樊立新，石鄒亮，韓春剛，尹鵬飛，張 杰，潘新民

(1.中國(guó)鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司，新疆 烏魯木齊 830011； 2.中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北 唐山 063035； 3.新疆維吾爾自治區(qū)氣象服務(wù)中心，新疆 烏魯木齊 830002)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展和人民生活水平日益提高，為滿足廣大乘客在舒適性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面的需求，時(shí)速160 km“復(fù)興號(hào)”CR200J型動(dòng)力集中動(dòng)車組(下文簡(jiǎn)稱動(dòng)力集中動(dòng)車組)應(yīng)運(yùn)而生[1]。動(dòng)力集中動(dòng)車組的投入使用，對(duì)普速客車實(shí)施了轉(zhuǎn)換升級(jí)，逐步推行普速列車動(dòng)車化，以夕發(fā)朝至和“三進(jìn)”直通列車為主[2]。中國(guó)鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司配屬了20組動(dòng)力集中動(dòng)車組陸續(xù)替換城際列車，逐步替代普速列車開(kāi)通烏魯木齊站至庫(kù)爾勒、奎屯、博爾塔拉、伊寧、霍爾果斯、克拉瑪依站。動(dòng)力集中動(dòng)車組途經(jīng)高寒、暴雪、溫差大的運(yùn)行區(qū)段，出現(xiàn)了多起動(dòng)力集中動(dòng)車組塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器故障。文獻(xiàn)[3]對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車組塞拉門控制系統(tǒng)原理及失效模式進(jìn)行了分析，對(duì)典型的控制電源斷開(kāi)、車門控制按鈕不亮故障進(jìn)行了分析，給出了處置建議。文獻(xiàn)[4]提出了CRH380BL型動(dòng)車組塞拉門運(yùn)行途中塞拉門故障應(yīng)急處理方法。文獻(xiàn)[5]對(duì)CRH380型動(dòng)車組塞拉門運(yùn)用過(guò)程中發(fā)生的常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析，給出了故障處理方法。文獻(xiàn)[6]對(duì)CRH380BG型動(dòng)車組塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器故障進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[7]從整體結(jié)構(gòu)、材料、零部件選型和冷凝水防護(hù)等方面對(duì)塞拉門低溫適應(yīng)性進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。文獻(xiàn)[8]對(duì)塞拉門橡膠密封條進(jìn)行了仿真與試驗(yàn)，確定了不同硬度密封條的材料參數(shù)。文獻(xiàn)[9]構(gòu)建了CRH380B系列動(dòng)車組塞拉門無(wú)法開(kāi)啟故障的故障樹(shù)，并進(jìn)行了定性及定量分析。文獻(xiàn)[10]對(duì)CRH380B型動(dòng)車組塞拉門結(jié)構(gòu)及主要部件工作原理進(jìn)行了分析，研究了塞拉門在運(yùn)用中常見(jiàn)的故障及處理方法。文獻(xiàn)[11]針對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車組站臺(tái)補(bǔ)償器故障，從補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)、工作方式、控制原理進(jìn)行了分析，得出了站臺(tái)補(bǔ)償器故障主要原因?yàn)辇X輪卡滯、電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器故障、翻版扣手與伸縮踏板干涉卡滯，并提出了優(yōu)化方案。由于新疆特殊運(yùn)行環(huán)境的影響，動(dòng)力集中動(dòng)車組塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器故障有所差異，自2020年12月至2021年3月累計(jì)發(fā)生站臺(tái)補(bǔ)償器未伸出故障102次，從故障發(fā)生的季節(jié)看均發(fā)生在冬季。為了降低站臺(tái)補(bǔ)償器故障率，本文對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車組站臺(tái)補(bǔ)償器的工作原理、運(yùn)行環(huán)境、塞拉門結(jié)構(gòu)及站臺(tái)補(bǔ)償器故障原因進(jìn)行了分析，并制定了切實(shí)可行的改進(jìn)方案。

1 塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器工作原理

動(dòng)力集中動(dòng)車組塞拉門采用電控氣動(dòng)塞拉門，塞拉門鎖閉機(jī)構(gòu)由主鎖、輔助鎖、獨(dú)立保險(xiǎn)鎖(隔離鎖)組成。門扇采用質(zhì)量輕、強(qiáng)度高及密封性能良好的鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)，密封結(jié)構(gòu)采用整體密封框加密封膠條的形式，安全可靠，密封性良好[12]。為了切實(shí)有效地保障乘客上下車安全及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的提升，動(dòng)力集中動(dòng)車組采用了站臺(tái)補(bǔ)償器，主要由腳踏板、間隙補(bǔ)償器、驅(qū)動(dòng)裝置、鏈接鉸鏈、水平鎖、氣彈簧組件組成[13]。當(dāng)動(dòng)車組在高站臺(tái)?？繒r(shí)，按下司機(jī)室操作臺(tái)的開(kāi)門按鈕，塞拉門會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。當(dāng)塞拉門打開(kāi)到位后，站臺(tái)補(bǔ)償器伸出，動(dòng)車組與站臺(tái)之間的間隙得到有效補(bǔ)償，方便乘客乘降的同時(shí)可保障乘客安全。站臺(tái)補(bǔ)償器作為動(dòng)車組內(nèi)裝設(shè)備的關(guān)鍵部件，當(dāng)其發(fā)生故障不能伸出時(shí)會(huì)影響乘客的乘降安全。因此，非常有必要對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車組塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器故障進(jìn)行分析并提出改進(jìn)方案。

2 運(yùn)行環(huán)境分析

2020年12月—2021年3月，站臺(tái)補(bǔ)償器未伸出故障主要集中在烏魯木齊至奎屯區(qū)段、奎屯至克拉瑪依區(qū)段、博爾塔拉站及伊寧站。經(jīng)入庫(kù)檢查，下滑道塞拉門開(kāi)到位處有結(jié)冰現(xiàn)象，如圖1所示。經(jīng)分析，是由于下滑道積冰積雪使得門開(kāi)到位信號(hào)未被觸發(fā)，導(dǎo)致塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器不能正常伸出。

圖1 塞拉門下滑道結(jié)冰

2.1 高寒氣候影響分析

選取1991—2020年新疆極端低溫進(jìn)行研究分析，南疆線冬季鐵路沿線累年極端低溫為-30～-20 ℃，奎北線冬季鐵路沿線累年極端低溫為-40～-30 ℃?？芍?，南疆地區(qū)氣溫高，北疆地區(qū)氣溫低。站臺(tái)補(bǔ)償器102次故障中有99次發(fā)生在北疆線路，可以得出，北疆地區(qū)氣溫低是影響塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器不能伸出的一個(gè)外部因素。

2.2 暴雪天氣影響分析

烏魯木齊、伊寧年均暴雪天數(shù)3～4天[14]。分析氣象數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，新疆累年平均降雪天數(shù)為37.1天，降雪主要集中在北疆地區(qū)、南疆西部山區(qū)、東疆北部山區(qū)，而南疆盆地、東疆地區(qū)很少出現(xiàn)降雪天氣。對(duì)于南疆鐵路而言，動(dòng)力集中動(dòng)車組運(yùn)行沿線全年基本無(wú)降雪天氣，可忽略不計(jì)。降雪主要集中在北疆地區(qū)，站臺(tái)補(bǔ)償器102次故障中有100次發(fā)生在降雪期間，可以得出，降雪是影響塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器無(wú)法伸出的一個(gè)外部因素。

3 塞拉門結(jié)構(gòu)分析

對(duì)發(fā)生故障的站臺(tái)補(bǔ)償器進(jìn)行拆解，各部件狀態(tài)良好。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，防護(hù)罩內(nèi)側(cè)末端及車體門框橡膠擋處結(jié)冰，門扇下支架被積冰阻擋導(dǎo)致車門開(kāi)不到位，使得門開(kāi)到位開(kāi)關(guān)未被觸發(fā)，不能控制站臺(tái)補(bǔ)償器踏板自動(dòng)伸出。

3.1 開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)位置分析

當(dāng)動(dòng)車組在高站臺(tái)?？繒r(shí)，按下司機(jī)室操作臺(tái)的開(kāi)門按鈕，塞拉門會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，無(wú)桿汽缸上開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)后，站臺(tái)補(bǔ)償器伸出，如圖2所示。因此，無(wú)桿汽缸上開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)位置對(duì)塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器是否伸出起關(guān)鍵作用。改造前塞拉門開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)時(shí)，門扇與站臺(tái)補(bǔ)償器踏板的間距為85 mm。如果塞拉門在打開(kāi)過(guò)程中受到異物、冰雪的阻礙，會(huì)使間距產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致無(wú)桿汽缸上開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)無(wú)法被觸發(fā)，進(jìn)而影響站臺(tái)補(bǔ)償器的伸出。

圖2 無(wú)桿汽缸上開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)位置

3.2 腳蹬區(qū)域結(jié)冰分析

車體腳蹬采用夾層隔熱結(jié)構(gòu)，腳蹬前端、側(cè)端及后門框均為4 mm單板結(jié)構(gòu)。單板結(jié)構(gòu)隔熱性能差，容易形成結(jié)冰。當(dāng)動(dòng)力集中動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)，迎風(fēng)面的腳蹬及防護(hù)罩端部結(jié)冰更加嚴(yán)重，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的車內(nèi)位置溫度達(dá)到冰點(diǎn)以下，內(nèi)部會(huì)形成凝露、結(jié)霜，加上外部卷入冰雪聚集在此處形成結(jié)冰，如圖3所示。因此隔熱性能差是造成腳蹬區(qū)域結(jié)冰的主要原因。

圖3 01車與02車同側(cè)相鄰車門下部結(jié)冰對(duì)比

3.3 伴熱區(qū)域有盲區(qū)

在寒冷氣候條件下，塞拉門打開(kāi)時(shí)，防護(hù)罩內(nèi)側(cè)冷凝水和車外卷入冰雪容易積聚凍結(jié)在防護(hù)罩端部，而防護(hù)罩端部槽鋼及腳蹬底板為單板結(jié)構(gòu)，其隔熱性能差且無(wú)伴熱，導(dǎo)致該區(qū)域容易產(chǎn)生結(jié)冰，如圖4所示。

圖4 防護(hù)罩端部結(jié)冰

4 改進(jìn)措施

4.1 調(diào)整開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)

將無(wú)桿汽缸上開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)向關(guān)門方向調(diào)整，門開(kāi)到位開(kāi)關(guān)提前觸發(fā)，可有效避開(kāi)易結(jié)冰區(qū)段對(duì)站臺(tái)補(bǔ)償器動(dòng)作的影響。將塞拉門開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)時(shí)門扇與站臺(tái)補(bǔ)償器踏板的間距由85 mm調(diào)整為20 mm，既滿足了門開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)的條件，又避免了站臺(tái)補(bǔ)償器與門扇的干涉，如圖5所示。

圖5 調(diào)整前后塞拉門開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)時(shí)狀態(tài)對(duì)比

4.2 貼隔熱泡棉

在腳蹬前端面和密封門框車內(nèi)側(cè)容易形成冷凝水的部位貼隔熱泡棉(圖6)，隔熱泡棉采用彈性絕熱材料，具有穩(wěn)定可靠的物理性能，可以避免此區(qū)域產(chǎn)生冷凝水或結(jié)冰。

圖6 貼隔熱泡棉位置

4.3 增加伴熱模塊

加大塞拉門防護(hù)罩伴熱模塊的伴熱面積及功率，增加防護(hù)罩端部伴熱模塊，消除伴熱盲區(qū)。在保證車輛與接口不變的前提下，在原有防護(hù)罩上安裝新增伴熱模塊，更換接線盒內(nèi)端子排。新增伴熱模塊如圖7所示。

圖7 防護(hù)罩新增伴熱模塊

對(duì)后續(xù)新造高寒地區(qū)的動(dòng)力集中動(dòng)車組塞拉門增加伴熱能力，加大伴熱功率。經(jīng)優(yōu)化后，720開(kāi)度伴熱線長(zhǎng)度為5.5 m，840開(kāi)度伴熱線長(zhǎng)度為6.2 m，720開(kāi)度總功率為363 W，840開(kāi)度總功率為409 W，功率分別提升為57.1%和77.1%，可有效降低結(jié)冰情況的發(fā)生。新造動(dòng)車組塞拉門伴熱模塊如圖8所示。

圖8 新造動(dòng)車組塞拉門伴熱模塊

5 結(jié)論

本文針對(duì)時(shí)速160 km動(dòng)力集中動(dòng)車組在新疆高寒、暴雪環(huán)境下塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器不能伸出故障，從發(fā)生區(qū)段、高寒暴雪天氣、塞拉門結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施。改進(jìn)后，站臺(tái)補(bǔ)償器故障由2020年的102次降低至2021年的10次，故障率降低了90.1%，故障得到了有效控制。經(jīng)研究分析，得出以下結(jié)論：

(1) 高寒、暴雪天氣是導(dǎo)致塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器不能伸出的外部原因。

(2) 開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)位置、單板結(jié)構(gòu)隔熱性能差、伴熱區(qū)域有盲區(qū)是導(dǎo)致塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器不能伸出的內(nèi)部原因。

(3) 調(diào)整開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)、腳蹬區(qū)域單板結(jié)構(gòu)貼隔熱泡棉、增加防護(hù)罩伴熱模塊等改進(jìn)措施可以確保塞拉門站臺(tái)補(bǔ)償器正常伸出。