列车自动清洗机端刷系统可靠性分析与改进

机
　电　工　程　技　术　第
４９卷　第１２期ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ＆ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　
Ｖｏｌ ４９　Ｎｏ １２
收稿日期：２０２０－０５－２１
ＤＯＩ：
１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００９－９４９２ ２０２０ １２ ０６８　
卞荣俊，池鹏飞，刘少磊．列车自动清洗机端刷系统可靠性分析与改进［Ｊ］．机电工程技术，２０２０，４９（１２）：２１７－２２０
列车自动清洗机端刷系统可靠性分析与改进
卞荣俊１
，池鹏飞１
，刘少磊
２
（１ 浙江省轨道交通运营管理集团有限公司海宁分公司，浙江海宁　３１４４００；２ 青岛地铁集团有限公司运营分公司，山东青岛
　２６６０００）摘要：为了解决列车自动清洗机在地铁轻轨端洗作业中端刷系统故障频发的问题，以北京沃尔新洗车机为例，结合其在某地铁实际使用中的故障情
况，对其故障原因进行可靠性分析，针对性地制定并落实改进措施。

实践应用效果表明，洗车机端刷系统可靠性提高，基本解决了洗车机端洗作业端刷系统故障频发的问题，提升了设备的综合利用率。

关键词：洗车机；端洗作业；改进措施；可靠性；综合利用率
中图分类号：Ｕ２６９ ３２＋５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－９４９２（
２０２０）１２－０２１７－０４ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＥｎｄＢｒｕｓｈＳｙｓｔｅｍ
ｏｆＴｒａｉｎＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｌｅａｎｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ
ＢｉａｎＲｏｎｇｊｕｎ１
，ＣｈｉＰｅｎｇｆｅｉ１
，ＬｉｕＳｈａｏｌｅｉ
２
（１ ＨａｉｎｉｎｇＢｒａｎｃｈ，ＺｈｅｊｉａｎｇＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＯｐｅｒａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐＣｏ ，Ｌｔｄ ，Ｈａｉｎｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１４４００，Ｃｈｉｎａ；
２ ＯｐｅｒａｔｉｏｎＢｒａｎｃｈ，ＱｉｎｇｄａｏＭｅｔｒｏＧｒｏｕｐＣｏ ，Ｌｔｄ ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｆｒｅｑｕｅｎｔｆａｉｌｕｒｅｓｏｆｔｈｅｅｎｄｂｒｕｓｈｓｙｓｔｅｍｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｔｒａｉｎｗａｓｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｉｎｍｅｔｒｏｌｉｇｈｔｒａｉｌｅｎｄｗａｓｈｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ
，
ｔａｋｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇｗａｌｘｉｎｃａｒｗａｓｈｅｒａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，
ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｉｔｓａｃｔｕａｌｕｓｅｉｎａｓｕｂｗａｙ，
ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｃａｕｓｅｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，
ａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｗｅｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ Ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｅｎｄｂｒｕｓｈｓｙｓｔｅｍｏｆｃａｒｗａｓｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ，
ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｆｒｅｑｕｅｎｔｆａｉｌｕｒｅｓｏｆｅｎｄｂｒｕｓｈｓｙｓｔｅｍｏｆｃａｒｗａｓｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｅｎｄｗａｓｈｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｓｏｌｖｅｄ，
ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｗａｓｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；ｅｎｄｗａｓｈｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；
ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅ
０　
引言
近年来，中国城市轨道交通迅猛发展。

根据相关规划显示，
到２０２０年，中国城市轨道交通运营里程将达到７２００ｋｍ［１
］，祖国各地车辆基地如雨后春笋般，一一建成投用。

列车自动清洗机（简称“洗车机”）作为车辆基地重大工艺设备之一，承担着地铁轻轨的车体清洁任务。

但是，这些洗车机设计无论多么先进、智能，总是避不开其使用率高、运行环境恶劣
和部件故障率高的问题
［２］，尤其是其端刷系统更是故障频发。

作为地铁轻轨端洗作业必不可少的子系统，其故障常导
致洗车机的端洗作业取消［３
］，使得保洁人员需要重新对车头
清洗，浪费人力物力。

本文以北京沃尔新洗车机为例，结合某地铁洗车机实际使用中的故障情况，对其进行可靠性分析，制定并落实改进措施，以此降低设备故障率，提高可靠性，
达到提升综合利用率的目的
［４
］。

１　
列车自动清洗机端刷系统
洗车机主要用于地铁车辆（轻轨）的外皮洗刷，以手动
或自动控制方式，在洗车线上对列车两侧（包括车门和窗玻璃）、车头、车尾、侧顶弧及车顶进行洗刷，清除列车由于运
用和检修造成的车辆外表面灰尘、油污和其他污垢等［５
］。

其主
要由以下几个系统组成：机械洗刷系统、电气系统、压缩空压系统、水循环及处理系统、强风吹扫及热风幕和喷淋系统，包括端刷系统、压缩空压机洗车循环水设备、热风幕等部件及子
系统，其中，端刷系统是洗车机最主要的子系统之一。

图
１　端刷关键部件结构图１ １　端刷系统组成洗车机端刷系统的关键部件主要包括电机、接近开关和气动马达。

其中电机包括旋转电机、走行电机和升降电机；接近开关包括端刷旋转接近开关、前后端洗限位挡块接
近开关和安全锁接近开关；气动马达包括前端洗限位挡块马达、端刷旋转马达和后端洗限位挡块马达，如图１所示。

１ ２　端刷系统工作原理洗车机通过气动马达控制端刷和限位挡块的摆出和收回，气动马达的进排气（旋转方向及旋转角度）由换向电磁阀（两位五通电磁阀）控制，工作气压由储气罐提供，气动三联件控制。

当洗车机进行前端洗时，前端洗限位挡块首先抬起，接近开关检测到抬起信号后反馈给ＰＬＣ，由于洗车机具备互锁功能，只有ＰＬＣ接收到此信号后才会进行下一步动作（通过电磁阀控制气动马达进而带动端刷摆动），详细流程逻辑如图２所
示。

·７１２·
图２　端刷工作原理图
１ ２ １　气路控制原理
洗车机通过气动马达控制端刷的摆出和收回，气动马达的进排气（旋转方向及旋转角度）由换向电磁阀控制，工作气压由储气罐及气动三联件控制，控制示意图如图３所示。

图３　气路控制原理图
１ ２ ２　电气控制原理
ＰＬＣ主机工作，给变频器供电，同时给ＫＡ４９中间继电器发出得电指令，ＫＡ４９中间继电器得电工作，其辅助触点得
电闭合，ＫＭ１７接触器线圈得电工作，ＫＭ１７主触点吸合。

通过变频器中输入的工作指令，可变频调速电机，同时变频器给ＰＬＣ扩展反馈变频工作信号。

ＰＬＣ通过程序编排可控制刷组电机变频的正（由ＫＡ５９中间继电器控制）、反（由ＫＡ６０中间继电器控制），以及复位（由ＫＡ８６中间继电器控制）功能，如图４所示。

图４　主电路和控制电路
１ ３　端刷作业工作流程
以前端洗为例，前端洗开始后，前端洗挡块抬起，程序检测到前端洗挡块抬起到位，程序执行推出指令，端刷被气动马达推出到前端洗挡块时被挡住到达工作位置即９０°的位置。

当两侧的端刷均达到工作位置后，端刷开始旋转，此时
ＰＬＣ通过旋转变频器来采集刷轴的电流，电流满足条件后，小车开始向列车移动开始洗车作业。

随着小车和列车的逐渐
靠近，旋转的刷毛受力逐渐增大的同时，端刷的轴电流也逐渐增大。

当轴电流值达到设定值时端刷开始上升，端刷达到雨刷器的位置后开始执行躲避雨刷器的指令，躲过雨刷器后
端刷会再次向列车靠近继续洗车，端刷继续上升直到垂直上极限位后端刷停止工作。

之后端刷摆回休息位，前端洗挡块落下到回位，小车再返回初始位置，前端洗洗车结束。

２　端刷系统故障分析
２ １　重点故障
２ １ １　故障现象
２０１８年１２月，某地铁在进行电客车端洗作业时，洗车机左侧端刷动作异常，故障现象为端刷直接摆动１８０°（正常
摆动角度为９０°），当值操作人员按下急停按钮，并通知乘务信号楼，因洗车机设备故障取消洗车作业。

根据信号楼指令及现场确认后，给出绿色通行信号，安排电客车通过。

在开放绿色通行信号后，左侧端刷突然复位，与电客车发生干涉，因未及时采取紧急处置措施，导致端刷与电客车干涉。

２ １ ２　故障原因分析
（１）洗车机端洗时，右侧端刷动作正常（摆动９０°），但左侧端刷动作异常，直接摆动１８０°。

由于前端洗限位挡块气路系统中的调节阀阀芯（图５）脱落，使得两位五通电磁阀气压不足导致前端洗限位挡块抬起（垂向位）后迅速复位（水平位），接近开关已检测到限位挡块的动作信号，并传输至ＰＬＣ，端刷摆动后前端洗限位挡块失去限位作用（处于水平位），进而导致端刷摆动１８０°（正常情况下，在前端洗限位挡块的限位作用下，端刷摆动９０°）。

图５　调节阀阀芯 图６　刷组手动控制面板
（２）洗车机调整自动有端洗为手动模式时，左侧端刷动作。

洗车机系统设计，当按下急停按钮，系统所有刷组和水泵停止工作，为保证电客车顺利驶出洗车线，前端洗时，若洗车机端刷处于９０°，端刷回到０°；若端刷处于１８０°，则端刷不动作。

洗车机调整自动有端洗为手动模式后，系统进入手动状态，系统自动执行左侧端刷回位指令，端刷动作（如图６操作面板所示，左侧端刷处于回位状态，模式开关旋至手动模式位）。

（３）ＰＬＣ对限位挡块的位置传感器信号监测设计为触发式点信号而非连续的位置信号，导致限位挡块触发位置传感器后，挡块又复位的问题ＰＬＣ不能及时发现，进而造成端刷摆出位置超限位，而ＰＬＣ控制系统仍不能发现的故障工况，进而控制端刷继续进行端洗动作，产生与电客车发生干涉的安全隐患。

２ ２　端刷系统故障树分析
为了更好地彻底解决洗车机端刷系统故障频发的问题，对洗车机端刷系统自使用发生的端刷故障，采用故障树进行统计，如表１所示，以便于后续的故障原因分析，以及针对性地制定解决措施，降低故障率［６］。

·
８１２
·
２０２０年１２月 机电工程技术 第４９卷　第１２期
表１　端刷系统故障树序号故障现象（描述）
故障原因
故障部件
１
端刷不动作端洗控制换向电磁阀无动作；端刷锁、气动挡块锈蚀；排气阀锁紧帽松动；限位接近开关损坏；接近开关感应面与端洗气动挡块距离过远
电磁阀、端刷锁、换向阀的排气阀、气动挡块、接近开关２
端刷摆出过位限位挡块未动作，导致右端刷摆臂过位
限位挡块３
端刷不摆出气动马达无法推动挡块到规定位置，造成位置传感器无法正常输出指令气动挡块
４
前端洗端刷停在挡风玻璃中间不上升电机进水导致无法正常实施端洗作业ＳＥＷ电机５
端刷无法复位电磁阀密封性差；排气调节阀排气不顺畅电磁阀、排气调节阀６
端刷不回位控制限位挡块的气动马达内部存在轻微串气气动马达７
端刷回位缓慢气动马达转子边缘的橡胶磨损严重
气动马达根据洗车机端刷系统故障树统计情况，通过故障鱼骨图［７
］对洗车机端刷系统的故障从人、机、料、法、环５个环节对故障原因进行分析，分析出导致端刷的故障原因主要有以下几个方面（图７）。

（１）人。

洗车作业操作不当、人为损坏、检修作业不到位等。

（２）机。

电机、接近开关问题。

（３）料。

设备设计不足、部件质量问题。

（４）法。

检修制度、检修工艺不完善。

（５）环。

环境潮湿，设备生锈［８
］。

图７　故
障鱼骨图３　
制定改进措施
３ １　
人员方面
（１）人员技能不足问题。

制定详细的培训计划及实施方案，对一线生产人员及技术人员在设备基础知识、系统原理、
检修及实际动手能力业务技能提升等方面进行培训，提升人
员综合技能水平。

（２）检修不到位问题。

一线生产人员进一步落实设备三级检制度，技术人员、质量人员加大对设备检修质量的验收与监管，定期抽检，保证设备检修质量。

３ ２　规章制度方面（１）检修操作规程的实用性问题。

技术人员现场全过程参与设备操作与检修，并对车辆段设备检修、操作规程的适用性重新进行对标评估，发现问题，及时进行修订试行。

（２）规范洗车作业流程。

组织人员编制标准化洗车作业规范文件，加强洗车作业过程中的关键环节管控，同时和相关部门落实洗车作业流程，规范洗车作业流程，避免洗车过程车辆越过对标线，导致洗车机端刷不动作。

３ ３　设备方面（１）彻底排查整改端刷系统。

组织人员对洗车机端刷系统进行彻底地排查及问题整改，查看设备按照是否牢固，是否符合设备安装要求，动作是否灵活无卡滞，发现生锈部件进行除锈防锈，更换可靠性不高的部件。

图
８　限位挡块固定安装图（２）简化设备结构和程序，减少端刷系统动作部件。

①在挡块支架断面和挡块端面打孔、套丝、与螺栓固定，将现有的端刷正向
抬起挡块抬起状态固定，端刷摆出后到达此位停止，正好是９０°，即工作位置，完成洗刷作业，并增加另一块限位挡块使得翻转挡块收入原始位置不会伸出，即不会与端刷摆出发生关系，如图８所示。

通过这样的改进，取消了２个气动马达的电磁阀和４个接近开关，设备的结构和程序控制得到了简化，降低了设备使用安全隐患。

②将端刷二位五通阀改为三位五通阀，中间位为泄压模式，这样能保证端刷在后端洗作业时，即使出现电磁阀断电故障，端刷组能够保持在中间位置。

③优化端洗流程和控制程序。

洗车机端刷系统在活动挡块改为固定挡块后，端洗流程和程序需做相应的改变，但是由于端刷系统结构简化，端洗流程和控制程序也会得到简化（如图９所示，以前端洗为例），从而也提高了设备的稳定性，减少端刷的故障率。

图９　前端洗流程
·９１２·
卞荣俊，等：列车自动清洗机端刷系统可靠性分析与改进
（３）增加洗车机端刷系统安全防护措施，提高设备可靠性。

①在洗车机控制室操作台增加一个信号灯控制开关钥匙，在钥匙开关启动的状态下，前端洗和后端洗信号灯变绿灯通行，将信号灯控制开关钥匙具有最高权限，平时由专人报管，紧急情况下经领导同意后使用，如图１０所示。

②
通过增加紧急停止状态下手动／自动切换的安全保护，完善
紧急停止控制程序保护措施，在紧急停止没有解锁的状态下，洗车机始终处于自动状态，并不受手动自动转换开关的影响，防止在自动／手动转换时发生电磁阀失电问题。

③端刷行走车两端增加冗余限位接近开关。

端刷行走架两端增加冗余限位接近开关，进行双限位保护，加强可靠性和安全性，如图１１所
示。

图１０　绿灯通行的钥匙开关控制图　图１１　双重限位开关布置图
４　
结束语
通过对洗车机端刷系统的故障采用鱼骨图分析法，从人、机、料、法、环５个方面进行可靠性分析，针对性地提出并落实解决措施，对洗车机端刷系统进行改进，对人员进行培训，对规章制度进行优化，基本上解决了洗车机端刷系统故障率高的问题，提高了洗车机端刷系统的可靠性，达到提升设
备综合利用率的目的。

但是由于不同地铁的不同设备的不同
线路，洗车机应用环境不一，洗车机产生的故障情况可能不一样，故障原因也不一样，希望通过北京沃尔新洗车机端刷系统应用故障的原因分析与改进措施，对同行业同需求的工作者有所帮助。

当然，洗车机的维护保养随着其使用年限的延长及使用频率的增加会更加深入，希望大家共同探讨、共同进步。

参考文献：［１］智研咨询集团．２０２０－２０２６年中国轨道交通行业市场需求
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术电讯技术
［Ｊ］．电讯技术，２００２（０４）：１２１－１２６．［７］鄢军飞．Ａ公司设备故障类型及预防研究［Ｄ］．广州：华南
理工大学，２００９．［８］孙胜彬．列车自动清洗机端洗刷变频器故障分析［Ｊ］．技术
与市场，２０１４，２１（１）：３４－３５．第一作者简介：卞荣俊（１９９０－），男，大学本科，工程师，研究领域为城市轨道交通工程车辆及工艺设备管理，已发表论文６篇。

（编辑：刘诗寒
）
（上接第２１３页）［５］马爱鲜．浅析轴电流危害及防范［Ｃ］／／云
南电网公司、云南省电机工程学会．２０１１年云南电力技术论坛论文集（入选
部分）．云南电网公司、云南省电机工程学会：云南省电机工程学会，２０１１：５９－６１．［６］张婷，刘福春．一起ＳＦ＿６断路器分闸状态下绝缘击穿故障原因分析［Ｊ］．电工技术，２０２０（０２）：１１１－１１２．［７］李建光．立轴悬式发电机轴电流保护特性［Ｊ］．电网与清洁能源，２００９，２５（０６）：７７－７９．［８］吴培枝．琅琊山抽水蓄能电站的轴电流保护［Ｊ］．水
电自动化与大坝监测，２００８（０５）：４２－４４．
［９］周建为．抽水蓄能机组轴电流保护［Ｊ］．水电自动化与大坝
监测，２００３（０１）：６８－６９．
［１０］尹熬，朱麟．龙滩水电站机组轴电流保护［Ｊ］．水电自动化与大坝监测，２０１０，３４（０１）：３９－４０．［１１］戴民，刘昊．凤滩水电厂轴电流保护探讨［Ｊ］．湖南电力
，２０１０，３０（０６
）：５４－５５．
第一作者简介：张婷（１９９０），女，硕士，工程师，研究领域为电力系统及其自动化，已发表论文４篇。

（编辑：刘诗寒
）
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２０２０
年
１２月
机电工程技术
第
４９卷　第１２期。