劉殿衛(wèi)，亢 磊，劉芳銘，劉海龍

（中車長春軌道客車股份有限公司，長春130062）

目前，我國的高鐵技術(shù)正在走向成熟，制動系統(tǒng)作為高鐵核心技術(shù)之一，其可靠性和安全性直接影響高速動車組的行車安全，高鐵運(yùn)營過程中制動系統(tǒng)各子部件得到了充分的檢驗(yàn)，問題也不斷的暴露出來。CRH380CL 型動車組在中繼閥返廠高級修后，在動車組上再次裝車調(diào)試以及出廠運(yùn)用過程中，頻繁出現(xiàn)因中繼閥控制精度超差導(dǎo)致的單車制動有效率在制動試驗(yàn)時無法獲得的故障，該故障嚴(yán)重影響車組的正常的運(yùn)用，本文從該閥的工作原理以及車輛的控制方式著手，來對故障原因進(jìn)行剖析，為后續(xù)車輛正常運(yùn)行提供實(shí)施保障。

1 CRH380CL 型動車組制動系統(tǒng)分析

1.1 直通制動系統(tǒng)工作原理

單車直通式空氣制動試驗(yàn)過程中，BCU 接到3 級制動指令后，根據(jù)相應(yīng)的級位信息和車重信息，控制制動DCL 回路生成對應(yīng)的Cv壓力，再經(jīng)過中繼閥轉(zhuǎn)換為C壓力輸出。其中直通制動的Cv壓力由壓力傳感器B60.02?3 讀取，C壓力由壓力傳感器B60.16 讀取。該過程中涉及3 個部件，最終的故障結(jié)果由3 類部件（DCL、傳感器、中繼閥）及EBCU 的精度決定，如圖1所示。

圖1 CRH380CL 動車組氣路控制圖

1.2 直通制動試驗(yàn)有效率判定依據(jù)

在直通制動試驗(yàn)過程中，制動系統(tǒng)通過高低階轉(zhuǎn)換試驗(yàn)驗(yàn)證中繼閥輸出的制動缸C壓力的精度，具體判斷步驟及判斷依據(jù)如下:

（1）司機(jī)通過制動手柄施加3 級制動；

（2）單車本地BCU 進(jìn)行低階壓力控制，并根據(jù)本車質(zhì)量和3 級制動指令減速度計(jì)算和控制Cv及C壓力值，要求動、拖車C壓力值范圍應(yīng)處在60～180 kPa 之間，BCU 對實(shí)際的Cv及C壓力進(jìn)行內(nèi)部記錄；

（3）單車本地BCU 進(jìn)行高階壓力控制，調(diào)整Cv壓力值使中繼閥輸出的C壓力值與低階記錄的C壓力值保持一致，要求動車預(yù)控壓力Cv低與Cv高的絕對差值應(yīng)大于25 kPa，拖車Cv低與Cv高的絕對差值應(yīng)大于15 kPa；

（4）單車本地BCU 對高、低階C壓力實(shí)際值進(jìn)行對比計(jì)算，要求動車C壓力絕對差值小于25 kPa，拖車C壓力絕對差值小于15 kPa。

（5）如上述要求的絕對差值超差且持續(xù)3 s，則認(rèn)為試驗(yàn)不合格，無法獲得制動有效率。

1.3 中繼閥的工作原理

中繼閥(e)上施加有控制壓力F?；钊?f)位于左端位。隔膜活塞(a)通過O2和O3兩側(cè)排風(fēng)，活塞組件上不得施加任何力。

制動器緩解時，活塞組件（a、b、h）處于緩解位，閥座V1開啟。C壓力（制動缸）通過O1被排風(fēng)。彈簧負(fù)載的閥盤(d)關(guān)閉閥座V2（參見圖2）。

為引發(fā)制動過程，輸入先導(dǎo)壓力Cv。Cv壓力同時作用于隔膜活塞（b 和h）的表面。隔膜活塞(h)的活塞面較大，因此隔膜活塞(h)上的力較大。整個活塞組件逆著閥盤(d)運(yùn)動，閥座V2打開。閥座V1關(guān)閉（參見圖3）。

壓縮空氣從儲風(fēng)缸（R 壓力）通過閥座V2流向制動缸和隔膜活塞(h)上的C 室。隨著C 室中壓力的升高產(chǎn)生一個將活塞組件（a、b、h）重新回移的力，以關(guān)閉閥座V2（參見圖4）。

閥座V1和V2（關(guān)閉位置）關(guān)閉時，活塞組件上作用的力達(dá)到平衡。根據(jù)施加的先導(dǎo)壓力Cv形成制動缸壓力C。

先導(dǎo)壓力Cv升高時，通過新的活塞運(yùn)動打開閥座V2。補(bǔ)充C 室中的壓縮空氣直到再次達(dá)到力平衡且閥盤(d)向關(guān)閉位置移動。C壓力的升高類似于Cv壓力。

先導(dǎo)壓力Cv下降時，隔膜活塞(h)上施加的C壓力的力占上風(fēng)?；钊M件打開閥座V1。C壓力通過O1下降，直到活塞組件（a、b、h）上重新達(dá)到力平衡為止，且閥座V1關(guān)閉。C壓力的下降類似于Cv壓力。

圖2 中繼閥處于緩解位

圖3 中繼閥處于制動位

Cv壓力下降直至零時，活塞組件（a、b、h）保持處于緩解位。閥座V1開啟，V2關(guān)閉。C壓力通過開啟的閥座V1和O1也下降至零；制動緩解。

經(jīng)過上述結(jié)構(gòu)分析后，可以認(rèn)為中繼閥主要由a、b、h 3 個隔膜活塞，V1、V2閥座，K 型、O 型密封圈，c 閥盤和e 轉(zhuǎn)換器組成。高低階壓力轉(zhuǎn)換主要是轉(zhuǎn)換器e 受到T口壓力作用使內(nèi)部活塞f 運(yùn)動使下隔膜a 腔內(nèi)充、排C壓力，最終通過壓力平衡，產(chǎn)生不同的C口壓力值。當(dāng)T 口有壓力時輸出低階C壓力，當(dāng)T 口沒有壓力時輸出高階C壓力。從結(jié)構(gòu)上分析影響高低階壓力絕對差值精度的主要是由下隔膜a 腔內(nèi)壓力控制的精度決定的，密封性能直接影響精度。

圖4 中繼閥處于關(guān)閉位

2 中繼閥的模擬檢測

CRH380CL 型動車組所使用的中繼閥與CRH3C、CRH380B 統(tǒng) 型 、CRH380BG、CRH380BG 統(tǒng) 型 、CRH380BL 以及CRH380BL 統(tǒng)型動車組使用的中繼閥型號相同（Cv=450 kPa，C=200 kPa），且在高級修檢修時的工藝方法相同，制動試驗(yàn)判定邏輯相同，而僅在CRH380CL 型動車組頻繁出現(xiàn)中繼閥制動試驗(yàn)過程中的超差故障，CRH380CL 型動車組在中繼閥拆解檢修前是沒有出現(xiàn)類似故障的，因此初步判斷是高級修拆解組裝后導(dǎo)致中繼閥精度下降無法達(dá)到中繼閥新造精度水平。

選取不同車型不同類別的共13 個中繼閥進(jìn)行現(xiàn)場例行測試和模擬測試，并現(xiàn)場拆裝后再測試，對拆裝過程進(jìn)行調(diào)查。

2.1 部件準(zhǔn)備

選取不同車型及不同類別的中繼閥進(jìn)行抽樣調(diào)查，相關(guān)信息如表1。

2.2 拆裝前、后檢測

調(diào)查檢測過程分為中繼閥拆裝前測試和拆裝后測試，拆裝前后分別對中繼閥先進(jìn)行3 次模擬測試，然后進(jìn)行例行測試，最后再進(jìn)行3 次模擬測試。

2.2.1 例行試驗(yàn)

（1）拆裝前例行試驗(yàn)，13 個中繼閥在試驗(yàn)臺進(jìn)行的例行試驗(yàn)均通過，高低階試驗(yàn)值均滿足要求。

（2）拆裝后例行試驗(yàn)，除1 個CRH380B 返廠待四級修中繼閥測試不通過（序列號B03363），其余均通過測試，未通過原因?yàn)椴鹧b過程中未更換必?fù)Q件導(dǎo)致高壓力值超差（實(shí)際值:337 kPa，理論值為320 kPa），再次拆裝更換下隔膜腔體的隔膜和3 個O 型圈后，再次進(jìn)行例行試驗(yàn)測試后通過，說明下腔體密封件狀態(tài)及安裝精度對中繼閥輸出結(jié)果影響較大。

表1 不同車型及不同類別中繼閥抽樣信息

2.2.2 模擬測試及拆裝

按照模擬測試步驟對13 個中繼閥在拆裝前后均進(jìn)行了模擬測試，且在例行試驗(yàn)前、后各進(jìn)行了至少3 次測試。

（1）拆裝前模擬測試

對各類別的中繼閥拆裝前進(jìn)行模擬試驗(yàn)，并與新造中繼閥的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，比對數(shù)據(jù)如圖5 所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)可知，新造中繼閥的高低階C 壓力差值精度為10～11 kPa，不同類別樣品在例行試驗(yàn)前后中繼閥輸出高低階C壓力差值精度會有一定的變化，最大變化在3 kPa，同時所有未報(bào)故障的中繼閥高低階C壓力精度誤差值均在10 kPa 以內(nèi)，報(bào)故障的中繼閥精度差值在12～14 kPa，說明通過模擬測試可以篩選出現(xiàn)車可能報(bào)故障的中繼閥。

（2）拆裝后模擬測試

拆裝后對13 個中繼閥再次進(jìn)行模擬測試，拆裝時選取了一個CRH380B 的待檢修的中繼閥和CRH380CL報(bào)故障的中繼閥在拆裝時沒有進(jìn)行料件的更換，在測試時待四級修的中繼閥出現(xiàn)了例行試驗(yàn)不通過，模擬測試超差10 kPa 的情況（13～18 kPa），在最后組裝時對所有中繼閥影響高低階C壓力絕對差值精度的中繼閥下腔的隔膜和用于下腔密封的3 個O 型圈進(jìn)行了更換，測試結(jié)果符合測試要求，具體測試數(shù)據(jù)如圖6 所示。

13 個中繼閥在拆裝后，有3 個中繼閥模擬測試數(shù)值有所上升，與拆裝前差值≤3 kPa；3 個中繼閥模擬測試數(shù)值下降不明顯，與拆裝前差值≤2 kPa，其余中繼閥模擬測試數(shù)值有所下降，與拆裝前差值≥3 kPa，所有中繼閥模擬測試數(shù)據(jù)均在10 kPa 以內(nèi)，在2～8 kPa 之間，拆裝后的例行試驗(yàn)前數(shù)據(jù)與例行試驗(yàn)后數(shù)據(jù)差值最大為2 kPa。

圖5 拆裝前模擬測試數(shù)據(jù)

圖6 拆裝后模擬測試數(shù)據(jù)

2.3 現(xiàn)車數(shù)據(jù)對比

2.3.1 CRH380CL 與 CRH3C 型動車組對比

選取CRH3C 型動車組中繼閥變更前后以及CRH380CL 型動車組檢修前后現(xiàn)車1、2 車測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，見表2。

從表2 可以看出，中繼閥高低階壓力比的設(shè)定值變化以及車重的變化會影響C壓力的變差值，CRH380CL的拖車車重較其他車型稍大，現(xiàn)車表現(xiàn)的差值也相對較大，但是仍在故障判定邏輯的范圍內(nèi)。因此目前看車重增大和中繼閥檢修后導(dǎo)致精度的一定下降會增加CRH380CL 型動車組報(bào)故障的幾率。

2.3.2 CRH380CL 與 CRH380BL 型 動 車 組 對 比

為驗(yàn)證車輛參數(shù)設(shè)定和車重對該問題的影響，我們對南京段7 列CRH380CL 車輛，以及2 列四級修后的CRH380BL 車輛（車號:CRH3551，CRH3556）高、低階的數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集。

表2 中繼閥變更前后測試數(shù)據(jù)

（1）高、低階Cv壓力值對比

通過采集的數(shù)據(jù)分析，可以觀察到:由于CRH380 CL 車型車重大于 CRH380BL 車型，故 CRH380CL 車型的Cv 壓力大于CRH380BL 車型。實(shí)測數(shù)值對比如圖7（數(shù)據(jù):多組數(shù)據(jù)平均值）。

（2）高、低階壓力轉(zhuǎn)換比對比

對兩車型高、低階時中繼閥的壓力轉(zhuǎn)換比進(jìn)行對比。其中，低階時CRH380CL 與CRH380BL 車型的壓力轉(zhuǎn)換比差異較小；在高階時CRH380CL 車型壓力轉(zhuǎn)換比高于CRH380BL 車型，實(shí)測值對比如圖8（數(shù)據(jù):多組數(shù)據(jù)平均值）。

圖7 CRH380CL-CRH380BL 高低階Cv壓力值

圖8 CRH380CL-CRH380BL 高低階轉(zhuǎn)換比

由高、低階壓力轉(zhuǎn)換比的對比可知，兩車型壓力轉(zhuǎn)換比的差異主要在高階工況。

2.3.3 CRH380CL 與 CRH380B 統(tǒng)型 、CRH380BL 大修和CRH380BL 統(tǒng)型對比

對各車型高、低階時中繼閥Cv壓力值和壓力轉(zhuǎn)換比進(jìn)行對比。低階時各車型的中繼閥壓力轉(zhuǎn)換比差異較小，高階時各車型中繼閥壓力轉(zhuǎn)換比從高到低依次為:CRH3C、CRH380BK、CRH380BL（CRH380BL 五級修、四級修、CRH380BL 統(tǒng)型未檢修車輛數(shù)據(jù)無明顯差異）。

（1）以01 車和02 車為例，實(shí)測數(shù)據(jù)如圖9 所示。

（2）通過對中繼閥II72885/B 在不同車型動、拖車（01 和02 車）的高階工況下Cv壓力與壓力轉(zhuǎn)換比的數(shù)值進(jìn)行對比（三級常用制動），大致分布如圖11 所示。

由圖可以看出，在高階工況下中繼閥II72885/B 的轉(zhuǎn)換比隨Cv壓力的增大而變大。

圖9 01 車現(xiàn)車數(shù)據(jù)采集結(jié)果對比

圖10 02 車現(xiàn)車數(shù)據(jù)采集結(jié)果對比

3 分析結(jié)論

通過上述調(diào)查及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，形成下列結(jié)論:

圖11 高階工況下Cv 壓力與壓力轉(zhuǎn)換比

根據(jù)中繼閥工作原理，檢修過程中重點(diǎn)對影響差值精度的下腔隔膜及O 型圈的更換和重新裝配，可在一定程度上改善中繼閥檢修后的精度。

根據(jù)現(xiàn)車數(shù)據(jù)的對比，當(dāng)檢修后車重發(fā)生變化時，車輛質(zhì)量增大對中繼閥的輸出壓力精度存在一定的影響，同時中繼閥檢修后在通過原例行試驗(yàn)的情況下，精度存在一定離散性，CRH380CL 車型高、低階轉(zhuǎn)換時C壓力的差值容易達(dá)到現(xiàn)有軟件判定的門檻值，由此觸發(fā)制動有效率降低的故障，使CRH380CL 型動車組較其他車型頻繁出現(xiàn)故障現(xiàn)象。

目前通過提高標(biāo)準(zhǔn)的檢測手段，可以有效降低因中繼閥精度超差導(dǎo)致的故障，因此需要繼續(xù)采用提高標(biāo)準(zhǔn)的手段進(jìn)行檢修后中繼閥的檢測。

通過不同類別中繼閥的對比發(fā)現(xiàn)，未報(bào)故障的中繼閥精度較為穩(wěn)定，誤差不會明顯出現(xiàn)波動。報(bào)故障的中繼閥通過提高標(biāo)準(zhǔn)手段測試后精度確實(shí)超出測試標(biāo)準(zhǔn)（＞10 kPa），因此提高測試標(biāo)準(zhǔn)的測試方法是有效可行的。

4 后續(xù)措施

4.1 檢修過程管控

對于檢修后進(jìn)行提高標(biāo)準(zhǔn)測試出現(xiàn)超差的中繼閥，重點(diǎn)對偶換件狀態(tài)進(jìn)行檢查，找到影響誤差的部件進(jìn)行更換，同時重點(diǎn)盯控中繼閥下腔涉及的必?fù)Q件、偶換件及裝配過程，盡量使中繼閥的誤差減小，滿足調(diào)高標(biāo)準(zhǔn)測試要求。

對各車型大修后的中繼閥（II72885/B）繼續(xù)延用提高檢測手段測試的方法進(jìn)行例行檢查，確保后續(xù)出廠車輛不再頻繁發(fā)生類似故障。

4.2 軟件判定邏輯優(yōu)化

目前CRH380CL 型動車組由于軟件的判定標(biāo)準(zhǔn)仍沿用原有的參數(shù)設(shè)定（動車:25 kPa，拖車:15 kPa），目前CRH380CL 型動車組因車重原因，拖車誤報(bào)中繼閥故障導(dǎo)致單車制動有效率丟失的情況幾率增大，為保證后續(xù)不出現(xiàn)類似故障，建議結(jié)合后續(xù)軟件升級將拖車的高、低階轉(zhuǎn)換C壓力絕對差值的門檻值改為25 kPa，與動車門檻值保持一致，該邏輯變更僅針對制動試驗(yàn)，對制動力生成控制邏輯無影響。

4.3 提高中繼閥檢修測試標(biāo)準(zhǔn)

（1）中繼閥檢修后，輸出C壓力絕對差值控制在10 kPa 以內(nèi)。

（2）現(xiàn)車對中繼閥進(jìn)行檢測篩查，不合格的更換為模擬測試合格的中繼閥。

5 結(jié)束語

通過從CRH380CL 型動車組制動試驗(yàn)的控制過程、檢測步驟及控制策略進(jìn)行闡述，以及在車輛實(shí)際運(yùn)用過程制動試驗(yàn)所起到的作用，說明通過動車組制動試驗(yàn)檢測功能的設(shè)置，能有效保障動車組制動系統(tǒng)的可靠性和安全性，確保在動車組上線運(yùn)營前的良好狀態(tài)。CRH380CL 型動車組從投入批量運(yùn)營已經(jīng)6 年時間，通過制動試驗(yàn)檢查出制動系統(tǒng)本身可靠、準(zhǔn)確，該車型制動試驗(yàn)的控制理念及控制策略將會對后續(xù)研發(fā)的新型動車組提供寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。