HXD3系列机车受电弓自动降弓装置的风管组装

张铁志

(中国铁路哈尔滨局集团有限公司三棵树机务段 黑龙江 哈尔滨 150060)

0 引言

为了在碳滑板裂损、磨耗到限或发生弓网故障时,能够及时将受电弓降下，避免造成机车和接触网损失扩大，保证铁路运输设备安全和列车运行安全，HXD3系列电力机车装用的DSA200型受电弓都安装有自动降弓装置。它通过直径7 mm的PU管，将升弓电空阀提供给升弓气囊的风一部分输送到碳滑板内部的气路中。运行中如果碳滑板裂损或磨耗到限，内部气路中的风发生漏泄，自动降弓装置的快速降弓阀动作，受电弓降下，从而起到保护作用。

HXD3系列电力机车自2016年在哈尔滨铁路集团公司大规模投入运用以来，受电弓自动降弓装置在保护设备运行安全、非正常情况下导向安全的同时，因自身PU软管接头脱落导致的自动降弓、区间停车故障时有发生，据统计仅三棵树机务段自2016年至2019年间就发生5起，成为影响HXD3系列机车正常运用的突出质量问题。

1 HXD3系列机车受电弓自动降弓装置风管脱落问题的原因分析

1.1 自动降弓装置风路原理

从弓座气囊处开始，通过受电弓下臂内部的空气管路输送到上下臂连接点处，下臂在连接点附近有一个管接头(见图1)，将PU软管安装在管接头上，沿上臂支架内部的涨紧绳到达弓头支架处，并与碳滑板的管接头组装在一起(见图2)，形成了完整的自动降弓装置气路。管接头与PU软管联接采用圆锥面插入压紧式结构(见图3)。

图1 受电弓下臂自动降弓风管接头 图2 碳滑板处风管接头

图3 管接头示意图

这种方式有结构简单、拆装方便的优点，但也存在联接强度低、受组装作业质量影响大的不足，近几年自动降弓装置风管脱落，都发生在PU软管与下臂或碳滑板联接部位的接头处，都是风管从接头处脱出。一方面PU软管与接头连接部位与风路其他部位相比强度低，是系统的薄弱环节；另一方面日常运用维修更换碳滑板时都需要重新连接PU软管，频繁拆装也增加了脱落风险。尤其电力机车在哈尔滨局集团公司管辖内运用，受冬季气温低的影响，PU软管变硬，弹性下降、挠度增加，造成管接头根部PU管的受力增大，也增加了脱落风险。

1.2 风管脱落原因分析

经过对发生自动降弓装置风管脱落的情况进行跟踪分析，发现导致脱落的原因主要有以下方面：

(1)管接头螺母紧固力矩不足。由于接头部位是PU软管与金属管接头间靠金属挤压的方式连接在一起。为了避免损伤PU软管造成漏风，机车制造商建议手动拧紧螺母，然后用扳手再拧紧一周。不同人手拧的力矩大小不同，后续用扳手再拧的角度也因人而异，导致这一环节的紧固力矩参差不齐。2017年6月12日，HXD3C型36号机车运行中，II端受电弓PU软管从碳滑板管接头处脱落，检查PU软管压接部位，压痕浅且不连续，说明组装时螺母紧固力矩不足。

(2)管接头部位PU软管长度不当。上下臂连接部位下臂上的管接头，一般应留有120～150 mm的余量，不能组装过紧，否则在受电弓升起的过程中，上下臂会围绕转轴发生相对转动，会使下臂上的管接头与上臂间的相对位置发生变化，导致PU管受到拉伸，从而容易脱落；碳滑板管接头处的PU管恰好相反，如果余量过长，且留在受电弓支架辐板外侧，在机车高速运行时受电弓发生抖动，受PU软管自重和风力影响产生的力，会作用在PU软管与管接头的连接处，从而容易导致PU管从接头处脱出。

(3)PU软管组装不当。例如：组装作业时不认真，PU软管未插入到管接头锥形面的根部，螺母紧固后压接部位与锥形面之间的夹持部位恰好作用在PU软管的端部，没有形成中间压紧而两侧凸起的止挡效果，造成在运行中受力情况下逐渐滑脱漏风。2017年7月15日，HXD3D型596号机车I端受电弓PU管在下臂管接头处脱出，从拆开测量压接痕迹看，PU软管仅插入锥形接头4 mm，差2.8 mm插到位(锥形接头长度为6.8 mm)。另外，重新组装PU软管时，原夹持部位已经变形失去弹性，重新组装时没有将这部分剪掉，仍然继续使用，造成PU软管在管接头内没有夹紧余量，在运行振动环境下逐渐脱落漏风。

(4)管接头螺母和锥形面未成对更换。个别人员更换碳滑板时没有将管接头的锁紧螺母与接头一并更新，而是用原碳滑板的锁紧螺母拧在新碳滑板的锥形接头上，由于两个碳滑板管接头的尺寸不一样，在组装的过程中，锁紧螺母的夹持部位与锥形面的夹持部位不对应，造成PU软管在接头内没有夹紧，组装后在受力过程中逐渐松缓脱出。

2 HXD3系列机车受电弓自动降弓装置PU软管防脱落措施

针对导致HXD3系列机车受电弓自动降弓装置PU软管脱落的原因，结合近几年来检修生产实践中的探索，从2018年起，在检修过程中对PU软管组装作业采取了如下措施。

(1)管接头锁紧螺母按力矩紧固

解决组装时锁紧螺母紧固力矩大小不同、因人而异的问题。购置量程为20 N·m的插口力矩扳手，在锁紧螺母紧固过程中，严格按规定的力矩值紧固(一般在3～5 N·m之间)。解决以往用普通扳手紧固时，用力过大导致PU软管啃伤，用力小导致管接头的夹持力不足容易发生PU管滑脱的问题。

(2)采用预装的方法确定紧固力矩

不同厂家生产的碳滑板和受电弓下臂的管接头尺寸不完全相同，针对不同的管接头如何确定紧固力矩的大小成为决定PU软管组装质量的关键。当更换受电弓下臂或更换不同厂家的碳滑板时，应先用PU软管在管接头上进行预组装，使用4 N·m的力矩对锁紧螺母进行紧固，紧固后放置30 min，然后解开锁紧螺母检查PU软管的压接状态。当压痕清晰连续、深度在0.3～0.5 mm之间时，即认为合格。否则，根据压痕的深浅减小或加大1 N·m的紧固力矩，重新试验，直至压痕合格为止。同批次产品按此力矩紧固即可。

(3)合理调整PU软管的长度

(4)管接头的锁紧螺母和锥形接头应配套使用

更换受电弓下臂或碳滑板时，应将锁紧螺母与锥形接头一并更新，防止不同厂家生产的螺母与锥形接头不匹配，起不到应有的夹持作用。同时，组装前还要检查锁紧螺母后端内孔，不得有凸起、毛刺，防止划伤PU软管。

(5)规范作业细节

①PU软管组装前，剪断后的端部断面应与管身垂直；不能有损伤变形；②组装时必须将PU软管插到锥形接头根部(冬季组装前应先将PU软管加热，使其变软恢复弹性再组装)，使管接头夹持在PU软管距端部3 mm左右的位置，在软管的端部形成凸起的止挡作用；③锁紧螺母紧固后，在锁紧螺母与接头座、锁紧螺母与尾端PU软管间均画上红色防缓标识，一旦锁紧螺母松缓或PU软管从接头上有后退痕迹，均能检查发现，及时采取措施进行处理；④对PU软管做好绑扎固定，从受电弓下臂沿涨紧绳每隔150 mm用尼龙扎带进行绑扎固定，保证受电弓抖动过程中PU软管与上臂成为一体，不使管接头承受其他附加力作用。

(6)增加防护措施

借鉴动车组受电弓的成功做法，在下臂和碳滑板管接头位置的PU软管上套上内径7 mm的橡胶管，在PU软管组装后，将橡胶管沿PU软管推到管接头的根部，利用橡胶管的辅助支撑作用，减缓接头根部PU软管的受力，从而避免PU软管脱落漏风。

3 措施实施效果

2018年一季度以来，按照上述措施对受电弓自动降弓装置PU软管组装进行了规范，技术科编制下发了作业指导书，对作业流程、方法和组装要点进行了明确，专业技术人员进行了跟班讲解。随后，结合修程或整备作业更换碳滑板，对32台HXD3C型机车和28台HXD3D型机车的受电弓PU软管接头逐一进行了拆解重装。截至2020年9月底，两年多时间内未发生受电弓自动降弓装置风管脱落问题，提高了机车运用可靠性，减少了对运输秩序的干扰。□