氣囊與ADD閥之間示意圖

（3）調整CCU軟件對“升弓故障”的時間判定標準。目前，部分型號機車CCU軟件程序設定：從發出升弓指令至升弓到位的時間超出25s，則判定自動降弓裝置故障。因為延長升弓時間，并不會改變靜態接觸壓力，所以可以將該時間由25s調整至40s。這樣就能防止一部分受電弓因膜板處輕微漏風導致升弓速度慢而引發受電弓切除故障。

（4）入庫機車做好冬季打溫工作，確保控制風缸風壓充足，避免使用小壓縮機打風升弓。輔助壓縮機泵風系統無干燥過濾裝置，因此不可避免的導致壓縮空氣存在水分，存在低溫凝結冰凍問題，導致ADD閥膜板縮孔堵塞質量隱患。

另外，機車出庫前，應做好受電弓試驗檢查，確保兩節弓均良好，一端不良時禁止出庫；確保新購ADD閥膜板配件的源頭質量等。

4 結語

在冬季低溫條件下，機車頻繁發生自動降弓故障的根源在于ADD閥內部膜板隨溫度降低而發生玻璃化，導致膜板與ADD閥下腔排風口貼合不嚴，產生漏風。由于ADD閥安裝于車頂受電弓底架上，屬于高壓帶電部件，因此，不宜采用加裝防寒加熱裝置的解決措施。本文通過將關閉閥前移至氣囊與ADD閥之間的辦法，實現了關閉閥控制ADD閥供風氣路的功能，在冬季出庫前，適時的關閉某一架受電弓關閉閥，能夠確保機車受電弓冗余可靠，避免ADD閥膜板漏風導致的自動降弓故障。

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[3]大連機車車輛有限公司．HXD3C型大功率交流傳動電力機車[M]．大連： 大連機車車輛有限公司．2013．