列車(chē)自動(dòng)清洗機(jī)端刷系統(tǒng)可靠性分析與改進(jìn)

卞榮俊，池鵬飛，劉少磊

（1.浙江省軌道交通運(yùn)營(yíng)管理集團(tuán)有限公司海寧分公司，浙江海寧 314400；2.青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，山東青島 266000）

0 引言

近年來(lái)，中國(guó)城市軌道交通迅猛發(fā)展。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃顯示，到2020年，中國(guó)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)里程將達(dá)到7 200 km[1]，祖國(guó)各地車(chē)輛基地如雨后春筍般，一一建成投用。列車(chē)自動(dòng)清洗機(jī)（簡(jiǎn)稱“洗車(chē)機(jī)”）作為車(chē)輛基地重大工藝設(shè)備之一，承擔(dān)著地鐵輕軌的車(chē)體清潔任務(wù)。但是，這些洗車(chē)機(jī)設(shè)計(jì)無(wú)論多么先進(jìn)、智能，總是避不開(kāi)其使用率高、運(yùn)行環(huán)境惡劣和部件故障率高的問(wèn)題[2]，尤其是其端刷系統(tǒng)更是故障頻發(fā)。作為地鐵輕軌端洗作業(yè)必不可少的子系統(tǒng)，其故障常導(dǎo)致洗車(chē)機(jī)的端洗作業(yè)取消[3]，使得保潔人員需要重新對(duì)車(chē)頭清洗，浪費(fèi)人力物力。本文以北京沃爾新洗車(chē)機(jī)為例，結(jié)合某地鐵洗車(chē)機(jī)實(shí)際使用中的故障情況，對(duì)其進(jìn)行可靠性分析，制定并落實(shí)改進(jìn)措施，以此降低設(shè)備故障率，提高可靠性，達(dá)到提升綜合利用率的目的[4]。

1 列車(chē)自動(dòng)清洗機(jī)端刷系統(tǒng)

洗車(chē)機(jī)主要用于地鐵車(chē)輛（輕軌）的外皮洗刷，以手動(dòng)或自動(dòng)控制方式，在洗車(chē)線上對(duì)列車(chē)兩側(cè)（包括車(chē)門(mén)和窗玻璃）、車(chē)頭、車(chē)尾、側(cè)頂弧及車(chē)頂進(jìn)行洗刷，清除列車(chē)由于運(yùn)用和檢修造成的車(chē)輛外表面灰塵、油污和其他污垢等[5]。其主要由以下幾個(gè)系統(tǒng)組成：機(jī)械洗刷系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、壓縮空壓系統(tǒng)、水循環(huán)及處理系統(tǒng)、強(qiáng)風(fēng)吹掃及熱風(fēng)幕和噴淋系統(tǒng)，包括端刷系統(tǒng)、壓縮空壓機(jī)洗車(chē)循環(huán)水設(shè)備、熱風(fēng)幕等部件及子系統(tǒng)，其中，端刷系統(tǒng)是洗車(chē)機(jī)最主要的子系統(tǒng)之一。

1.1 端刷系統(tǒng)組成

洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)的關(guān)鍵部件主要包括電機(jī)、接近開(kāi)關(guān)和氣動(dòng)馬達(dá)。其中電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、走行電機(jī)和升降電機(jī)；接近開(kāi)關(guān)包括端刷旋轉(zhuǎn)接近開(kāi)關(guān)、前后端洗限位擋塊接近開(kāi)關(guān)和安全鎖接近開(kāi)關(guān)；氣動(dòng)馬達(dá)包括前端洗限位擋塊馬達(dá)、端刷旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和后端洗限位擋塊馬達(dá)，如圖1所示。

圖1 端刷關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)圖

1.2 端刷系統(tǒng)工作原理

洗車(chē)機(jī)通過(guò)氣動(dòng)馬達(dá)控制端刷和限位擋塊的擺出和收回，氣動(dòng)馬達(dá)的進(jìn)排氣（旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)角度）由換向電磁閥（兩位五通電磁閥）控制，工作氣壓由儲(chǔ)氣罐提供，氣動(dòng)三聯(lián)件控制。當(dāng)洗車(chē)機(jī)進(jìn)行前端洗時(shí)，前端洗限位擋塊首先抬起，接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到抬起信號(hào)后反饋給PLC，由于洗車(chē)機(jī)具備互鎖功能，只有PLC接收到此信號(hào)后才會(huì)進(jìn)行下一步動(dòng)作（通過(guò)電磁閥控制氣動(dòng)馬達(dá)進(jìn)而帶動(dòng)端刷擺動(dòng)），詳細(xì)流程邏輯如圖2所示。

1.2.1 氣路控制原理

洗車(chē)機(jī)通過(guò)氣動(dòng)馬達(dá)控制端刷的擺出和收回，氣動(dòng)馬達(dá)的進(jìn)排氣（旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)角度）由換向電磁閥控制，工作氣壓由儲(chǔ)氣罐及氣動(dòng)三聯(lián)件控制，控制示意圖如圖3所示。

圖3 氣路控制原理圖

1.2.2 電氣控制原理

PLC主機(jī)工作，給變頻器供電，同時(shí)給KA49 中間繼電器發(fā)出得電指令，KA49中間繼電器得電工作，其輔助觸點(diǎn)得電閉合，KM17接觸器線圈得電工作，KM17 主觸點(diǎn)吸合。通過(guò)變頻器中輸入的工作指令，可變頻調(diào)速電機(jī)，同時(shí)變頻器給PLC擴(kuò)展反饋?zhàn)冾l工作信號(hào)。PLC 通過(guò)程序編排可控制刷組電機(jī)變頻的正（由KA59 中間繼電器控制）、反（由KA60中間繼電器控制），以及復(fù)位（由KA86中間繼電器控制）功能，如圖4所示。

圖4 主電路和控制電路

1.3 端刷作業(yè)工作流程

以前端洗為例，前端洗開(kāi)始后，前端洗擋塊抬起，程序檢測(cè)到前端洗擋塊抬起到位，程序執(zhí)行推出指令，端刷被氣動(dòng)馬達(dá)推出到前端洗擋塊時(shí)被擋住到達(dá)工作位置即90°的位置。當(dāng)兩側(cè)的端刷均達(dá)到工作位置后，端刷開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，此時(shí)PLC通過(guò)旋轉(zhuǎn)變頻器來(lái)采集刷軸的電流，電流滿足條件后，小車(chē)開(kāi)始向列車(chē)移動(dòng)開(kāi)始洗車(chē)作業(yè)。隨著小車(chē)和列車(chē)的逐漸靠近，旋轉(zhuǎn)的刷毛受力逐漸增大的同時(shí)，端刷的軸電流也逐漸增大。當(dāng)軸電流值達(dá)到設(shè)定值時(shí)端刷開(kāi)始上升，端刷達(dá)到雨刷器的位置后開(kāi)始執(zhí)行躲避雨刷器的指令，躲過(guò)雨刷器后端刷會(huì)再次向列車(chē)靠近繼續(xù)洗車(chē)，端刷繼續(xù)上升直到垂直上極限位后端刷停止工作。之后端刷擺回休息位，前端洗擋塊落下到回位，小車(chē)再返回初始位置，前端洗洗車(chē)結(jié)束。

2 端刷系統(tǒng)故障分析

2.1 重點(diǎn)故障

2.1.1 故障現(xiàn)象

2018年12月，某地鐵在進(jìn)行電客車(chē)端洗作業(yè)時(shí)，洗車(chē)機(jī)左側(cè)端刷動(dòng)作異常，故障現(xiàn)象為端刷直接擺動(dòng)180°（正常擺動(dòng)角度為90°），當(dāng)值操作人員按下急停按鈕，并通知乘務(wù)信號(hào)樓，因洗車(chē)機(jī)設(shè)備故障取消洗車(chē)作業(yè)。根據(jù)信號(hào)樓指令及現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)后，給出綠色通行信號(hào)，安排電客車(chē)通過(guò)。在開(kāi)放綠色通行信號(hào)后，左側(cè)端刷突然復(fù)位，與電客車(chē)發(fā)生干涉，因未及時(shí)采取緊急處置措施，導(dǎo)致端刷與電客車(chē)干涉。

2.1.2 故障原因分析

（1）洗車(chē)機(jī)端洗時(shí)，右側(cè)端刷動(dòng)作正常（擺動(dòng)90°），但左側(cè)端刷動(dòng)作異常，直接擺動(dòng)180°。由于前端洗限位擋塊氣路系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥閥芯（圖5）脫落，使得兩位五通電磁閥氣壓不足導(dǎo)致前端洗限位擋塊抬起（垂向位）后迅速?gòu)?fù)位（水平位），接近開(kāi)關(guān)已檢測(cè)到限位擋塊的動(dòng)作信號(hào)，并傳輸至PLC，端刷擺動(dòng)后前端洗限位擋塊失去限位作用（處于水平位），進(jìn)而導(dǎo)致端刷擺動(dòng)180° （正常情況下，在前端洗限位擋塊的限位作用下，端刷擺動(dòng)90°）。

圖5 調(diào)節(jié)閥閥芯

圖6 刷組手動(dòng)控制面板

（2）洗車(chē)機(jī)調(diào)整自動(dòng)有端洗為手動(dòng)模式時(shí)，左側(cè)端刷動(dòng)作。洗車(chē)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)按下急停按鈕，系統(tǒng)所有刷組和水泵停止工作，為保證電客車(chē)順利駛出洗車(chē)線，前端洗時(shí)，若洗車(chē)機(jī)端刷處于90°，端刷回到0°；若端刷處于180°，則端刷不動(dòng)作。洗車(chē)機(jī)調(diào)整自動(dòng)有端洗為手動(dòng)模式后，系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行左側(cè)端刷回位指令，端刷動(dòng)作（如圖6操作面板所示，左側(cè)端刷處于回位狀態(tài)，模式開(kāi)關(guān)旋至手動(dòng)模式位）。

（3）PLC對(duì)限位擋塊的位置傳感器信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)為觸發(fā)式點(diǎn)信號(hào)而非連續(xù)的位置信號(hào)，導(dǎo)致限位擋塊觸發(fā)位置傳感器后，擋塊又復(fù)位的問(wèn)題PLC不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而造成端刷擺出位置超限位，而PLC控制系統(tǒng)仍不能發(fā)現(xiàn)的故障工況，進(jìn)而控制端刷繼續(xù)進(jìn)行端洗動(dòng)作，產(chǎn)生與電客車(chē)發(fā)生干涉的安全隱患。

2.2 端刷系統(tǒng)故障樹(shù)分析

為了更好地徹底解決洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)故障頻發(fā)的問(wèn)題，對(duì)洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)自使用發(fā)生的端刷故障，采用故障樹(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示，以便于后續(xù)的故障原因分析，以及針對(duì)性地制定解決措施，降低故障率[6]。

表1 端刷系統(tǒng)故障樹(shù)

根據(jù)洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)故障樹(shù)統(tǒng)計(jì)情況，通過(guò)故障魚(yú)骨圖[7]對(duì)洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)的故障從人、機(jī)、料、法、環(huán)5 個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)故障原因進(jìn)行分析，分析出導(dǎo)致端刷的故障原因主要有以下幾個(gè)方面（圖7）。

圖7 故障魚(yú)骨圖

（1）人。洗車(chē)作業(yè)操作不當(dāng)、人為損壞、檢修作業(yè)不到位等。

（2）機(jī)。電機(jī)、接近開(kāi)關(guān)問(wèn)題。

（3）料。設(shè)備設(shè)計(jì)不足、部件質(zhì)量問(wèn)題。

（4）法。檢修制度、檢修工藝不完善。

（5）環(huán)。環(huán)境潮濕，設(shè)備生銹[8]。

3 制定改進(jìn)措施

3.1 人員方面

（1）人員技能不足問(wèn)題。制定詳細(xì)的培訓(xùn)計(jì)劃及實(shí)施方案，對(duì)一線生產(chǎn)人員及技術(shù)人員在設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)、系統(tǒng)原理、檢修及實(shí)際動(dòng)手能力業(yè)務(wù)技能提升等方面進(jìn)行培訓(xùn)，提升人員綜合技能水平。

（2）檢修不到位問(wèn)題。一線生產(chǎn)人員進(jìn)一步落實(shí)設(shè)備三級(jí)檢制度，技術(shù)人員、質(zhì)量人員加大對(duì)設(shè)備檢修質(zhì)量的驗(yàn)收與監(jiān)管，定期抽檢，保證設(shè)備檢修質(zhì)量。

3.2 規(guī)章制度方面

（1）檢修操作規(guī)程的實(shí)用性問(wèn)題。技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)全過(guò)程參與設(shè)備操作與檢修，并對(duì)車(chē)輛段設(shè)備檢修、操作規(guī)程的適用性重新進(jìn)行對(duì)標(biāo)評(píng)估，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行修訂試行。

（2）規(guī)范洗車(chē)作業(yè)流程。組織人員編制標(biāo)準(zhǔn)化洗車(chē)作業(yè)規(guī)范文件，加強(qiáng)洗車(chē)作業(yè)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)管控，同時(shí)和相關(guān)部門(mén)落實(shí)洗車(chē)作業(yè)流程，規(guī)范洗車(chē)作業(yè)流程，避免洗車(chē)過(guò)程車(chē)輛越過(guò)對(duì)標(biāo)線，導(dǎo)致洗車(chē)機(jī)端刷不動(dòng)作。

3.3 設(shè)備方面

（1）徹底排查整改端刷系統(tǒng)。組織人員對(duì)洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)進(jìn)行徹底地排查及問(wèn)題整改，查看設(shè)備按照是否牢固，是否符合設(shè)備安裝要求，動(dòng)作是否靈活無(wú)卡滯，發(fā)現(xiàn)生銹部件進(jìn)行除銹防銹，更換可靠性不高的部件。

圖8 限位擋塊固定安裝圖

（2）簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和程序，減少端刷系統(tǒng)動(dòng)作部件。①在擋塊支架斷面和擋塊端面打孔、套絲、與螺栓固定，將現(xiàn)有的端刷正向抬起擋塊抬起狀態(tài)固定，端刷擺出后到達(dá)此位停止，正好是90°，即工作位置，完成洗刷作業(yè)，并增加另一塊限位擋塊使得翻轉(zhuǎn)擋塊收入原始位置不會(huì)伸出，即不會(huì)與端刷擺出發(fā)生關(guān)系，如圖8 所示。通過(guò)這樣的改進(jìn)，取消了2 個(gè)氣動(dòng)馬達(dá)的電磁閥和4 個(gè)接近開(kāi)關(guān)，設(shè)備的結(jié)構(gòu)和程序控制得到了簡(jiǎn)化，降低了設(shè)備使用安全隱患。②將端刷二位五通閥改為三位五通閥，中間位為泄壓模式，這樣能保證端刷在后端洗作業(yè)時(shí)，即使出現(xiàn)電磁閥斷電故障，端刷組能夠保持在中間位置。③優(yōu)化端洗流程和控制程序。洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)在活動(dòng)擋塊改為固定擋塊后，端洗流程和程序需做相應(yīng)的改變，但是由于端刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，端洗流程和控制程序也會(huì)得到簡(jiǎn)化（如圖9 所示，以前端洗為例），從而也提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，減少端刷的故障率。

圖9 前端洗流程

（3）增加洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)安全防護(hù)措施，提高設(shè)備可靠性。①在洗車(chē)機(jī)控制室操作臺(tái)增加一個(gè)信號(hào)燈控制開(kāi)關(guān)鑰匙，在鑰匙開(kāi)關(guān)啟動(dòng)的狀態(tài)下，前端洗和后端洗信號(hào)燈變綠燈通行，將信號(hào)燈控制開(kāi)關(guān)鑰匙具有最高權(quán)限，平時(shí)由專人報(bào)管，緊急情況下經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)同意后使用，如圖10 所示。②通過(guò)增加緊急停止?fàn)顟B(tài)下手動(dòng)／自動(dòng)切換的安全保護(hù)，完善緊急停止控制程序保護(hù)措施，在緊急停止沒(méi)有解鎖的狀態(tài)下，洗車(chē)機(jī)始終處于自動(dòng)狀態(tài)，并不受手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的影響，防止在自動(dòng)／手動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生電磁閥失電問(wèn)題。③端刷行走車(chē)兩端增加冗余限位接近開(kāi)關(guān)。端刷行走架兩端增加冗余限位接近開(kāi)關(guān)，進(jìn)行雙限位保護(hù)，加強(qiáng)可靠性和安全性，如圖11 所示。

圖10 綠燈通行的鑰匙開(kāi)關(guān)控制圖

圖11 雙重限位開(kāi)關(guān)布置圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)的故障采用魚(yú)骨圖分析法，從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面進(jìn)行可靠性分析，針對(duì)性地提出并落實(shí)解決措施，對(duì)洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)，對(duì)規(guī)章制度進(jìn)行優(yōu)化，基本上解決了洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)故障率高的問(wèn)題，提高了洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)的可靠性，達(dá)到提升設(shè)備綜合利用率的目的。但是由于不同地鐵的不同設(shè)備的不同線路，洗車(chē)機(jī)應(yīng)用環(huán)境不一，洗車(chē)機(jī)產(chǎn)生的故障情況可能不一樣，故障原因也不一樣，希望通過(guò)北京沃爾新洗車(chē)機(jī)端刷系統(tǒng)應(yīng)用故障的原因分析與改進(jìn)措施，對(duì)同行業(yè)同需求的工作者有所幫助。當(dāng)然，洗車(chē)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)隨著其使用年限的延長(zhǎng)及使用頻率的增加會(huì)更加深入，希望大家共同探討、共同進(jìn)步。