杜瀟驍

摘 要：本文主要介紹CRH380CL型動車組秋冬季節(jié)發(fā)生的制動故障，分析故障發(fā)生原因，提出解決方案，以防止故障的再次發(fā)生，降低故障率。

關鍵詞：CRH380CL；制動故障；低溫；干燥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.018

1 引言

CRH380CL動車組（以下簡稱CL動車組）冬季發(fā)生制動故障的頻率較高 ，制動氣路是行車安全的關鍵系統(tǒng)，可能影響行車安全或?qū)е萝嚱M無法上線運營。

2 故障概述

以CRH380CL-5605動車組2015年11月的故障為例：

2015年11月20日晨，車組一場發(fā)車，起車時牽引無流，HMI屏報故障代碼2310、2311制動緩解回路斷開，經(jīng)扣修檢查故障原因為FC05車B60.23壓力開關故障。更換壓力開關后后試運正常，車組計劃11月24日上線。

2015年11月24日夜，車組出庫聯(lián)檢時發(fā)現(xiàn)SC13車制動不緩解，經(jīng)查故障原因為SC13車B60.23壓力開關故障。更換壓力開關后故障恢復，該故障未影響次日上線。

2015年11月27日晨，車組一場發(fā)車，HMI屏顯示EC16車報故障代碼5332（牽引失效制動未緩解）、2310（制動緩解環(huán)路斷開）、EC01車報故障代碼2311（制動緩解環(huán)路斷開），經(jīng)扣修檢查故障原因為TC07車B60.11壓力開關故障。車組扣修進行故障檢查。

27日白天車組進行空氣壓縮機排水作業(yè)，發(fā)現(xiàn)IC06車空氣壓縮機冷凝水收集器已滿，后供電時發(fā)現(xiàn)IC06車空氣壓縮機雙塔式干燥器處有異響，更換空氣壓縮機雙塔式干燥器，并通過長時間排風供風清理管路中可能存在的殘余冷凝水。

截至2016年8月，CRH380CL-5605動車組未再報出類似故障。

上述3次故障導致車組庫內(nèi)換車兩次，共計扣修7天；出庫晚點一次，計45分鐘。

這類故障并非個例，以配屬CL動車組中位置最北的北京局為例，2014年1月至2016年8月因故障更換的制動控制單元內(nèi)部壓力開關或電磁閥、傳感器的故障統(tǒng)計共有14條，多數(shù)故障具有以下特點：

（1）14次故障中，有10次發(fā)生在11月至次年2月（冬季）期間，外界溫度較低；

（2）故障部件除B60.02-3傳感器外均位于制動管路支路的末端。

（3）故障部件體積較小，結構精密。

3 故障分析

通過對既有故障進行統(tǒng)計，并對典型故障進行分析，同時對比其他車型，判斷同類故障成因為管路內(nèi)壓縮空氣中的水蒸氣在環(huán)境溫度低于0℃時，直接凝華或液化后凝固附著在管路支路末端的精密部件上無法排出，導致電磁閥、壓力開關或壓力傳感器敏感度下降甚至卡滯，發(fā)生故障。具體原理如下：

對于氣體來說，降低溫度與增加壓力可以使氣體分子間距離減小，這可是分子間相互吸引作用增加，導致氣體變成液體。真空密閉容器中純物質(zhì)液體蒸發(fā)達到動態(tài)平衡（單位時間內(nèi)由液體變?yōu)闅怏w的分子數(shù)目和由氣體變?yōu)橐后w的分子數(shù)目相同）時，蒸氣所具有的壓力為飽和蒸氣壓。

在一定溫度下，某一物質(zhì)的蒸氣壓力如果小于其飽和蒸氣壓，液體將蒸發(fā)為氣體，直至蒸氣壓力增至該溫度下的飽和蒸氣壓；如果某物質(zhì)的蒸氣壓力大于其飽和蒸氣壓，則蒸氣將部分凝結為液體，直至蒸氣壓力降至該溫度下的飽和蒸氣壓。

對于同一物質(zhì)而言，固體飽和蒸氣壓小于液體飽和蒸氣壓，所以飽和蒸氣壓受熔點影響極大，在熔點（對水來說為0℃）兩側的飽和蒸氣壓的增長幅度變化極大。水的飽和蒸氣壓在0℃時為0.61129kPa，20℃時為2.338 kPa，100℃時為101.235 kPa。為保證管路內(nèi)不會有水蒸氣液化，秋冬季節(jié)低溫下對管路內(nèi)氣體中水蒸氣含量要求應比常溫時嚴格很多。

在正常狀態(tài)下，主空壓機向總風管打風的過程中，壓縮空氣會先經(jīng)過雙塔式干燥器和冷凝水收集箱等裝置去除大部分水蒸氣，以減小水蒸氣的分壓，防止其液化或凝華堵塞管路或干擾其他部件工作。

與其他車型進行對比：同樣在2014年1月至2016年8月這一時間段內(nèi)，同樣配屬北京南動車所的CRH380-BL動車組（以下簡稱BL動車組）共發(fā)生類似故障5起，且配屬北京南動車所的BL動車組數(shù)量較CL動車組更多，運營也時間更長，部件老化程度更高。對比兩種動車組氣路結構及各項參數(shù)基本相同，不同的是CL動車組在斷電時，會自動施加緊急制動，導致B60.11、B60.23、B60.16三個部件所在支路中有大量壓縮空氣。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，摩爾氣體常數(shù)R為固定值，由于管路體積（V）時固定的，當壓強（p）增大溫度（T）降低時，管路中水蒸氣總量及分壓均會提高。

此時，由于隨著溫度的降低，飽和蒸氣壓也逐漸降低，水蒸氣液化甚至凝華的可能性變大。同時電磁閥、壓力開關、傳感器等精密部件內(nèi)部零件體積較小，尖端或邊緣結構為水蒸氣液化、凝固或凝華提供了極佳的凝結核。然而這些部件動作時對外界變化的敏感度要求高，動作行程短，容易受到水或冰的影響，引發(fā)故障。

位于主要氣路的部件上有水蒸氣液化或凝華之后，進行充排風操作時，由于管路內(nèi)氣體壓力大、流速快，氣流能夠?qū)⑺虮鶑牟考蠜_走。而位于支路的部件一旦有水蒸氣液化或凝華后，水或冰不易在排風時隨氣體排出。此時極有可能堵塞部件的進出風口，導致故障發(fā)生。

綜上所述，CL動車組斷電時自動施加緊急制動，導致支路中有大量壓縮氣體。如長時間庫外停放，管路內(nèi)溫度過低，水蒸氣直接凝華或液化后凝固附著在管路支路末端的精密部件內(nèi)部無法排出，導致部件無法正常動作，引發(fā)故障。

4 預防措施

根據(jù)對故障原因的分析，對于這類故障，有以下幾種預防方法：

（1）更改車組電路邏輯，斷電時不再施加緊急制動，減小制動氣路中的空氣壓力及氣體總量，以降低低溫時的水蒸氣分壓，避免液化或凝華；

（2）改變氣路結構，保證供風排風從氣路的兩端進行，減小管路末端被堵塞的可能；

（3）提高雙塔式干燥器的干燥能力，降低制動管路內(nèi)壓縮空氣中水蒸氣的含量，保證水蒸氣的含量低于環(huán)境最低溫度時的飽和蒸氣壓，避免水蒸氣的液化或凝華。

（4）延長并保證庫外停放車組的打溫時間，使車組不會處于溫度較低的狀態(tài)，避免飽和蒸汽壓的降低引發(fā)水蒸氣液化或凝華；

（5）加強秋冬季節(jié)對空氣壓縮機的檢查，入冬降溫前對管路進行排水，及時發(fā)現(xiàn)、預防空氣壓縮機故障，以避免因此導致管路內(nèi)水蒸氣過多在低溫下引發(fā)液化或凝華。