WEX型列車自動清洗機端刷擺出過位故障分析與解決

魏 鑫 林東起

(青島地鐵集團有限公司運營分公司 山東 青島 266000)

地鐵車輛用WEX型列車自動清洗機，端刷刷組的故障時有發生，影響洗車安全。其中常見的故障有：洗車時端刷無動作、端刷擺出過位、端刷不回位、端刷回位過慢等。

地鐵車輛前端洗洗車期間，左側端刷活動擋塊動作異常，升起到位后又落下，導致端刷刷組未擺出到工作位就停止，并直接擺動到180°的位置，發生端刷擺出過位故障，通過此故障，發現列車自動清洗機的緊急停止及安全保護系統也存在缺陷，未能保證在緊急停止狀態沒有解除時，從自動狀態切換至手動狀態時端刷電磁閥保持不動，安全保護功能需要進一步完善。該故障反應了端刷刷組無論是在機械結構設計，還是PLC(可編程邏輯控制器)程序控制上，都存在一定的安全隱患。需要對端刷故障進行深入研究，提出改進措施。

1 列車自動清洗機端刷

1.1 端刷機械結構

列車自動清洗機的端刷主要用于電客車前后端部的清洗。WEX型列車自動清洗機的端刷系統如圖1所示，由行走小車、端刷、轉動架、鏈輪、減速電機、氣動馬達、接近開關等組成。

圖1 端刷系統實物圖

行走小車為沿縱向可移動的兩輪單軌小車，通過4個方鋼管固定架與上部的天軌相連，由一變頻減速電機驅動運行。端刷安裝在一個可旋轉180°的轉動架上，由氣動馬達實現擺動。端刷后端連接減速電機，驅動刷軸旋轉。轉動架上部有一減速電機驅動鏈輪，可使端刷沿導軌上下移動，上下限位處均裝有反饋端刷位置的接近開關。前端洗限位擋塊和后端洗限位擋塊由氣動馬達驅動，用于限制端刷擺動的角度。

1.2 端刷氣路原理

列車自動清洗機通過氣動馬達控制端刷的擺出和收回，氣動馬達的旋轉方向由換向電磁閥控制，工作氣壓由儲氣罐及氣動三聯件控制，控制示意圖如圖2所示。每個氣動馬達都有一對進出氣調節閥，并配有定位螺母。

1.3 端刷電氣控制

WEX型列車自動清洗機一般在自動模式下工作。列車以一定的速度通過洗車區段，系統檢測到各種光電信號、接近開關信號等，傳給PLC，PLC控制相應執行器完成相應動作。

2 端刷擺出過位故障及其改進措施

2.1 端刷擺出過位故障

按照程序設定，當列車自動清洗機進行前端洗時，前端洗限位擋塊首先升起，接近開關感應到信號后傳至PLC程序，端刷再在氣動馬達的驅動下擺至90°的位置，然后行走小車移動，利用仿形技術對電客車前端面進行洗刷。洗刷完畢后，端刷回擺至零位，限位擋塊落下，前端洗洗車結束。

但在洗車過程中，偶有端刷活動擋塊動作異常，端刷擺出時，升起到位的活動擋塊突然落下，導致端刷未擺動到90°停止，而是過擺至180°，超出了限位。洗車人員按下緊急停止按鈕后，刷組停止動作，此時根據信號樓要求給司機綠燈信號，轉換模式為手動，刷組并未靜止，而是根據設定程序復位，從180°回擺至0°，從而發生端刷擺出過位故障。

2.2 改進措施

通過分析，端刷擺出過位故障的直接原因是前端洗限位擋塊馬達的一個調節閥脫落，導致氣動馬達失壓，擋塊回落。因此在日常檢修中，要時刻注意檢查調節閥和定位螺母，發現松動及時處理。

由于設備使用頻繁，調節閥難免會因氣壓波動和機械振動而松動、脫落，加之氣動控制存在不穩定性，為進一步解決問題，提出了幾種改進措施。

2.2.1增加限位擋塊

原前后端洗限位擋塊均為活動擋塊，在氣動馬達的作用下升起或下落，容易受到氣壓不穩的影響，為此通過將前端洗限位擋塊改為垂直的固定擋塊，后端洗限位擋塊改為水平固定擋塊，垂直固定擋塊可將端刷擺動限制在90°，水平固定擋塊不再起作用，也不會干擾端刷的擺動。

增加活動擋塊的限位裝置，使用M16螺栓固定，扭力為100 N。具體改動如圖3所示。增加限位擋塊后使得翻轉擋塊一直處于伸出狀態，變為固定擋塊，不再落下，端刷擺出后到達此位停止，正好是90°，即工作位置，完成洗刷作業，同時增加另一塊限位擋塊使得翻轉擋塊收入原始位置不會伸出，即不會與端刷擺出發生碰擦。

圖3 增加限位擋塊示意圖

這樣改動的工藝簡單，靈活性高，若復原成活動擋塊也具備可操作性。此方案中，機械結構改變使得端洗流程得到簡化，端刷擺動的范圍由0～180°改為0～90°，垂直固定擋塊在前后端洗中都起到限位90°的作用，原后端洗限位擋塊不再起作用，這樣雖不會發生端刷擺出過位的故障，但是后端洗洗車存在一定的安全隱患，若換向電磁閥突然失電，端刷會由90°回擺至0°，容易打到電客車車體。為了解決此問題，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時，即使出現電磁閥斷電故障，端刷組能夠保持在中間位置，不能立即擺回，也就不會打到車體。同時將現有的端刷控制接線箱結構改成不銹鋼結構，防止生銹和潮氣影響電磁閥和開關的狀態受到干擾。

2.2.2PLC程序改進

增加限位擋塊解決了端刷擺出過位故障，提高了前端洗洗車的安全性，簡化了后端洗洗車流程，基本排除了端刷系統的安全隱患。但是該措施仍存在不足之處，比如降低了后端洗洗車的安全性，若是司機發生溜車事故，有可能會撞到端刷，而未加限位塊的后端洗洗車作業就可避免此問題。由此提出PLC程序改進措施，在不改變端刷系統機械結構的情況下，通過優化程序解決端刷擺出過位故障。

每個限位擋塊都配有2個接近開關，一個能感應到限位擋塊垂直90°的位置，一個能感應到水平0°的位置。端刷擺出過位故障中，前端洗限位擋塊最初正常升起，接近開關感應到限位擋塊已垂直90°后將信號反饋給PLC程序，PLC程序繼而控制端刷擺動馬達的電磁閥得電，端刷擺出。然而后續限位擋塊落下，端刷仍繼續擺出，是因為原有程序中存在2個漏洞：一是系統沒有檢測到限位擋塊回落，二是端刷不在90°工作位，系統無安全保護動作。

針對第一個漏洞，增加中斷程序，即利用水平0°接近開關進行檢測，在端刷擺出過程中，如果該接近開關檢測到限位擋塊回落，則喚醒中斷程序，跳轉到新編寫的安全保護程序中，執行緊急停止命令保護動作。

針對第二個漏洞，對端刷控制程序進一步完善安全保護，通過PLC控制程序實時檢測端刷工作位狀態，一旦端刷離開工作位，控制程序立即執行后退和上升動作，從而保證車輛的安全。

2.3 其他改進措施

洗車人員發現端刷過擺故障后，按下緊急停止按鈕，端刷無動作，此時并未影響電客車安全。但在引導車輛開出洗車庫時，需要切換到手動模式傳遞給司機綠燈信號，此時端刷會突然回位，導致端刷打到車體。對此故障可以采取以下改進措施。

(1)增加端刷信號燈的綠燈通行鑰匙開關控制。

在控制室操作臺增加一個信號燈控制鑰匙開關，如圖4所示。在鑰匙開關啟動的狀態下，前端洗和后端洗信號燈變綠燈通行，信號燈具有最高權限，平時有專人管理，在緊急情況下使用。

圖4 信號燈鑰匙開關

(2)增加緊急停止狀態下手動/自動切換的安全保護。

完善緊急停止控制程序保護，在緊急停止沒有解鎖的狀態下，洗車機始終處于自動狀態，并不受手動/自動轉換開關的影響，防止在手動/自動轉換時發生電磁閥失電問題，這個功能可通過程序控制來實現。

3 結束語

通過以上分析地鐵自動清洗機的端刷擺出過位故障，提出了幾種改進方案，并應用到實際生產過程中，經過實際應用表明，以上措施解決了地鐵WEX自動清洗機端刷擺出過位造成的生產停止和隱患問題，提高了WEX自動清洗機的安全性。□