青藏集团有限公司西宁机务段青海省西宁市810006
摘要：真空主断路器是现今铁路运行当中的重点设备类型，做好其故障处理也是实现铁路稳定运行的一项重点工作。在本文中，将就HXD1D型电力机车真空主断路器卡分故障进行一定的研究与分析。
关键词：HXD1D；电力机车；真空主断路器；故障分析
1引言
在我国铁路事业不断发展的过程中，相关工程得到了较多的建设。在铁路运行中，真空主断路器是较为常见的故障类型。青藏集团有限公司配属的HXD1D型机车，在运行当中发生了较多起“主断卡分”故障，在故障发生后，在对主断进行更换后进行了返厂检测处理。对此，即需要积极做好故障问题的分析，根据实际情况做好整改建议措施的提出。
2故障原因分析
2.1故障概述
2017年5月24日,西宁机务段HXD1D0323机车在实际运行中出现主断路器卡分故障问题，该机车回段后进一步检查确认主断路器故障，通过现场对主断路器拆解检查发现在其肘节机构一侧弹簧杆断裂（见图1）。该问题发生后，我段技术人员同主断路器生产厂家进行了沟通与反馈，在沟通了解到，外局HXD1D型机车也发生过类似真空断路器无法闭合故障的问题，在经过检查后发现在肘节机构一侧弹簧杆发生断裂问题，并导致无法联锁复位。在问题发生后，先对一侧的弹簧杆以及弹簧进行检测，发现弹簧导杆同垫圈存在没有接触的情况，即垫圈以及弹簧卡滞在弹簧杆上，存在没有完全恢复到位的问题，经过检查发现定位板侧面同弹簧间存在磨痕。而对已经断裂的弹簧杆进行检查，发现在其表面存在一定的磨痕，且在断口位置具有较深的磨痕。之后，对另一侧弹簧杆进行检查，发现同样存在磨痕，即在其腰型孔位置存在断裂痕迹，经过对垫圈的检查，发现垫圈对棱边倒角C0.3，没有对设计要求的R0.3要求进行满足。
图1HXD1D0323机车肘节机构一侧弹簧杆断裂
2.2故障分析
对于TDV10真空断路器来说，其驱动机构由弹簧导杆、弹簧杆、连接板、紧固件、定位板以及底板这几部分组成。肘节机构方面，则由两组4杆机构以对称的方式布置形成，使用一个滑杆副以及转动副进行连接，在实际应用当中，弹簧杆受到4个力的作用保持运动或者平衡，其具体受力情况如下图2所示：
图2
在上图中，其所受到的几个作用力分别为：第一，G。G为弹簧杆自身所受到的重力，弹簧杆重力为0.04kg，对此其受到的力即为0.8×0.04=0.39N；第二，FT。这是弹簧对弹簧杆所产生的作用力，在实际运动当中，由垫圈对弹簧在发生形变后行成的作用力进行承担，并将其实现对弹簧导杆的传递，最终将该力传送到连接板以及定位块位置，同弹簧杆无关。对此，FT即是弹簧杆对弹簧所具有的一种相反的支持力，其具体数值同弹簧受到重力的一部分相等，即在弹簧杆同弹簧存在接触的情况下。对于该情况来说，其正是弹簧杆所起到的最大作用，且能够防止弹簧受到重力因素影响而掉落；第三，F3。这是3个垫圈对于弹簧导杆所产生的作用力，在静止状态下，该作用力即是这几个垫圈受到重力的一部分，在实际计算当中可以被忽略。在运动当中，该力的反力即将对垫圈运动产生驱动作用。该垫圈的质量很小，即为0.005kg，从最大加速度角度考虑，也不会超出2m/s2，即可以忽略；第四，F1与F2。该力分别为两个弹簧导杆对弹簧杆所产生的作用力。在静止状态下，这两个力则是FT以及G的平衡力，在运动状态中，则由F2对弹簧杆的加速度进行提供。经过计算，两者的力低于1.3N，而对于该大小的力来说，不可能使弹簧杆发生断裂问题。在对该可能进行排除后，则可能是因两个移动副以及转动副存在问题所导致的。即当移动副无法实现功能时，弹簧杆即如同仅仅对真空断路器的驱动力进行承担，且同杆轴向具有相同的作用力方向，此时该弹簧杆则将受到较大的压力影响，同故障现象相比体现出不同的破坏形式。
在该基础上，对转动副进行分析。在该机构中，其中一个转动副Z1涉及的零件有垫圈、弹簧导杆66.5、定位板以及弹簧杆。另一个转动副Z2涉及到弹簧杆、连接板、垫圈以及弹簧导杆76.5。对于弹簧导杆同垫圈来说，两者具有着面接触配合的特点，即在弹簧力作用下保持贴合的紧密性，在该过程中，如弹簧杆同导杆间存在转动不灵活或者无法转动的情况时，也不会对肘节机构的运动产生影响，而在不对移动副进行考虑时，也可以将其视为一个整体。而对于连接板转动配合以及弹簧杆的运动状态来说，在启动扎空断路器分合闸运动时，其则将受到驱动力的作用力发生运动，并因此带动导杆转动。在该转动影响下，则会使垫圈进行一个平面运动，能够将其分解为绕弹簧导杆的转动以及走向滑动。该作用力则是F3反力的一部分，方向同弹簧杆轴向保持垂直。从理论角度来说，该值非常小，但在实际运动中，垫圈不会同弹簧杆完全保持垂直，而会存在一定的夹角，并因此使该力的值得到加大。同时，因弹簧导杆同弹簧杆间具有一定的间隙，当启动真空断路器分合闸运动时，该间隙的存在则会使弹簧导杆同弹簧杆间形成冲击作用，对于该冲击作用来说，则会随着其间隙的变大而增加，且并因此导致磨损问题的发生。在弹簧处于压缩状态时，因其同弹簧杆间间隙的存在，则不会完全按照弹簧杆的轴线压缩，而是存在一定的弯曲情况。对于该弯曲来说，其具有着一定的随机性，当其弯曲方向同垫圈倾斜夹角存在配合关系时，则将在增加转矩M的情况下加剧磨损问题的发生。
3防范措施与建议
针对上述存在问题，在联系铁路实际的基础上对以下防范措施进行应用：第一，将弹簧杆的材质个能改为7475-T6，同原有的6351-T6材质相比，新弹簧杆在表面硬度以及拉伸屈服强度方面都具有更好的表现，即为原有材料的1.5倍，能够更好的满足地铁运行需求；第二，对垫圈厚度进行更改，从2mm更改为3mm，对导向长度进行增加，在对移动副配合面积进行增加的基础上对磨损应力进行降低；第三，将传动轴以及连接板为一体式进行连接，对连接板实际转动当中的自由度进行限制，以此对连接板可能存在的偏转问题进行有效的解决；第四，对于机车的入库以及修程等，对机车数据进行下载后分析，主要判断是否存在主断卡分故障，如果故障问题存在，则需要及时做好主断路器的改造以及更换处理；第五，在上述故障问题发生后，在确认机车不存在其余异常状态的情况下，以手动的方式对闭合主断指令进行发出，以此在1-2次内恢复正常操作，且不会对机车运行效果以及不同部件产生影响。对于该问题，则可以在机车报出主断卡分故障之后以手动的方式分断主断，在等待3s后再以手动的方式对主断进行闭合，并在机车回段后再进行检查。
4结束语
在上文中，我们对HXD1D型电力机车真空主断路器卡分故障进行了一定的研究，并根据实际问题提出了一定的建议与对策。在未来工作当中，需要对该问题引起重视，通过对部件材质以及结构的科学优化改进实现主断路器稳定性的提升，最大程度避免故障问题的发生。
参考文献
[1]杨瀛瑜,王泰杰,饶攀.HXD1D型机车柜式成套高压电器的设计[J].电力机车与城轨车辆.2015(04)
[2]禹洲.HXD1D型机车驱动装置组装工艺优化[J].机车车辆工艺.2015(06)
[3]刘军良,陈章.HXD1D型机车变压器安装螺栓选型及强度分析[J].电力机车与城轨车辆.2014(05)
[4]袁顺,刘助新.HXD1D型机车车体设计[J].电力机车与城轨车辆.2016(06)