0引言

設(shè)備振動是動車組運(yùn)行過程中的一個重要因素,它可能對繼電器的可靠性產(chǎn)生直接或間接的影響^[1]。動車組設(shè)備振動主要來源于列車行駛時的軌道不平順、車輛的自身振動以及各種外界環(huán)境因素的作用。

繼電器的失效可能導(dǎo)致動車組中控制和保護(hù)功能的失效,進(jìn)而對列車的運(yùn)行安全性和可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。本文以摩爾斯.史密特(Mors Smitt)過流保護(hù)繼電器為對象,結(jié)合實際案例,深入研究動車組設(shè)備振動對繼電器可靠性的影響。

1動車組設(shè)備振動特性

動車組設(shè)備振動特性是指動車組設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動的一系列特點(diǎn)和參數(shù),受到諸多因素的影響,例如輪對、車體彈性變形、車輛加速度等。重點(diǎn)分析以下幾種振動。

1.1 縱向振動

列車在運(yùn)行過程中存在著頻繁的加速和剎車振動?？v向振動頻率主要由列車重量和坡度決定或制動力導(dǎo)致的振動。

1.2 橫向振動

橫向振動又稱側(cè)傾振動,是指列車在運(yùn)行過程中由于曲線半徑、鐵軌轉(zhuǎn)角或運(yùn)行速度等導(dǎo)致的側(cè)向振動。列車的側(cè)向振動幅度不宜過大,因為橫向荷載會對鐵軌和車輛構(gòu)件造成磨損。

1.3 垂向振動

垂向振動是指列車在運(yùn)行過程中由鐵軌高低不平或車輛輪對偏差導(dǎo)致的上下振動。垂向振動頻率主要受車體質(zhì)量和懸掛系統(tǒng)剛度影響。

了解動車組設(shè)備振動的特性 對于分析振動對繼電器可靠性的影響具有重要意義。

2 故障案例

2023年3月至6月,CRH1E型動車組在運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生網(wǎng)側(cè)過電流檢測電路故障導(dǎo)致受電弓 自動降下。

2.1控制原理/機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)

2.1.1CRH1E型動車組網(wǎng)側(cè)過電流檢測電路故障控制邏輯介紹

過流檢測繼電器監(jiān)控來自車頂電流互感器的電流,當(dāng)出現(xiàn)過流時繼電器動作,斷開緊急切斷繼電器的供電使其觸點(diǎn)斷開給數(shù)字輸入輸出單元(MIO模塊)的“無過流”信號變?yōu)?,當(dāng)故障車廂的受電弓處于升弓狀態(tài),報“網(wǎng)側(cè)過電流緊急降弓”;當(dāng)故障車廂的受電弓處于降弓狀態(tài),則報“網(wǎng)側(cè)過電流檢測電路故障”。

2.1.2Mors Smitt過流保護(hù)繼電器簡介

Mors Smitt過流保護(hù)繼電器是一種常見的用于電路保護(hù)的繼電器。它主要用于監(jiān)測電路中的過流情況,并在過流超過設(shè)定值時觸發(fā)動作,切斷電路以保護(hù)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。在動車組中,Mors Smitt 過流保護(hù)繼電器起到了重要的作用,能夠及時檢測電路中的異常情況,避免因過流引起的設(shè)備損壞和事故發(fā)生。過流保護(hù)繼電器主要參數(shù)如表1所示。

2.1.3過流保護(hù)繼電器安裝位置

保護(hù)繼電器安裝在走廊旁邊的配電柜內(nèi),旁邊為客運(yùn)備品柜(包含行李架)。

2.2運(yùn)行中捕捉的振動情況

在故障排查的過程中敲擊過流保護(hù)繼電器,繼電器常閉觸點(diǎn)斷開,更換上新的繼電器后進(jìn)行敲擊試驗也存在常閉觸點(diǎn)斷開的現(xiàn)象。為了排查振動對繼電器觸點(diǎn)工作的影響,在過流繼電器上安裝加速度傳感器,檢測橫向、垂向和縱向的振動情況^[3],如圖1所示。

檢測故障時間段:過流保護(hù)繼電器振動X方向5.3g、Y方向6.3g、Z方向6.3g;其他時間段的振動均小于2g,如圖2所示。

2.3 敲擊振動測試

在02車對過流保護(hù)繼電器進(jìn)行敲擊振動測試,測試能使其常閉觸點(diǎn)斷開的最小振動值,在X、Y、Z三個方向分別逐漸增加敲擊力度,X方向或者Y方向當(dāng)振動值大于6g后,過流保護(hù)繼電器觸點(diǎn)斷開,Z方向即繼電器安裝的垂直方向敲擊未出現(xiàn)故障。試驗的數(shù)值與故障時的數(shù)值相符,如圖3所示。

以上數(shù)據(jù)表明,過流保護(hù)繼電器受振動導(dǎo)致觸點(diǎn)斷開。

2.4振動源的查找

檢查高壓控制柜隔壁的客運(yùn)備品柜,備品柜上部行李架放下后,左右側(cè)柜板各裝有一個止擋,用于支撐行李架,其中右側(cè)止擋固定的柜板與高壓控制箱共用,過流保護(hù)繼電器與止擋安裝“背靠背”的關(guān)系,相對位置高低差約7 cm,水平位置重合,如圖4所示。

分別對高壓控制柜周邊9個位置進(jìn)行振動試驗,來排查不同位置的振動對過流保護(hù)繼電器的影響。在第七次、第八次用手抬起行李架后讓其自由落下,行李架碰撞到止擋后產(chǎn)生撞擊聲,此時振動測試儀檢測到的振動數(shù)據(jù)在Y方向最大值有6.44g,過流保護(hù)繼電器觸點(diǎn)斷開,其他位置的振動未復(fù)現(xiàn)故障,如圖5所示。

檢查02車備品柜上方行李架,用手抬起到上方最大位置其阻尼感較輕,如不用定位固定,輕微晃動很容易自由落下與止擋碰撞。對比檢查了其他的高壓控制箱和備品柜,發(fā)現(xiàn)07、10、15車的行李架對比02車,在最高位有較明顯的阻尼,且自由下落對止擋的沖擊程度也不相同。分別在02、07、10、15車試驗,結(jié)果見表2。試驗結(jié)果表明,行李架的阻尼失效的情況下,可造成過流保護(hù)繼電器失效。

模擬從備品柜內(nèi)朝向過流保護(hù)繼電器方向敲擊間壁,和在行李架放平的狀態(tài)下放入大件行李的沖擊,示意圖如圖6所示,結(jié)果如表3所示。

以上數(shù)據(jù)表明,備品柜上方行李架自由落下與止擋碰撞導(dǎo)致過流保護(hù)繼電器觸點(diǎn)斷開,從而報出網(wǎng)側(cè)過電流檢測電路故障。

2.5整改措施

過流保護(hù)繼電器在運(yùn)行途中受到備品柜的上方行李架自由落下與止擋碰撞,在較大振幅的振動條件下,出現(xiàn)誤動作的現(xiàn)象,鑒于行李架為旅客存放行李的地方,無法避免外界因素導(dǎo)致對繼電器的沖擊。為了避免這種工況將繼電器移走(圖7),以免沖擊帶來的影響。

3總結(jié)

本文從實際案例出發(fā),通過模擬驗證發(fā)現(xiàn)垂向加速度對繼電器的影響最大。因此,在動車組的設(shè)計和運(yùn)營過程中,應(yīng)該充分考慮動車組垂向減速度對設(shè)備振動的影響,并建議如下:

1)進(jìn)一步研究動車組設(shè)備振動對繼電器可靠性的影響機(jī)理。通過深入理解振動對繼電器內(nèi)部元件的影響機(jī)制,可以更好地設(shè)計和改進(jìn)繼電器的結(jié)構(gòu),提高其抗振能力。

2)開展更多實驗和測試,探究不同振動參數(shù)對繼電器可靠性的影響程度。通過對不同振動參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的測試和分析,可以建立起振動參數(shù)與繼電器可靠性之間的定量關(guān)系,為繼電器的設(shè)計和選型提供科學(xué)依據(jù)。

3)研究繼電器的故障診斷和預(yù)測方法。通過對繼電器故障模式和特征的研究,可以開發(fā)出有效的故障診斷和預(yù)測方法,提前發(fā)現(xiàn)和解決繼電器的故障問題,提高動車組的可靠性和安全性^[4]。

4)探索新型繼電器的應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展,新型繼電器的應(yīng)用前景廣闊。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙帥.動車組繼電器與接觸器故障分析及運(yùn)用策略研究[D].北京:中國鐵道科學(xué)研究院,2021.

[2] 陳依澤,曹云東,劉煒.振動頻率對鐵路繼電器觸點(diǎn)可靠性的影響研究[J].電氣技術(shù),2020,21(6):19-25.

[3] 軌道交通機(jī)車車輛設(shè)備沖擊和振動試驗:GB/T21563—2018[S].

[4]孫宗先,崔韜,頓明真,等.城軌車輛電磁繼電器選型方法探討[J].機(jī)電工程技術(shù),2022,51(12):280-283.

2024年第12期第17篇