基于故障診斷和排查的單車試驗思路探討

王 鵬 劉文軍 欒 鋒 吳吉恒

（1.國能鐵路裝備有限責(zé)任公司滄州機車車輛維修分公司，滄州 061000；2.眉山中車制動科技股份有限公司，眉山 620010）

1 研究背景

隨著我國鐵路貨運向“重載高速”的方向發(fā)展，人們對鐵路貨車的安全、運行、檢修等提出了更高要求。車輛空氣制動機是保證車輛安全運行的關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著鐵路貨車“狀態(tài)修”的實施以及配件失效規(guī)律研究的深入，車輛鉤緩裝置、走行裝置、車體承載裝置的典型故障占比逐年減小，但其制動故障占比逐年增大。車輛制動機漏泄、制動不良、制動抱閘等故障已成為影響列車運行的主要因素[1]。

120/120-1 型貨車空氣制動機是當(dāng)前我國鐵道車輛的主型產(chǎn)品，主要包括120/120-1 型空氣控制閥[2]、空重車自動調(diào)整裝置、閘調(diào)器、制動缸、脫軌自動制動閥等閥類部件，如圖1 所示。

圖1 120 型貨車空氣制動機

目前，《鐵道車輛制動機單車試驗》（TB/T 1492—2017）[3]是我國鐵道車輛制動機單車試驗的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對控制閥、空重車自動調(diào)整裝置、閘調(diào)器、制動缸以及各管系進行全面檢測，能夠達到制動機性能檢測和車輛交驗的目的，但檢測數(shù)據(jù)較少，不能滿足試驗故障排查需要。試驗過程中的故障主要體現(xiàn)在漏泄超標(biāo)、異常緩解、緩解感度差、空車壓力超差等方面。為分析這些故障，通常需要采取對管系刷檢漏劑、拆卸主閥單閥試驗、更換空重車自動調(diào)整裝置等措施來進行故障排查，會增加工作難度，降低檢修效率。

為提高檢修的效率和質(zhì)量，達到快速診斷和排查故障的目的，需要具備2 個條件。一方面，試驗數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠，覆蓋面更廣。空氣制動機故障具有一定的復(fù)雜性，是各管系壓力與閥內(nèi)部件綜合作用的結(jié)果，僅依據(jù)車輛制動管及制動缸壓強值難以確定故障原因。另一方面，試驗裝備微型計算機控制，實現(xiàn)智能化判定。試驗裝備采用微型計算機控制，能夠采集、存儲試驗數(shù)據(jù)，并依據(jù)試驗數(shù)據(jù)進行故障診斷。

2 空氣制動機故障原因分析

2.1 漏泄

漏泄故障主要出現(xiàn)在折角塞門、截斷塞門、主閥局減部和排氣口、管系法蘭以及風(fēng)缸螺堵位置。開展制動管漏泄試驗可以檢測主管的漏泄量，但支管后的管路漏泄量不易檢測，需要配合控制閥的作用位置進行檢測。120/120-1 控制閥主要有3 個作用位置：充氣緩解位、制動保壓位、常用制動位?？刂崎y在充氣緩解位時，制動管、副風(fēng)缸、加緩風(fēng)缸三者管路相通。在制動保壓位時，制動管、副風(fēng)缸、加緩風(fēng)缸、制動缸內(nèi)部均存在壓力，加緩風(fēng)缸、制動缸管路完全獨立。雖然制動管與副風(fēng)缸通過孔徑為0.2 mm 的逆流孔連通，但是由于孔徑的限制，逆流量有限，可以對兩者進行漏泄檢測。在常用制動位時，制動管、副風(fēng)缸壓力下降，制動缸壓力不斷上升，壓力時刻處于變化過程，不能進行漏泄判斷。120 控制閥制動保壓位原理如圖2 所示。因此，單車試驗的制動緩解感度試驗是檢測各管系漏泄的最佳時機，可以在各管系增加壓力傳感器以檢測漏泄值，從而判斷管路是否漏泄。

圖2 120 控制閥制動保壓位原理

2.2 異常緩解

單車試驗時發(fā)生異常緩解故障的原因如下：第一，副風(fēng)缸管系漏泄，導(dǎo)致制動管壓強高于副風(fēng)缸壓強，控制閥進入緩解位，發(fā)生自然緩解故障；第二，控制閥中加緩風(fēng)缸與制動管氣路串通，導(dǎo)致制動管壓強上升，高于副風(fēng)缸壓強，達到緩解壓差，使控制閥發(fā)生緩解；第三，制動缸管系自身漏泄，使壓力逐步下降，但由于局減作用，制動管會給制動缸補風(fēng)，壓力雖然下降但不會緩解到零，仍然存在故障；第四，單車試驗中充氣電磁閥保壓效果不良，導(dǎo)致制動管壓強上升。因此，要想準(zhǔn)確判斷異常緩解故障，就需要提高機能試驗要求，關(guān)注制動管、副風(fēng)缸、加緩風(fēng)缸、制動缸管系的壓力變化，對其進行壓力檢測，重點關(guān)注制動管與副風(fēng)缸、制動管與加緩風(fēng)缸的壓差。

2.3 緩解不良

緩解不良是指制動缸壓強在45 s 內(nèi)未緩解至30 kPa以下或閘瓦未脫離車輪[4]。產(chǎn)生該故障的原因如下：第一，控制閥因卡滯或緩解阻力高而進入緩解位慢，制動缸排風(fēng)時間超標(biāo)，導(dǎo)致緩解不良；第二，空重車自動調(diào)整裝置引發(fā)緩解不良，雖然制動缸上游緩解時間合格，但是制動缸緩解時間超標(biāo)；第三，制動缸發(fā)生卡滯，壓力已排空，但活塞未復(fù)位。因此，可以通過監(jiān)測制動管與副風(fēng)缸的壓差、制動缸上游、制動缸壓強緩解時間，以及觀察制動缸活塞桿是否復(fù)位，綜合判斷緩解不良的原因。

2.4 空車位制動缸壓強超差

空車位時，空重車自動調(diào)整裝置參與制動缸壓強平衡，此時制動缸的壓強與傳感閥安裝、制動缸行程有著直接關(guān)系。如果抑制盤觸頭與橫跨梁觸板的間隙偏大、制動缸行程偏小，會導(dǎo)致制動缸壓強偏大；如果抑制盤觸頭與橫跨梁觸板的間隙偏小、制動缸行程偏大，或是傳感閥觸頭處存在漏泄，則會導(dǎo)致制動缸壓強偏小。因此，空車位試驗前，要使制動缸行程、抑制盤觸頭與橫跨梁觸板的間隙處在要求范圍內(nèi)，在進行漏泄試驗時檢測降壓風(fēng)缸管系是否存在漏泄。

3 單車試驗方法

3.1 試驗裝備要求

試驗裝備的壓力采集范圍應(yīng)包括制動管、副風(fēng)缸、加緩風(fēng)缸、制動缸上游、制動缸、降壓風(fēng)缸等的壓力，以便利用更加全面的試驗數(shù)據(jù)來精準(zhǔn)判斷制動故障。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖3 所示。除降壓風(fēng)缸傳感器外，其他傳感器采用一體化安裝結(jié)構(gòu)，設(shè)計專用的傳感器轉(zhuǎn)接座，安裝在中間體和主閥之間，以減少壓力傳感器接頭拆裝，盡量避免增加漏泄點。其他功能和機能試驗應(yīng)滿足《鐵道車輛制動機單車試驗》（TB/T 1492—2017）的要求。

圖3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成

試驗中的試驗參數(shù)包括漏泄值、壓力值等指標(biāo)。進行參數(shù)可控化設(shè)計，將內(nèi)控指標(biāo)寫進試驗控制程序，通過指令調(diào)用的方式實現(xiàn)參數(shù)的實時修改，同時對其設(shè)置更改權(quán)限，以滿足更加靈活的故障排查條件。

3.2 漏泄故障試驗

第一，關(guān)閉支管截斷塞門，試驗裝備置在快充位給制動管充氣至定壓，穩(wěn)定后保壓1 min，檢測制動管壓強漏泄值不大于5 kPa。

第二，打開支管截斷塞門，試驗裝備置在快充位給制動管充氣，待副風(fēng)缸充至定壓穩(wěn)定后，置在感度試驗位使制動管減壓40 kPa，然后保壓1 min，檢測制動管、副風(fēng)缸、加緩風(fēng)缸、制動缸上游、制動缸、降壓風(fēng)缸的壓強漏泄值不大于5 kPa。

3.3 異常緩解故障試驗

試驗裝備置在快充位給制動管充氣，待副風(fēng)缸充至定壓穩(wěn)定后，置在感度試驗位使制動管減壓40 kPa，然后保壓1 min，檢測制動管、副風(fēng)缸、加緩風(fēng)缸、制動缸上游、制動缸、降壓風(fēng)缸的壓強漏泄值不大于5 kPa，制動管與副風(fēng)缸壓差不大于6 kPa，加緩風(fēng)缸與制動管壓差不小于20 kPa。

3.4 緩解不良故障試驗

試驗裝備置在快充位給制動管充氣，待副風(fēng)缸充至定壓穩(wěn)定后，置在感度試驗位，使制動管減壓40 kPa并保壓1 min，然后置在慢充位。制動缸上游、制動缸的壓強應(yīng)在45 s 內(nèi)緩解為30 kPa 以下，緩解時制動管與副風(fēng)缸壓差應(yīng)為6～16 kPa[5]，制動缸活塞桿應(yīng)回到初始位置。

4 結(jié)語

文章以貨車空氣制動機單車試驗故障為研究對象，結(jié)合制動機的作用原理分析故障原因，提出了針對漏泄、異常緩解、緩解不良、空車壓力超差故障的試驗思路，以實現(xiàn)單車制動故障的快速診斷和排查，提高檢修效率，為列車安全運行提供保障。