李習(xí)橋， 劉 濤， 劉興民， 楊一雄

(中國(guó)鐵路沈陽(yáng)局集團(tuán)有限公司 車輛處， 沈陽(yáng) 110001)

動(dòng)車組冬季在雪地里運(yùn)行，線路積雪、接觸網(wǎng)結(jié)冰對(duì)動(dòng)車組本身的影響非常大，經(jīng)常會(huì)發(fā)生動(dòng)車組車外部件擊打損壞甚至脫落的故障，嚴(yán)重危及動(dòng)車組運(yùn)行安全。對(duì)動(dòng)車組冬季運(yùn)行的安全控制措施進(jìn)行了介紹。

1 動(dòng)車組雪天運(yùn)行積冰積雪規(guī)律分析

1.1 不同車型積雪程度不同

CRH5型動(dòng)車組運(yùn)行速度低，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)空間較大，積冰積雪較少；CRH380BG型動(dòng)車組運(yùn)行速度高，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)緊湊，積冰積雪較多。圖1，圖2是同時(shí)運(yùn)行在哈大線上CRH5型動(dòng)車組和CRH380BG型動(dòng)車組走行部積冰積雪對(duì)比。

圖1 CRH5型動(dòng)車組

圖2 CRH380BG型動(dòng)車組

1.2 同一車型中間車和動(dòng)力車積雪嚴(yán)重

因空氣渦旋影響，動(dòng)車組中間車較兩端車積雪嚴(yán)重；動(dòng)力車因齒輪箱、電機(jī)運(yùn)行發(fā)熱造成積冰積雪嚴(yán)重。

圖3 牽引電機(jī)周圍積雪嚴(yán)重

1.3 動(dòng)檢車積冰積雪嚴(yán)重

動(dòng)檢車雪后首趟開行，線路積雪沒有被清理，動(dòng)車組高速運(yùn)行時(shí)卷起的積雪在走行部區(qū)域翻滾，車下部件積雪嚴(yán)重。

1.4 運(yùn)行在溫差跨度大區(qū)間的動(dòng)車組積冰嚴(yán)重

動(dòng)車組積雪后進(jìn)入溫度高地區(qū)部分積雪融化，走行部部件上附著雪與水的混合物，再折返運(yùn)行到溫度低地區(qū)時(shí)發(fā)生快速結(jié)冰。

1.5 環(huán)境溫度下降時(shí)積冰加快

下午4:30之后環(huán)境溫度下降，走行部發(fā)熱部件化雪成水，水滲入積雪部件上凍結(jié)，造成走行部積冰速度加快。

1.6 降雪黏稠容易產(chǎn)生車體擊打

-5 ℃以上降雪普遍黏稠，走行部部件積雪厚重且凍結(jié)不實(shí)，動(dòng)車組過(guò)道岔或下閘調(diào)速時(shí)容易發(fā)生轉(zhuǎn)向架積雪成塊脫落；進(jìn)入隧道或會(huì)車時(shí)氣流變化也容易造成積雪成塊脫落。脫落的雪塊激起道砟形成鏈?zhǔn)綋舸蚍磻?yīng)，車下翻滾道砟擊打走行部配或軌邊設(shè)備；斜躥出車體外道砟擊打路塹、上跨橋、隧道壁甚至接觸網(wǎng)桿等反彈后擊打動(dòng)車組側(cè)窗玻璃，如圖4。

圖4 雪天動(dòng)車組玻璃擊打示意圖

1.7 溫度高接觸網(wǎng)容易結(jié)冰

0 ℃～-5 ℃降雨、雪、霧時(shí)接觸網(wǎng)容易覆冰。溫度低時(shí)接觸網(wǎng)形成柱狀結(jié)冰，溫度稍高時(shí)形成垂掛冰凌，如圖5，圖6。

圖5 接觸網(wǎng)柱狀結(jié)冰

圖6 接觸網(wǎng)垂掛冰凌

2 運(yùn)行動(dòng)車組雪天控制措施

確保動(dòng)車組雪天運(yùn)行安全的主要手段是監(jiān)控動(dòng)車組積冰積雪狀態(tài)和弓網(wǎng)受流狀態(tài)，最有效的解決方式是動(dòng)車組降速或更換車體。

2.1 監(jiān)控手段

2.1.1設(shè)備監(jiān)控

(1)動(dòng)車組運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)系統(tǒng)(TEDS設(shè)備)。各客專線及快速線均按規(guī)劃安裝了TEDS設(shè)備，該設(shè)備對(duì)通過(guò)的動(dòng)車組走行部車下及兩側(cè)進(jìn)行拍照、合成，在監(jiān)控終端可以清晰看到走行部積冰積雪狀態(tài)，為降速及更換車體提供依據(jù)。

圖7 TEDS反饋車下積雪情況

(2)綜合視頻系統(tǒng)。高鐵的綜合視頻系統(tǒng)白天可以清晰看到接觸網(wǎng)結(jié)冰狀態(tài)，車站視頻系統(tǒng)也能起到同樣的作用，為降速和啟動(dòng)刮冰車提供依據(jù)。

2.1.2人員監(jiān)控

(1)司乘人員監(jiān)控。司機(jī)和機(jī)械師在運(yùn)行動(dòng)車組的司機(jī)室監(jiān)控，一方面可以直接看到接觸網(wǎng)結(jié)冰狀態(tài)，另一方面從車體振動(dòng)上能反應(yīng)空氣彈簧、高度閥被冰雪塞滿或凍結(jié)；從弓網(wǎng)受流不暢、頻繁跳主斷路器的現(xiàn)象反應(yīng)接觸網(wǎng)結(jié)冰嚴(yán)重。

(2)駐站人員監(jiān)控。不是所有運(yùn)行動(dòng)車組都經(jīng)過(guò)TEDS探測(cè)站，在降雪區(qū)段還要通過(guò)在車站派駐經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，對(duì)通過(guò)動(dòng)車組利用站停時(shí)間進(jìn)行走行部積冰積雪狀態(tài)檢查，可以做出最準(zhǔn)確的更換車體決策。

2.2 降速建議標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，發(fā)生以下情況時(shí)需要進(jìn)行動(dòng)車組降速。

(1)當(dāng)無(wú)砟軌道區(qū)段軌枕板積雪厚度10 cm以上時(shí)，限速200 km/h及以下運(yùn)行；有砟軌道區(qū)段道砟面積雪厚度5 cm以上時(shí)，限速160 km/h及以下運(yùn)行。

(2)若發(fā)生晃車，動(dòng)車組降速至160 km/h運(yùn)行，如仍晃車則繼續(xù)降速，直至晃車現(xiàn)象消除為止。

(3)若發(fā)生車底擊打，動(dòng)車組降速到?jīng)]有擊打?yàn)橹梗缓笤侔?0 km/h逐級(jí)提速；若發(fā)生隧道口打玻璃，后續(xù)動(dòng)車組限速80 km/h通過(guò)。

(4)若發(fā)生車體振動(dòng)，動(dòng)車組降速到?jīng)]有振動(dòng)或振動(dòng)明顯減少為止，維持運(yùn)行至前方站更換車體。

(5)若發(fā)生受流不暢、頻繁跳主斷路器，動(dòng)車組限速160 km/h及以下運(yùn)行，直至受流平穩(wěn)。

2.3 更換車體建議標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，運(yùn)行動(dòng)車組發(fā)生以下情況時(shí)需要立即組織更換車體，否則不能保證動(dòng)車組安全運(yùn)行。

(1)構(gòu)架與車體間全部被冰雪塞滿。

(2)高度閥被冰雪塞滿或凍結(jié)。

(3)一系鋼彈簧間隙被冰雪塞滿。

(4)空氣彈簧膠囊周圍被冰雪塞滿、無(wú)間隙或間隙過(guò)小。

(5)制動(dòng)夾鉗單元被冰雪覆蓋或凍結(jié)。

(6)車體持續(xù)振動(dòng)。

(7)受電弓擊打損壞。

(8)主斷路器覆滿積雪。

3 接觸網(wǎng)覆冰控制措施

3.1 接觸網(wǎng)覆冰危害

(1)弓網(wǎng)受流不暢，動(dòng)車組頻繁跳主斷路器。

(2)接觸網(wǎng)、腕臂上結(jié)冰脫落，損壞受電弓供風(fēng)管路，造成動(dòng)車組自動(dòng)降弓。

(3)受電弓擊打損壞，造成動(dòng)車組無(wú)電救援。

(4)弓網(wǎng)間持續(xù)打火，碳滑板鋁基板電蝕漏風(fēng)。

3.2 接觸網(wǎng)覆冰控制措施

一般來(lái)說(shuō)，車流密度大的客專線接觸網(wǎng)覆冰緩慢，影響不大；車流密度小的線路或天窗時(shí)間有雨、雪、霧時(shí)覆冰迅速，必須采取刮冰措施。

刮冰可使用動(dòng)車組或電力機(jī)車，刮冰時(shí)采用銅碳復(fù)合滑板(如圖8)，使用銅基部分擔(dān)當(dāng)刮冰任務(wù)，但要限制最高速度不能超過(guò)160 km/h。天窗時(shí)間內(nèi)刮冰作業(yè)要不間斷進(jìn)行，持續(xù)到次日正常開行車組上線方可結(jié)束；車流密度小的線路刮冰車要與圖定車穿插開行。

圖8 銅碳復(fù)合滑板

4 雪后控制措施

雪后兩天線路積雪沒有固化，動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)積雪仍然會(huì)被卷起，走行部積冰積雪依然嚴(yán)重，建議仍然按照降雪天氣的措施進(jìn)行控制。

5 動(dòng)車組自身完善建議

5.1 空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化

以CRH5型和CRH380BG型動(dòng)車組為例，在雪天運(yùn)行時(shí)車下氣流對(duì)線路積雪的作用不一樣， CRH5型動(dòng)車組從第1輛開始就對(duì)線路積雪有分散作用，而CRH380BG型動(dòng)車組從運(yùn)行方向后數(shù)第5輛才有分散積雪的作用，CRH5型動(dòng)車組對(duì)積雪的分散作用明顯優(yōu)于CRH380BG型動(dòng)車組，可有效避免線路積雪在走行部堆積。建議在后續(xù)設(shè)計(jì)高寒動(dòng)車組時(shí)要充分優(yōu)化動(dòng)車組的空氣動(dòng)力學(xué)性能。

圖9 CRH5型動(dòng)車組

圖10 CRH380BG型動(dòng)車組

5.2 主要風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避

5.2.1制動(dòng)盤異常磨耗

2012—2014年，哈大線冰雪天氣運(yùn)行動(dòng)車組最多的故障是制動(dòng)盤異常磨耗，產(chǎn)生原因是盤、片間制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)熱金屬顆粒遇到冰雪產(chǎn)生淬火效果，硬質(zhì)顆粒不能從摩擦副中脫出，對(duì)閘盤產(chǎn)生切削作用，造成制動(dòng)盤異常磨耗(如圖11)。解決異常磨耗需要從兩方面進(jìn)行優(yōu)化：一是增大閘片上研磨子之間的間隙(如圖12)；二是增大制動(dòng)盤與閘片之間的間隙，兩種方式方便硬質(zhì)顆粒從摩擦副間脫離，降低制動(dòng)盤異常磨耗概率。

圖11 制動(dòng)盤異常磨耗

圖12 大小間隙閘片對(duì)比

5.2.2閘片擊打脫落

動(dòng)車組在雪天運(yùn)行時(shí)，積冰積雪脫落激起道砟擊打走行部及側(cè)窗玻璃是不可避免的，而走行部最容易脫落的配件就是閘片。閘片脫落有兩種形式，一是鎖鐵受擊打失效；二是閘片托受擊打破損。后續(xù)設(shè)計(jì)高寒動(dòng)車組時(shí)有必要對(duì)鎖鐵進(jìn)行防護(hù)、增加閘片托進(jìn)行強(qiáng)度。

5.2.3受電弓供風(fēng)管路破損

CRH5型動(dòng)車組受電弓供風(fēng)管為軟質(zhì)膠管，沿受電弓上、下臂裸露布置，在接觸網(wǎng)脫落冰凌的情況下非常容易擊打破裂漏風(fēng)，造成動(dòng)車組自動(dòng)降弓。建議對(duì)軟質(zhì)膠管進(jìn)行防護(hù)或更換材料。

5.2.4部件反霜及進(jìn)水控制

北方運(yùn)用動(dòng)車組，從-30 ℃的運(yùn)行環(huán)境到庫(kù)內(nèi)30 ℃ 的檢修環(huán)境，車端大線端子排、變流器、蓄電池箱等均會(huì)反霜產(chǎn)生冷凝水，造成接線排燒損、牽引變流器切除、低壓短路等故障；齒輪箱、主斷路器、接線盒等密封不良進(jìn)水，產(chǎn)生的次生災(zāi)害也很大。后續(xù)設(shè)計(jì)高寒動(dòng)車組在密封措施上要進(jìn)行優(yōu)化和控制。

6 動(dòng)車組融冰除雪積累經(jīng)驗(yàn)

(1)提升檢查庫(kù)內(nèi)溫度。在動(dòng)車組入庫(kù)前4 h開啟融冰除雪設(shè)備、熱風(fēng)機(jī)組和提高供熱管網(wǎng)溫度，讓庫(kù)內(nèi)溫度提升到最佳狀態(tài)。

(2)合理安排作業(yè)計(jì)劃。根據(jù)TEDS設(shè)備和駐站人員反饋信息，優(yōu)先安排積冰積雪嚴(yán)重的動(dòng)車組入融冰除雪庫(kù)進(jìn)行作業(yè)。

(3)優(yōu)化作業(yè)組織。一是采取先斷電、后供電的作業(yè)模式；二是充分利用高壓清洗機(jī)、地面上水管、消防水帶和尼龍鏟等融冰除雪設(shè)備，在動(dòng)車組入庫(kù)15～20 min后，按地溝、車體兩側(cè)三個(gè)作業(yè)面同步推進(jìn)的方式集中除雪；三是融冰除雪后進(jìn)行的技術(shù)檢查作業(yè)，要重點(diǎn)確認(rèn)閘片托、制動(dòng)盤、距離軌面較低的緊固螺栓狀態(tài)。

(4)防止調(diào)車冒進(jìn)。入庫(kù)動(dòng)車組停留必須超過(guò)1 h，進(jìn)行充分回溫，防止制動(dòng)盤、閘片緩霜結(jié)冰造成制動(dòng)力不足；走行部融冰除雪徹底后方可進(jìn)行一級(jí)修作業(yè)，所有動(dòng)車組嚴(yán)禁帶冰出庫(kù)；出庫(kù)前對(duì)制動(dòng)盤進(jìn)行擦拭，避免制動(dòng)盤表面形成水膜出庫(kù)結(jié)冰降低制動(dòng)力；出庫(kù)至停留線停車前，在5 km/h，10 km/h，15 km/h速度時(shí)分別施加1次空氣制動(dòng)，用以清除制動(dòng)盤和閘片之間的結(jié)冰。

(5)防止停留動(dòng)車組凍結(jié)。融冰除雪后動(dòng)車組庫(kù)外停留20 min內(nèi)，要對(duì)動(dòng)車組進(jìn)行拉動(dòng)試驗(yàn)，避免車輪與鋼軌、閘片與閘盤間發(fā)生凍結(jié)。

7 結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)車組雪天運(yùn)行的危害主要來(lái)源于線路積雪，動(dòng)車組無(wú)論如何優(yōu)化都不能改變冰雪覆蓋走行部的客觀條件。如果在動(dòng)車組上線前利用移動(dòng)的機(jī)械化設(shè)備清理線路積雪，動(dòng)車組雪天運(yùn)行與沒有積雪的運(yùn)行條件高度相似，可以規(guī)避很多風(fēng)險(xiǎn)。若能從實(shí)際出發(fā)，研制開發(fā)高速移動(dòng)的線路清雪設(shè)備，將會(huì)更加完善高寒高鐵運(yùn)用檢修體系。