網(wǎng)絡(luò)版WD-320 型穩(wěn)定車(chē)換擋系統(tǒng)的故障分析及對(duì)策

施建忠

（中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段，上海200439）

1 概述

網(wǎng)絡(luò)版WD-320 型動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)（簡(jiǎn)稱“穩(wěn)定車(chē)”）集機(jī)械、液壓、電氣、氣動(dòng)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制于一體的自行式大型養(yǎng)路機(jī)械，通過(guò)其作業(yè)使道砟流動(dòng)重新排列，互相填充達(dá)到密實(shí)，實(shí)現(xiàn)軌道在振動(dòng)狀態(tài)下有控制的均勻下沉，迅速提高作業(yè)線路的橫向阻力和道床的整體穩(wěn)定性，有效降低線路維修作業(yè)后列車(chē)限速運(yùn)行的限定條件[1]。

我國(guó)1984 年首次引進(jìn)奧地利PLASSER 公司生產(chǎn)的DGS-62 型動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)，1996 年國(guó)產(chǎn)化的WD-320 動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)通過(guò)工業(yè)性考核開(kāi)始組織生產(chǎn)，并替代進(jìn)口車(chē)。但在多年實(shí)際的生產(chǎn)和運(yùn)用實(shí)踐中，傳統(tǒng)的WD-320 軌道動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)電氣系統(tǒng)暴露出了一些問(wèn)題，如系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)麻煩、抗干擾能力差以及現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)常反映系統(tǒng)上位機(jī)下位機(jī)通信不好、系統(tǒng)死機(jī)等。因此，搭建一套新的可靠高效系統(tǒng)，是動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)電氣系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所面臨的緊迫要求[2]。

隨著鐵路局集團(tuán)公司對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性、性價(jià)比等要求的提高及基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)等新需求的提出，各種通信網(wǎng)絡(luò)類型在車(chē)載控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。就目前大型養(yǎng)路機(jī)械車(chē)載通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況而言，相應(yīng)存在不同類型網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用產(chǎn)品：如IEC TCN、ARCNET、Lonworks 和CAN 等。由于CAN總線具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展方興未艾。大型養(yǎng)路機(jī)械網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)采用了CAN總線做為其車(chē)載控制網(wǎng)絡(luò)，隨著我國(guó)鐵路尤其是高速鐵路的快速發(fā)展，對(duì)鐵路的養(yǎng)護(hù)越來(lái)越重要，網(wǎng)絡(luò)版動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)的運(yùn)用也越來(lái)越多，伴隨產(chǎn)生了較多新的運(yùn)用故障，構(gòu)成安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2 典型故障

2021 年2 月，某鐵路局集團(tuán)有限公司穩(wěn)定車(chē)在運(yùn)行途中突發(fā)故障，輔助驅(qū)動(dòng)意外掛擋導(dǎo)致二軸輪對(duì)擦傷，存在重大行車(chē)安全隱患。穩(wěn)定車(chē)機(jī)組出車(chē)前檢查發(fā)現(xiàn)司機(jī)室兩端B5、B11 面板各鎖定指示燈顯異常、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)紊亂，決定在運(yùn)行途中不作動(dòng)力。當(dāng)日區(qū)間內(nèi)運(yùn)行時(shí)，司機(jī)突然聽(tīng)到異響，立即要求停車(chē)。設(shè)置防護(hù)后，檢查發(fā)現(xiàn)輔助驅(qū)動(dòng)一、二軸均處在掛擋位，判定異響為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)反轉(zhuǎn)所致，反復(fù)切換作業(yè)電開(kāi)關(guān)后，一軸成功脫擋，但二軸始終無(wú)法脫擋，嘗試借助外力脫擋未果后，對(duì)二軸液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行拆卸，馬達(dá)脫開(kāi)后，二軸得以脫擋。整組大機(jī)以5km/h速度試?yán)?，仍然?tīng)到異響，再次停車(chē)檢查，發(fā)現(xiàn)輔驅(qū)二軸車(chē)輪緣踏面嚴(yán)重擦傷，遂以限速10km/h 向前方登記站運(yùn)行。到達(dá)后，機(jī)組人員將二軸齒輪油放出，未發(fā)現(xiàn)碎齒等異物，隨后用砂輪機(jī)將輪對(duì)擦傷處進(jìn)行了打磨處理，使用鋼絲繩對(duì)輔驅(qū)氣缸進(jìn)行捆扎。

3 原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，初步判斷主要存在兩方面的問(wèn)題。

一是輔驅(qū)脫掛擋異常。檢查發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定車(chē)輔驅(qū)二軸氣缸掛擋端風(fēng)管在無(wú)作業(yè)電時(shí)大量排風(fēng)，與機(jī)組前期反映情況相符，輔驅(qū)脫掛擋原理如下：

（1）作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸脫掛控制

穩(wěn)定車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸包括輔驅(qū)1(前轉(zhuǎn)向架作業(yè)驅(qū)動(dòng)一號(hào)軸)、輔驅(qū)2(前轉(zhuǎn)向架作業(yè)驅(qū)動(dòng)二號(hào)軸)與主驅(qū)(后轉(zhuǎn)向架作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸)。作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸掛擋閥控制原理見(jiàn)圖1 所示，前轉(zhuǎn)向架輔助驅(qū)動(dòng)1、2 軸掛擋閥由作業(yè)電(2 號(hào)線)直接控制，當(dāng)作業(yè)電打開(kāi)，2 號(hào)線得電，直接驅(qū)動(dòng)輔驅(qū)1、2 軸掛擋，無(wú)其它控制邏輯；后轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)軸由J18.1 控制，控制邏輯為J18.1=1，作業(yè)電打開(kāi)后，J18.1 直接輸出DC24V 驅(qū)動(dòng)后轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)軸掛擋，無(wú)其它控制邏輯；當(dāng)關(guān)斷作業(yè)電源開(kāi)關(guān)，2 號(hào)線與J18 模塊現(xiàn)場(chǎng)電源失電，作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸電磁閥失電，實(shí)現(xiàn)脫擋控制。

圖1 作業(yè)驅(qū)動(dòng)閥控制原理

（2）作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸脫掛狀態(tài)監(jiān)視

穩(wěn)定車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸脫掛狀態(tài)監(jiān)測(cè)原理見(jiàn)圖2所示，作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸脫掛狀態(tài)由J9.3～J9.8 采集，通過(guò)CAN 總線發(fā)送至顯示器進(jìn)行狀態(tài)顯示(綠燈：脫擋；紅燈：掛擋；灰燈：錯(cuò)誤狀態(tài))，用于行車(chē)及作業(yè)人員實(shí)時(shí)監(jiān)視作業(yè)軸狀態(tài)。

（3）作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸——高速走行安全聯(lián)鎖

如圖2 作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸監(jiān)視原理所示，任一驅(qū)動(dòng)軸處于掛擋狀態(tài)(G42G7G5 任一信號(hào)為低)，G4 信號(hào)為低電平；由圖3 高速走行安全聯(lián)鎖原理可知，當(dāng)G4 為低時(shí)，延時(shí)4 秒輸出低電平信號(hào)G26，切斷高速走行控制回路，封鎖牽引，即任一作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸處于掛擋狀態(tài)不允許進(jìn)行高速走行。

圖2 作業(yè)驅(qū)動(dòng)軸脫掛狀態(tài)監(jiān)測(cè)原理

圖3 高速走行安全聯(lián)鎖

綜上所述，可知輔驅(qū)脫掛擋僅與作業(yè)電QL36(見(jiàn)圖1）、氣動(dòng)換向閥5（見(jiàn)圖4）以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸、導(dǎo)向桿、掛擋桿等（見(jiàn)圖5）相關(guān)聯(lián)，與網(wǎng)絡(luò)程序、應(yīng)急系統(tǒng)均無(wú)關(guān)。

圖4 輔助脫掛擋氣動(dòng)原理圖

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)：作業(yè)電得失電情況正常，線路緊固良好，且運(yùn)行途中QL36 不可能常產(chǎn)生；二軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸活塞桿、導(dǎo)向桿、掛擋桿表面臟污，滑移塊內(nèi)孔堵塞且無(wú)間隙（上、下部軸向間隙應(yīng)為0.1-0.2mm），故其脫掛動(dòng)作不流暢，一軸則較好；氣動(dòng)換向閥內(nèi)部彈簧卡滯，手動(dòng)通閥時(shí)復(fù)位緩慢，判斷換向閥作用不良為故障產(chǎn)生的直接原因。更換氣動(dòng)換向閥后，輔驅(qū)一、二軸試動(dòng)作正常，但二軸脫掛接近開(kāi)關(guān)無(wú)作用，拆檢發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)內(nèi)部底座脫焊（見(jiàn)圖6），更換開(kāi)關(guān)后恢復(fù)。

圖5 輔驅(qū)軸脫掛執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖6 接近開(kāi)關(guān)

二是網(wǎng)絡(luò)通訊故障。檢查發(fā)現(xiàn)司機(jī)室兩端B5、B11 面板各鎖定指示燈顯異常（見(jiàn)圖7、8）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)紊亂，共十一個(gè)模塊無(wú)法正常下載程序（見(jiàn)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本原理如下：穩(wěn)定車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)包括控制箱、接線箱、配電箱和系統(tǒng)模塊。模塊與模塊之間通過(guò)CAN 總線連接構(gòu)成整車(chē)網(wǎng)絡(luò)：DO 模塊主要控制閥線圈、繼電器、燈等的開(kāi)通或關(guān)斷，并將數(shù)字量發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)上以供其它模塊使用；DI 模塊主要用于采集限位開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等輸出的數(shù)字量信號(hào)，并將采集到的信號(hào)處理后通過(guò)CAN 總線發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)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(hào)。

圖10 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本原理框架圖

環(huán)車(chē)檢查整車(chē)模塊，檢查模塊狀態(tài)指示燈，實(shí)測(cè)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(shí)發(fā)現(xiàn)J20 模塊CAN 通訊接頭、插座內(nèi)部有水跡，J20 模塊位于穩(wěn)定裝置正上方橫梁內(nèi)側(cè)，位置隱蔽，受振動(dòng)影響較大，通訊接頭松動(dòng)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(dòng)，重新緊固并載入程序后恢復(fù)。

4 深度分析存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)此次穩(wěn)定車(chē)運(yùn)行途中輔驅(qū)掛擋故障進(jìn)行深入調(diào)查，反映出專業(yè)管理、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)執(zhí)行、設(shè)備故障信息溝通協(xié)調(diào)等方面存在較多問(wèn)題。

4.1 直接原因

機(jī)組個(gè)別人員人為誤操作，錯(cuò)將作業(yè)電開(kāi)關(guān)打開(kāi)，導(dǎo)致輔助軸自動(dòng)掛擋，造成輪對(duì)擦傷，這是本次故障的直接原因。

4.2 重要原因

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊故障懸而未決，車(chē)載鎖閉信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)完全失效，司機(jī)室兩端B5、B11 面板各裝置鎖定指示燈顯異常，機(jī)組人員無(wú)法有效識(shí)別輔驅(qū)的閉合、脫開(kāi)信號(hào)，這是本次故障的重要原因。

4.2.1 機(jī)組早期即發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊故障，B5、B11 面板各裝置鎖定指示燈顯異常。機(jī)組將故障情況匯報(bào)設(shè)備主任、技術(shù)員，并在其遠(yuǎn)程指導(dǎo)下嘗試修復(fù)，未果。

4.2.2 機(jī)組人員對(duì)各部件鎖定、捆扎情況進(jìn)行檢查，并用攝像手電進(jìn)行拍攝，共計(jì)拍攝照片19 張。因網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊故障，其中所攝照片“B5 箱界面驅(qū)動(dòng)（主驅(qū)、輔驅(qū)1/2 軸）掛擋指示燈顯示錯(cuò)誤”。當(dāng)晚穩(wěn)定車(chē)運(yùn)行途中，機(jī)組人員誤將作業(yè)電開(kāi)關(guān)打開(kāi)，輔助一、二軸得電掛擋，然而司機(jī)室兩端B5 和B11 面板主驅(qū)、輔1、輔2 顯示錯(cuò)誤，失去指示意義，機(jī)組人員無(wú)法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常。

圖11 B5 箱界面驅(qū)動(dòng)（主驅(qū)、輔驅(qū)1/2 軸）掛擋指示燈顯示錯(cuò)誤

4.3 次要原因

4.3.1 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)力量有限，主要精力投放于高鐵新線高精度搗固、搗穩(wěn)車(chē)與搗固車(chē)等主力車(chē)型設(shè)備的管用修上，對(duì)于穩(wěn)定車(chē)、配碴車(chē)等車(chē)型關(guān)注較少，尤其是對(duì)網(wǎng)絡(luò)車(chē)不熟悉、缺乏經(jīng)驗(yàn)，這是本次故障的次要原因。

4.3.2 機(jī)組檢修保養(yǎng)不當(dāng)，未定期緊固模塊接頭，致使問(wèn)題擴(kuò)大化，這同樣是本次故障的次要原因之一。

5 對(duì)策措施

5.1 網(wǎng)絡(luò)版WD-320 車(chē)作業(yè)電開(kāi)關(guān)處安裝磁性防護(hù)罩。

5.2 梳理網(wǎng)絡(luò)版大機(jī)常用備件，機(jī)組應(yīng)常備CAN 網(wǎng)絡(luò)通訊線、網(wǎng)關(guān)模塊、DI、DO、AI、終端電阻、網(wǎng)絡(luò)接頭專用扭矩扳手等，便于第一時(shí)間判斷、解決問(wèn)題。

5.3 聯(lián)合主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)。一是修訂網(wǎng)絡(luò)版大機(jī)日常檢修保養(yǎng)辦法，指導(dǎo)機(jī)組科學(xué)、有針對(duì)性地保養(yǎng)作業(yè)；二是摸索CAN 線纜等部件的壽命管理，在年修環(huán)節(jié)將修理質(zhì)量提高，防患于未然；三是立即組織專業(yè)工程師開(kāi)展巡檢，選派技術(shù)人員參加，對(duì)在用網(wǎng)絡(luò)車(chē)設(shè)備情況進(jìn)行一次摸底排查。

5.4 技術(shù)創(chuàng)新保安全。梳理網(wǎng)絡(luò)版08-32、09-32、WD-320、DWL-48 車(chē)作業(yè)軸正常與應(yīng)急脫掛原理，排查風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，視需要對(duì)部分車(chē)型加裝作業(yè)軸空擋機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu)。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)版WD-320 型動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)經(jīng)典故障案例的分析可以得出：

6.1 主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)扎實(shí)推進(jìn)質(zhì)量問(wèn)題整改，牢牢樹(shù)立安全質(zhì)量意識(shí)，充分考慮運(yùn)用環(huán)境，從設(shè)計(jì)制造源頭提高大型養(yǎng)路機(jī)械的可靠性和設(shè)備安全保障水平。

6.2 運(yùn)用單位應(yīng)積極探索網(wǎng)絡(luò)車(chē)檢修與運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步細(xì)化完善檢修工藝及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，加強(qiáng)作業(yè)過(guò)程安全卡控，強(qiáng)化設(shè)備狀態(tài)檢查確認(rèn)和運(yùn)行值守，不斷提升大型養(yǎng)路機(jī)械的設(shè)備安全管控水平。