網絡版WD-320 型穩定車換擋系統的故障分析及對策

施建忠

（中國鐵路上海局集團有限公司上海大型養路機械運用檢修段，上海200439）

1 概述

網絡版WD-320 型動力穩定車（簡稱“穩定車”）集機械、液壓、電氣、氣動、計算機自動控制于一體的自行式大型養路機械，通過其作業使道砟流動重新排列，互相填充達到密實，實現軌道在振動狀態下有控制的均勻下沉，迅速提高作業線路的橫向阻力和道床的整體穩定性，有效降低線路維修作業后列車限速運行的限定條件[1]。

我國1984 年首次引進奧地利PLASSER 公司生產的DGS-62 型動力穩定車，1996 年國產化的WD-320 動力穩定車通過工業性考核開始組織生產，并替代進口車。但在多年實際的生產和運用實踐中，傳統的WD-320 軌道動力穩定車電氣系統暴露出了一些問題，如系統調試維護麻煩、抗干擾能力差以及現場使用時常反映系統上位機下位機通信不好、系統死機等。因此，搭建一套新的可靠高效系統，是動力穩定車電氣系統開發所面臨的緊迫要求[2]。

隨著鐵路局集團公司對控制網絡的開放性、性價比等要求的提高及基于網絡的遠程診斷與維護等新需求的提出，各種通信網絡類型在車載控制系統中得到了應用。就目前大型養路機械車載通信網絡應用情況而言，相應存在不同類型網絡的實用產品：如IEC TCN、ARCNET、Lonworks 和CAN 等。由于CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性等優點，在工程機械行業的發展方興未艾。大型養路機械網絡控制平臺采用了CAN總線做為其車載控制網絡，隨著我國鐵路尤其是高速鐵路的快速發展，對鐵路的養護越來越重要，網絡版動力穩定車的運用也越來越多，伴隨產生了較多新的運用故障，構成安全風險[3]。

2 典型故障

2021 年2 月，某鐵路局集團有限公司穩定車在運行途中突發故障，輔助驅動意外掛擋導致二軸輪對擦傷，存在重大行車安全隱患。穩定車機組出車前檢查發現司機室兩端B5、B11 面板各鎖定指示燈顯異常、網絡系統紊亂，決定在運行途中不作動力。當日區間內運行時，司機突然聽到異響，立即要求停車。設置防護后，檢查發現輔助驅動一、二軸均處在掛擋位，判定異響為驅動馬達反轉所致，反復切換作業電開關后，一軸成功脫擋，但二軸始終無法脫擋，嘗試借助外力脫擋未果后，對二軸液壓驅動馬達進行拆卸，馬達脫開后，二軸得以脫擋。整組大機以5km/h速度試拉，仍然聽到異響，再次停車檢查，發現輔驅二軸車輪緣踏面嚴重擦傷，遂以限速10km/h 向前方登記站運行。到達后，機組人員將二軸齒輪油放出，未發現碎齒等異物，隨后用砂輪機將輪對擦傷處進行了打磨處理，使用鋼絲繩對輔驅氣缸進行捆扎。

3 原因分析

通過現場調查，初步判斷主要存在兩方面的問題。

一是輔驅脫掛擋異常。檢查發現穩定車輔驅二軸氣缸掛擋端風管在無作業電時大量排風，與機組前期反映情況相符，輔驅脫掛擋原理如下：

（1）作業驅動軸脫掛控制

穩定車網絡控制系統作業驅動軸包括輔驅1(前轉向架作業驅動一號軸)、輔驅2(前轉向架作業驅動二號軸)與主驅(后轉向架作業驅動軸)。作業驅動軸掛擋閥控制原理見圖1 所示，前轉向架輔助驅動1、2 軸掛擋閥由作業電(2 號線)直接控制，當作業電打開，2 號線得電，直接驅動輔驅1、2 軸掛擋，無其它控制邏輯；后轉向架驅動軸由J18.1 控制，控制邏輯為J18.1=1，作業電打開后，J18.1 直接輸出DC24V 驅動后轉向架驅動軸掛擋，無其它控制邏輯；當關斷作業電源開關，2 號線與J18 模塊現場電源失電，作業驅動軸電磁閥失電，實現脫擋控制。

圖1 作業驅動閥控制原理

（2）作業驅動軸脫掛狀態監視

穩定車網絡控制系統作業驅動軸脫掛狀態監測原理見圖2所示，作業驅動軸脫掛狀態由J9.3～J9.8 采集，通過CAN 總線發送至顯示器進行狀態顯示(綠燈：脫擋；紅燈：掛擋；灰燈：錯誤狀態)，用于行車及作業人員實時監視作業軸狀態。

（3）作業驅動軸——高速走行安全聯鎖

如圖2 作業驅動軸監視原理所示，任一驅動軸處于掛擋狀態(G42G7G5 任一信號為低)，G4 信號為低電平；由圖3 高速走行安全聯鎖原理可知，當G4 為低時，延時4 秒輸出低電平信號G26，切斷高速走行控制回路，封鎖牽引，即任一作業驅動軸處于掛擋狀態不允許進行高速走行。

圖2 作業驅動軸脫掛狀態監測原理

圖3 高速走行安全聯鎖

綜上所述，可知輔驅脫掛擋僅與作業電QL36(見圖1）、氣動換向閥5（見圖4）以及執行機構氣缸、導向桿、掛擋桿等（見圖5）相關聯，與網絡程序、應急系統均無關。

圖4 輔助脫掛擋氣動原理圖

進一步檢查發現：作業電得失電情況正常，線路緊固良好，且運行途中QL36 不可能常產生；二軸執行機構氣缸活塞桿、導向桿、掛擋桿表面臟污，滑移塊內孔堵塞且無間隙（上、下部軸向間隙應為0.1-0.2mm），故其脫掛動作不流暢，一軸則較好；氣動換向閥內部彈簧卡滯，手動通閥時復位緩慢，判斷換向閥作用不良為故障產生的直接原因。更換氣動換向閥后，輔驅一、二軸試動作正常，但二軸脫掛接近開關無作用，拆檢發現開關內部底座脫焊（見圖6），更換開關后恢復。

圖5 輔驅軸脫掛執行機構

圖6 接近開關

二是網絡通訊故障。檢查發現司機室兩端B5、B11 面板各鎖定指示燈顯異常（見圖7、8）、網絡系統紊亂，共十一個模塊無法正常下載程序（見圖9）。

圖7 B11 箱DM 顯示

圖8 B5 箱DM 顯示

圖9 模塊故障診斷主界面

網絡系統基本原理如下：穩定車網絡控制系統包括控制箱、接線箱、配電箱和系統模塊。模塊與模塊之間通過CAN 總線連接構成整車網絡：DO 模塊主要控制閥線圈、繼電器、燈等的開通或關斷，并將數字量發送至網絡上以供其它模塊使用；DI 模塊主要用于采集限位開關、壓力開關、接近開關、行程開關等輸出的數字量信號，并將采集到的信號處理后通過CAN 總線發送到網絡上以供其它模塊使用；AI 模塊主要用于采集線性傳感器，儀表和電子擺等的模擬量反饋信號。

圖10 網絡系統基本原理框架圖

環車檢查整車模塊，檢查模塊狀態指示燈，實測通路電阻均為120Ω，利用終端電阻分段下載，最終判定J20、P15 模塊故障：拆卸時發現J20 模塊CAN 通訊接頭、插座內部有水跡，J20 模塊位于穩定裝置正上方橫梁內側，位置隱蔽，受振動影響較大，通訊接頭松動后，雨水流入，致使模塊損壞，更換模塊處理；P15 模塊通訊接頭松動，重新緊固并載入程序后恢復。

4 深度分析存在的問題

通過對此次穩定車運行途中輔驅掛擋故障進行深入調查，反映出專業管理、標準化作業執行、設備故障信息溝通協調等方面存在較多問題。

4.1 直接原因

機組個別人員人為誤操作，錯將作業電開關打開，導致輔助軸自動掛擋，造成輪對擦傷，這是本次故障的直接原因。

4.2 重要原因

網絡系統通訊故障懸而未決，車載鎖閉信號監控系統完全失效，司機室兩端B5、B11 面板各裝置鎖定指示燈顯異常，機組人員無法有效識別輔驅的閉合、脫開信號，這是本次故障的重要原因。

4.2.1 機組早期即發現網絡系統通訊故障，B5、B11 面板各裝置鎖定指示燈顯異常。機組將故障情況匯報設備主任、技術員，并在其遠程指導下嘗試修復，未果。

4.2.2 機組人員對各部件鎖定、捆扎情況進行檢查，并用攝像手電進行拍攝，共計拍攝照片19 張。因網絡系統通訊故障，其中所攝照片“B5 箱界面驅動（主驅、輔驅1/2 軸）掛擋指示燈顯示錯誤”。當晚穩定車運行途中，機組人員誤將作業電開關打開，輔助一、二軸得電掛擋，然而司機室兩端B5 和B11 面板主驅、輔1、輔2 顯示錯誤，失去指示意義，機組人員無法第一時間發現異常。

圖11 B5 箱界面驅動（主驅、輔驅1/2 軸）掛擋指示燈顯示錯誤

4.3 次要原因

4.3.1 現場技術力量有限，主要精力投放于高鐵新線高精度搗固、搗穩車與搗固車等主力車型設備的管用修上，對于穩定車、配碴車等車型關注較少，尤其是對網絡車不熟悉、缺乏經驗，這是本次故障的次要原因。

4.3.2 機組檢修保養不當，未定期緊固模塊接頭，致使問題擴大化，這同樣是本次故障的次要原因之一。

5 對策措施

5.1 網絡版WD-320 車作業電開關處安裝磁性防護罩。

5.2 梳理網絡版大機常用備件，機組應常備CAN 網絡通訊線、網關模塊、DI、DO、AI、終端電阻、網絡接頭專用扭矩扳手等，便于第一時間判斷、解決問題。

5.3 聯合主機生產企業。一是修訂網絡版大機日常檢修保養辦法，指導機組科學、有針對性地保養作業；二是摸索CAN 線纜等部件的壽命管理，在年修環節將修理質量提高，防患于未然；三是立即組織專業工程師開展巡檢，選派技術人員參加，對在用網絡車設備情況進行一次摸底排查。

5.4 技術創新保安全。梳理網絡版08-32、09-32、WD-320、DWL-48 車作業軸正常與應急脫掛原理，排查風險點，視需要對部分車型加裝作業軸空擋機械鎖定機構。

6 結論

通過對網絡版WD-320 型動力穩定車經典故障案例的分析可以得出：

6.1 主機生產企業應扎實推進質量問題整改，牢牢樹立安全質量意識，充分考慮運用環境，從設計制造源頭提高大型養路機械的可靠性和設備安全保障水平。

6.2 運用單位應積極探索網絡車檢修與運用經驗，進一步細化完善檢修工藝及作業指導書，堅持標準化作業，加強作業過程安全卡控，強化設備狀態檢查確認和運行值守，不斷提升大型養路機械的設備安全管控水平。