韓玉紅

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島 266111）

1 引言

動車組，簡稱EMU（Electric Multiple Units），是城際和市郊鐵路實(shí)現(xiàn)小編組、大密度的高效運(yùn)輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全、可靠、舒適為特點(diǎn)，備受世界各國鐵路運(yùn)輸和城市軌道交通運(yùn)輸?shù)那嗖A［1］。自2004 年國家發(fā)改委與鐵道部聯(lián)合印發(fā)《大功率交流傳動電力機(jī)車技術(shù)引進(jìn)與國產(chǎn)化實(shí)施方案》和《時(shí)速200 公里動車組引進(jìn)與國產(chǎn)化實(shí)施方案》，到2006 年國內(nèi)首列國產(chǎn)化時(shí)速200km/h動車組下線，再看今天最高運(yùn)營速度可達(dá)380km/h的高速動車組“貼地飛行”于武廣、京滬、京廣等鐵路客運(yùn)專線，中國已全面進(jìn)入高鐵時(shí)代。

隨著動車組車輛速度等級和投入數(shù)量不斷提高，列車運(yùn)營過程中故障的數(shù)量和種類也隨之增加，特別是300km/h以上高速動車組技術(shù)走在世界的前列，缺少可借鑒經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)試驗(yàn)條件下難以模擬高速運(yùn)營中復(fù)雜環(huán)境因素對車輛各部件的影響。所以針對動車組運(yùn)用過程中的故障制定快捷、有效的措施，是其運(yùn)營的前提和安全的保障，是提高高速列車效能的重要途徑，也是提高車輛效率、可用性，增強(qiáng)鐵路運(yùn)輸企業(yè)競爭力的一個(gè)重要手段。本文結(jié)合動車組司機(jī)室標(biāo)志燈面罩漏雨的故障分析，通過密封膠性能研究、淋水試驗(yàn)等措施制定合理的修復(fù)方案，并在分析國內(nèi)檢修技術(shù)基礎(chǔ)上，提出高速動車組維修性設(shè)計(jì)、完善高速列車故障診斷系統(tǒng)和提高列車的可用性的合理化建議。

2 動車組司機(jī)室標(biāo)志燈面罩漏雨現(xiàn)場調(diào)查

通過對漏雨的車輛進(jìn)行排查，水是由司機(jī)室車內(nèi)頂板滴下，漏雨位置判定為司機(jī)室標(biāo)志燈聚碳酸酯面罩與車體接觸密封區(qū)域。同期出廠的車輛中，漏雨只發(fā)生在個(gè)別車輛，初步分析發(fā)生漏雨的可能的原因有：（a）聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠老化失效；（b）聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠被運(yùn)營環(huán)境中的沙石等異物損傷；（c）密封膠涂打飽滿度及底涂劑應(yīng)用的規(guī)范性等施工過程的控制。

3 動車組司機(jī)室標(biāo)志燈面罩漏雨故障分析

3.1 聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠老化失效分析

動車組司機(jī)室標(biāo)志燈面罩材質(zhì)為聚碳酸酯玻璃，與車體間密封采用聚硫和硅酮兩種類型的密封膠。底層使用的雙組分聚硫密封膠，是以液體聚硫橡膠為主體，配以硫化組分構(gòu)成的高性能密封材料［2］，具有良好的氣密性，表l 給出了各類密封膠的水蒸氣及氣體的透過性。表層使用的單組份硅酮密封膠，是以線型聚硅氧烷為主要原料的密封材料，也稱有機(jī)硅密封膠。硅酮密封膠的高分子主鏈主要由Si-O-Si 鍵組成，在固化過程中交聯(lián)劑與基礎(chǔ)聚合物反應(yīng)形成網(wǎng)狀的Si-O-Si 骨架結(jié)構(gòu)，由于Si-O 鍵較高的化學(xué)鍵能，使其具有優(yōu)異的耐高低溫性能和耐候性能，如表2 所示。經(jīng)過對漏雨車輛表層密封膠的排查，未發(fā)現(xiàn)局部粉化、發(fā)粘、龜裂、斑點(diǎn)、起泡及變形等老化現(xiàn)象。

老化是一種不可逆的變化，指高分子材料在加工、貯存和使用過程中，由于受內(nèi)外因素的綜合作用，其性能逐漸變壞，以致最后喪失使用價(jià)值的現(xiàn)象［4］。如果密封膠發(fā)生老化現(xiàn)象，最直接的現(xiàn)象就是彈性下降，將削弱其抵制水蒸氣、氣體的作用，嚴(yán)重時(shí)就可能發(fā)生漏水的故障。斷裂伸長率是將試樣在拉力機(jī)上以一定速度拉斷時(shí)，其伸長部分與原長度之比，是衡量密封膠老化的重要指標(biāo)。將表層密封膠試樣制備為啞鈴型（1 型），在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置約7d，按照《GB/T 14522-2008 機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法 熒光紫外燈》［5］“附錄C 熒光紫外燈暴露試驗(yàn)的典型試驗(yàn)條件”中“暴露周期類型2”規(guī)定進(jìn)行耐紫外光老化試驗(yàn)：光源為UV-A（340nm），輻照度（0.76±0.02）W/m2·nm，60℃8h 干燥（光照），50℃4h 冷凝，試驗(yàn)進(jìn)行1500h，試驗(yàn)結(jié)束后，在標(biāo)準(zhǔn)條件下狀態(tài)調(diào)節(jié)24h，然后測定斷裂伸長率。老化試驗(yàn)后密封膠樣品和現(xiàn)車裁剪密封膠樣品，按照《GB/T 528-1998 硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能》［6］制作成啞鈴型（1 型），膠膜厚度為2mm±0.5mm，以500mm/min的速度勻速拉伸，檢測其斷裂伸長率結(jié)果如表3 所示。

表1 各類密封膠的水蒸氣及氣體的透過性

表2 幾種化學(xué)鍵鍵能

表3 表層硅酮密封膠斷裂伸長率檢測

密封膠樣品人工加速老化試驗(yàn)1500h 后，表面未出現(xiàn)局部粉化、發(fā)粘、龜裂、斑點(diǎn)、起泡及變形等老化的現(xiàn)象，彈性保持率為85%；現(xiàn)車樣品斷裂伸長率為562%，彈性保持率為94%，高于老化試驗(yàn)樣品的彈性保持率。從聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠的表面狀況和彈性保持率證明：表層硅酮密封膠未出現(xiàn)老化失效現(xiàn)象，不是造成漏雨故障的直接原因。

3.2 聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠異物損傷分析

圖1 表面膠層損傷情況

圖2 壓條拆除后密封膠狀況

通過對漏雨車輛密封膠的排查，發(fā)現(xiàn)部分密封膠有明顯缺損的現(xiàn)象，如圖1所示。缺損的原因是列車高速運(yùn)營條件下，受到環(huán)境中沙石等異物的撞擊，但損傷只發(fā)生在表層硅酮密封膠，未深及底層聚硫密封膠。所以聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠被運(yùn)營環(huán)境中的沙石等異物損傷同樣不是導(dǎo)致漏雨的直接原因，但如果損傷面較大將成為漏雨故障的隱患。

3.3 聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠施工質(zhì)量分析

經(jīng)過淋雨試驗(yàn)、車窗拆卸和膠粘劑施工分析，漏雨故障與施工過程的控制有直接的影響。在壓條拆除后，發(fā)現(xiàn)壓條與車體間的密封膠存在很多空隙，即密封膠涂打量不足或壓條按壓力度不夠，如圖2 所示。

3.4 聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩漏雨原因分析

司機(jī)室前窗是動車組運(yùn)營過程中承受風(fēng)剪切力最大，也是最容易受到環(huán)境中沙石等異物撞擊的區(qū)域之一。動車組運(yùn)營前的氣密性和淋雨試驗(yàn)?zāi)軌驖M足技術(shù)指標(biāo)要求，而當(dāng)聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠受到外力的沖擊導(dǎo)致破損，破損區(qū)域又與壓條下密封膠空隙相連通時(shí)就發(fā)生了漏雨現(xiàn)象。

4 動車組司機(jī)室標(biāo)志燈面罩漏雨改進(jìn)措施

4.1 運(yùn)營中動車組臨時(shí)處理措施

對于運(yùn)營中動車組，首先使用壁紙刀修整破損區(qū)域，保證修補(bǔ)區(qū)域表層平滑、無松動的密封膠；使用無紡布除凈膠條周邊的水和灰塵，在待修補(bǔ)區(qū)域四周擴(kuò)大20～50mm的范圍刷涂專用底涂劑，以增加原有膠層和修補(bǔ)膠層的附著力，要求覆蓋聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體部分；底涂劑干燥20min 后，對底涂劑刷涂區(qū)域涂打與現(xiàn)車相同的硅酮密封膠；密封膠自然干燥16h 以上允許上線運(yùn)營；修補(bǔ)的同時(shí)，對施工車輛的車號和區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)記錄，便于在高級修程時(shí)進(jìn)行徹底修復(fù)。

4.2 高級修動車組處理措施

動車組達(dá)到高級修程時(shí)，對于運(yùn)營過程中發(fā)生漏雨故障，已采取臨時(shí)處理的車輛按照如下步驟進(jìn)行徹底修復(fù)：司機(jī)室前窗及車體防護(hù)→拆除標(biāo)志燈正面罩四周壓板→割除原車密封膠(包括壓條以及聚碳酸酯標(biāo)志燈面罩與車體間密封膠)→刷涂底涂劑→干燥20min→恢復(fù)聚硫密封膠→恢復(fù)壓條→干燥24h→恢復(fù)硅酮密封膠→干燥48h。

在修復(fù)過程中，嚴(yán)格控制底涂劑干燥時(shí)間和密封膠的涂打。底涂劑要求干燥20min 以上，密封膠涂打飽滿、均勻，保證壓條與車體間無空隙。對于司機(jī)室前窗密封膠有明顯缺損的車輛，按照圖3 所示步驟進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)漏雨故障按照上述步驟進(jìn)行修復(fù)。

圖3 漏雨故障普查步驟

5 高速動車組檢修技術(shù)發(fā)展趨勢展望

以往的檢修觀念是注重檢修對設(shè)備效能的恢復(fù)和可靠性的保持，主要包括定期維修（又稱計(jì)劃修）、視情維修（又稱狀態(tài)修）和事后維修（又稱故障修）三種方式［7］，定期維修和視情維修均屬于預(yù)防性的，而事后維修方式則是非預(yù)防性的。目前在借鑒國外檢修技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)高速動車組以可靠性、舒適性為中心，實(shí)行計(jì)劃定期檢查和整備與監(jiān)控預(yù)報(bào)狀態(tài)修理相結(jié)合；單元部件換件修理、壽命管理以及主要元部件實(shí)行高度專業(yè)化集中修理相結(jié)合的維修制度。

未來高速動車組檢修技術(shù)要注重維修性設(shè)計(jì)，就是從設(shè)計(jì)階段賦予高速動車組方便、迅速地進(jìn)行維修的特性，提高RAMS（可靠性、可用性、維修性和安全性）、保障性和經(jīng)濟(jì)性（壽命周期費(fèi)用）；完善高速列車故障診斷系統(tǒng)，包括地面故障診斷系統(tǒng)和車載故障診斷系統(tǒng)，及時(shí)以信息為依據(jù)，準(zhǔn)確、完整地給予高速動車組故障分析和決策；依托維修、保養(yǎng)及整備(包括排污)工作可并行作業(yè)，且設(shè)備先進(jìn)的維修管理中心，即高速動車組維修基地(或稱為動車段)，縮短列車的維修停時(shí)，提高列車的可用性，實(shí)現(xiàn)高速動車組安全可靠、舒適正點(diǎn)、周轉(zhuǎn)迅速地運(yùn)行。

［1］林曉言.高速動車組的重要經(jīng)濟(jì)影響［J］.中國鐵路，2007（4）：45-47.

［2］黃正強(qiáng)，宋秋靈，劉暢，等.改性聚硫密封膠的研制［J］.中國建筑防水，2010（18）：25-28.

［3］邢鳳群，崔洪，郭月萍，等.聚硫密封膠的性能特點(diǎn)及應(yīng)用［J］.粘接，2007，18（5）：53-55.

［4］馮新德，等.高分子辭典［M］.北京：中國石化出版社，1998.

［5］GB/T 14522-2008，機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法熒光紫外燈［S］.

［6］GB/T 528-2009，硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定［S］.

［7］劉麗影，劉繼剛，劉繼.我國高速動車組檢修制度［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，29（8）：1000-1003.