高速動車組廢排單元風機故障解析

【摘 要】對某高速動車組廢排單元風機故障進行了分析研究，并提出了改進措施，為動車組廢排單元風機的維修和設(shè)計提供了經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】高速動車組；廢排單元風機；故障

0.引言

高速動車組在鐵路客車裝備中占據(jù)著越來越重要的位置，高度集成了各方面的尖端技術(shù)，涉及九大關(guān)鍵技術(shù)以及十大配套技術(shù)[1]，空調(diào)系統(tǒng)作為高速動車組十大配套技術(shù)之一，具有保證旅客舒適安全、保障車輛正常運行的作用[2]。廢排單元是高速動車組空調(diào)系統(tǒng)中的一個重要部件，承載著車內(nèi)通風換氣以及車內(nèi)壓力波保護的功能，廢排單元若發(fā)生故障，衛(wèi)生間、廚房、電器柜等車內(nèi)的廢氣會造成車內(nèi)空氣污染或者導致車外的壓力波動傳到車內(nèi)，大大降低了車內(nèi)舒適度，甚至會引起部分旅客不適。

某高速動車組自運營以來，廢排單元內(nèi)的風機連續(xù)出現(xiàn)異響、燒損等故障，影響了動車組的正常運營，本文對其故障原因進行了分析，并提出了改進措施，對后續(xù)的保養(yǎng)、維修提供了經(jīng)驗。

1.故障現(xiàn)象

根據(jù)故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，2013年起，某高速動組共發(fā)生廢排風機故障6起，2014年7月份以來約發(fā)生14起，故障公里數(shù)在3級修及四級修之間，故障現(xiàn)象集中表現(xiàn)為風機異響，廢排氣流故障。

2.原因分析

2.1風機與軸承拆解

為找出廢排風機故障原因，對一列進廠四級修的動車組廢排風機及及其軸承進行現(xiàn)場拆解，該列車運營里程193萬公里。如圖1所示，對 16臺廢排風機進行拆解，并對其中12個上軸承和4個下軸承進行拆解，另外4個上軸承和1個下軸承由風機廠家送往軸承廠家進行進一步的檢測和分析，故未對其進行現(xiàn)場拆解。

從風機拆解情況來看，拆解下來的風機外觀情況不一，圖1為序列號為1012/15和1010的風機外觀狀況，前者風機殼體內(nèi)外腐蝕嚴重，初步判斷為水或其他化學物質(zhì)導致腐蝕，序列號為1010的風機腐蝕較輕。

廢排風機所選軸承為SKF品牌，具體牌號為：6204-2Z/C3WT，即深溝球軸承，使用的是含有稠度為NLGI級2-3級的聚脲類增稠劑的油脂，溫度范圍為攝氏-40℃至+160℃（普通填充量）。如圖2所示，在拆解的16個軸承中，幾乎全部軸承的潤滑脂均發(fā)生變質(zhì)，即發(fā)紅、發(fā)黑，通過手動轉(zhuǎn)動軸承發(fā)現(xiàn)部分軸承存在塞滯現(xiàn)象，個別軸承出現(xiàn)輕微點蝕（一般所安裝電機腐蝕較嚴重）。

如下圖3所示，將拆解后的風機及軸承與全新軸承做對比，發(fā)現(xiàn)所有被拆解開的軸承潤滑脂均出現(xiàn)發(fā)黃、發(fā)紅甚至發(fā)黑現(xiàn)象，因該種類型軸承為非完全密封軸承，而廢排單元又位于車下設(shè)備艙內(nèi)，工作環(huán)境比較惡劣，同時由于密封不良，在風機工作時可能使工作環(huán)境的雜質(zhì)、灰塵等侵入軸承，造成軸承潤滑脂逐漸變質(zhì)、并且使軸承滾動體和滾道產(chǎn)生磨粒磨損，導致軸承發(fā)生早期失效，故初步判斷是污染至潤滑脂變質(zhì)從而導致的軸承早期失效。

為進一步驗證初步分析的風機故障原因，對風機軸承中的油脂成分進行了紅外光譜和元素分析，同時對軸承的壽命及其升溫情況進行了理論校核。

2.2潤滑脂成分分析

2.2.1測試樣品

6204-2Z/C3WT中的油脂、冷卻膏DALOC 3561。

2.2.2測試方法

紅外光譜和元素分析分別基于標準ASTM E1252和ASTM7303。

2.2.3測試儀器

傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀，布魯克（GMCS-CL-503）、電感耦合等離子體光譜儀，熱電公司（GMCS-CL-504）。

2.2.4結(jié)果與分析

廢排風機軸承中紅外光譜和元素分析結(jié)果分別見圖4和表1所示。

紫色-新鮮油脂GWB，藍色-軸承6204-2Z/C3WT中的油脂，紅色-冷卻膏DALOC 3561

從圖4可以看出，油脂GWB主要是由聚脲稠化劑（吸收峰3326、1633、1596、1566cm-1）和酯油（吸收峰1727、1235、1111、1020cm-1）組成。和新鮮油脂相比，6204-2Z/C3WT中的油脂在1020-1111cm-1出現(xiàn)寬的吸收峰，此吸收峰的出現(xiàn)可能是油脂受到冷卻膏DALOC3561的污染。

表1的元素分析結(jié)果顯示軸承6204-2Z/C3WT油脂中鐵、硅含量均有所增加。

2.3軸承壽命評估

輸入條件。

軸承工作條件見表2。

根據(jù)以上輸入條件，軸向載荷取450N，徑向載荷取70N，防塵蓋污染系數(shù)取0.4，建立軸承壽命計算模型，結(jié)果如下：

軸承理論計算疲勞L10壽命（h）大于100000h，潤滑脂L10壽命約為39400h。

由計算結(jié)果可以看出，軸承疲勞壽命大于100000h，潤滑脂壽命約為39400h，而所有故障的動車組基本均未到四級修修程（240萬公里），運行時間約為20000小時，遠少于軸承及潤滑脂的使用壽命。

3.結(jié)論及建議

從以上分析結(jié)果得知，廢排單元風機軸承在遠未到使用壽命時潤滑脂出現(xiàn)不同程度的變質(zhì)和污染，這是導致軸承失效及風機異響的主要原因，由此可以看出，軸承的密封結(jié)構(gòu)存在一定程度的的缺陷，或者此種軸承型號不適合在高速動車組的車下廢排單元風機中應用。

根據(jù)分析結(jié)果，考慮車下廢排單元惡劣的運行環(huán)境，建議廢排風機采用密封結(jié)構(gòu)良好的軸承，以防止?jié)櫥谶h未達到壽命時受到污染及變質(zhì)。對于在線運營的風機，建議進行篩查，根據(jù)風機是否有異響判斷潤滑脂是否受到污染，如若有異響，可適時進行更換，對于正常運營的風機，在三級修或四級修時，可統(tǒng)一將風機軸承進行更換。

【參考文獻】

[1]李秋梅.四種型式動車組輔助供電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的對比分析[J].機械與電氣，2011（11）：38-39.

[2]頓小紅.我國4種型式鐵路高速動車組空調(diào)系統(tǒng)的比較研究[J].裝備制造技術(shù)，2010（9）：31-33.