地鐵車輛司控器故障分析及改進措施

高成龍 連帥

摘? 要：地鐵車輛司控器是司機操作列車的主要電器，其性能直接影響列車行車安全性及穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：地鐵;司控器;故障;改進措施

司控器是操作列車的主要電器，當車輛運行中出現(xiàn)機械鎖卡滯、速動開關(guān)失效、機構(gòu)變形等故障時，會導致司機室換端失效、牽引制動指令丟失、主控手柄不能歸零等現(xiàn)象，從而影響車輛運行安全。基于此，本文詳細探討了地鐵車輛司控器故障及其改進措施。

一、司控器概述

地鐵車輛司控器包含地鐵車輛大部分主要操作部件，即主控鑰匙、牽引系統(tǒng)控制操作手柄、地鐵運行模式選擇器等。在地鐵車輛正常運行期間，司機先要通過司機鑰匙開啟主控系統(tǒng)，并將列車運行狀態(tài)設(shè)為“ON”，然后才能使用司控器控制功能。此外，司控器最重要功能部件是模式選擇器，包括地鐵列車運行的六種操作模式，即自動列車操作（ATO）、編碼手動控制（CM）、限制手動前行（RMF）、受限手動倒車（RMR）、清洗模式（WM）、空檔停車模式（OFF）。明確司控器主要控制部件及控制功能實現(xiàn)要素，是地鐵列車正常運行基本保證，也是影響地鐵列車穩(wěn)定性及安全性的重要因素。

二、地鐵車輛司控器故障原因

1、機械鎖卡滯。機械鎖解鎖時，旋轉(zhuǎn)鎖芯轉(zhuǎn)動卡滯、旋轉(zhuǎn)阻力大、鑰匙插拔不順暢等，導致司控器無法正常激活。其原因有：①鑰匙材質(zhì)不能滿足使用要求，使用中有磨損和彎折，導致鑰匙邊緣變形、尺寸變化、插拔不順暢;②鑰匙是一個下沉的彈子孔結(jié)構(gòu)，污物在彈子孔內(nèi)長期積聚，導致彈子動作不靈活，機械鎖卡滯，無法解鎖;③旋轉(zhuǎn)鎖芯和鎖體之間有污垢堆積，并且彈子會突出，鎖芯會與機械鎖表面摩擦，造成一定程度的磨耗，導致鎖芯轉(zhuǎn)動阻力增大，解鎖時卡滯或無法解鎖。

2、聯(lián)鎖機構(gòu)功能失效。在司控器解鎖過程中，聯(lián)鎖機構(gòu)將動作。若互鎖功能失效，在此過程中方向旋鈕卡滯或無法轉(zhuǎn)動，司機室將無法換端、駕駛模式無法切換等。其原因是：①聯(lián)鎖桿機構(gòu)緊固螺栓松動，桿頭行程位移，聯(lián)動機構(gòu)無法觸發(fā)，導致互鎖功能失效;②聯(lián)鎖桿頭與支撐塊摩擦力大，彈簧片彈力不足或過緊，導致底槽無法準確、順暢貼合定位輪，致使方向旋鈕卡滯或無法轉(zhuǎn)動。

3、換向卡盤限位片變形。通常，方向旋鈕換向卡盤的“斷開”限位片和其他檔位限位片均位于換向卡盤盤面，換向卡盤能在調(diào)速卡盤凹槽中靈活轉(zhuǎn)動。當“斷開”限位片變形時，它將阻擋方向旋鈕旋轉(zhuǎn)到“斷開”位，導致司機室無法換端。

當司控器換向卡盤將主控手柄鎖定在“斷開”位時，換向卡盤與調(diào)速卡盤間設(shè)計有不小于0.16mm間隙。當T型手柄受到較大外力時，外力通過調(diào)速軸傳遞到調(diào)速卡盤，調(diào)速卡盤凹槽下端在換向卡盤“斷開”限位片上形成向上作用力。當作用力足夠大時，將導致“斷開”限位片塑性變形并向上翹起，限位片將與槽內(nèi)壁摩擦，導致方向旋鈕卡滯。

4、速動開關(guān)卡滯。司控器主控手柄、方向旋鈕、機械鎖均配有速動開關(guān)，通過凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)觸發(fā)不同速動開關(guān)，完成車輛監(jiān)控系統(tǒng)對司控器輸出信號的采集。當速動開關(guān)內(nèi)部機構(gòu)卡滯時，導致觸點不能正常閉合和斷開，列車不能正常換端，致使無法關(guān)閉客室車門、丟失指令、車輛牽引失效等。速動開關(guān)卡滯原因為：①外殼或動作機構(gòu)變形;②彈簧力不足;③灰塵顆粒進入速動開關(guān)內(nèi)部。

三、結(jié)構(gòu)改進和維修運用策略

1、改進機械鎖結(jié)構(gòu)

①機械鎖改為無彈子式結(jié)構(gòu)。為避免機械鎖卡滯、磨損和變形等，將原彈子式機械鎖更換為無彈子式機械鎖。無彈子式機械鎖部件包括鎖體、鎖蓋、鎖芯、鑰匙和滾珠軸承等。

插入鑰匙后，可直接轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)鎖體。鎖芯與鎖體間采用免維護密封滾珠軸承轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，避免原機械鎖芯與鎖體直接摩擦造成的磨損，能有效提高機械鎖使用壽命。機械鎖鑰匙由SCS13奧氏體不銹鋼制成，硬度為HRB85，可防止鑰匙在使用中因邊緣變形和磨損等而解鎖失效。

為驗證新型機械鎖使用壽命和穩(wěn)定性，采用計算機控制步進電機，模擬無彈子機械鎖開關(guān)試驗。試驗表明，鑰匙和機械鎖部件完好無損，機械鎖開關(guān)動作靈活，無卡滯現(xiàn)象。根據(jù)線路運營時間和檢修需要，機械鎖按平均每天20次運行計算，可滿足司控器30年設(shè)計壽命要求。

②采取防塵設(shè)計。為解決灰塵進入機械鎖造成的機械卡滯，根據(jù)地鐵車輛運行環(huán)境，采用防塵設(shè)計。先在鎖體上安裝可旋轉(zhuǎn)封蓋，當鑰匙未插入時，旋轉(zhuǎn)封蓋蓋住鎖芯孔，防止灰塵進入。封蓋一端固定在鎖體上，另一端設(shè)計有用于自鎖緊的圓形球頭，該方法可用于原彈子式結(jié)構(gòu)或防塵效果差的機械鎖。另外，改變鎖芯結(jié)構(gòu)。鎖芯兩側(cè)增加兩個防塵通槽，若污物進入鎖芯，可直接從兩個防塵通槽中排出，達到防塵效果。

2、維修運用策略

1）完善檢修規(guī)程。根據(jù)檢修規(guī)程，日常檢查中對司控器進行功能檢查，未規(guī)定司控器的維護。為避免聯(lián)鎖件結(jié)構(gòu)松動、失效、換向卡盤變形、速動開關(guān)失效等故障，在日常檢修維護中增加半年檢查，其內(nèi)容為：①檢查換向卡盤，測量調(diào)速卡盤與換向卡盤間隙量。若不符合要求，調(diào)整微動定位彈簧片前后位置。②轉(zhuǎn)動機械鎖鑰匙和方向旋鈕，檢查聯(lián)鎖機構(gòu)動作是否靈活，是否錯位。③手動測試速動開關(guān)是否卡滯，并根據(jù)接線端子力矩標準緊固速動開關(guān)接線，以避免接線松動導致失效。④潤滑聯(lián)鎖機構(gòu)摩擦點、調(diào)速卡盤、電位器齒輪、聯(lián)鎖桿和支撐塊等位置，確保其正常聯(lián)動。

2）優(yōu)化操作指南。規(guī)定主控手柄最大操作力，包括將主控手柄從最大制動位置拉到快速制動位置，將主控手柄推到最大牽引位，不允許超過100N，以防換向卡盤變形。當主控手柄鎖在“0”位時，操作力不應超過100N，以免損壞司控器內(nèi)部聯(lián)鎖機構(gòu)。

3）使用司控器試驗臺測試其性能。為保證司控器性能穩(wěn)定、運行靈活，降低上線故障率，研制司控器動態(tài)性能試驗臺。司控器維修后或新司控器裝車使用前，應對司控器性能進行預防性測試。試驗臺由上位機、下位機組成，其中，上位機用于發(fā)送和接收命令、處理變量，并將數(shù)據(jù)顯示給用戶。下位機包括電源模塊、數(shù)字量輸入輸出單元、電位器采集單元等，用于采集數(shù)據(jù)，與上位機通信，接收命令后將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。上位機通過RS485與下位機通信。檢測時，將司控器接口與測試臺接口連接。

試驗時，通過操作司控器每個檔位，下位機采集各速動開關(guān)動作和各級位輸出電壓等信號，并將其傳輸?shù)缴衔粰C。上位機將存儲的標準值與實際傳輸模擬量比較，計算百分比，并以柱狀圖形顯示牽引力和制動力。若牽引力實際值與標準值相比超差則報警。上位機顯示各速動開關(guān)是否處于良好狀態(tài)。

參考文獻：

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