CRH380CL秋冬季節制動故障預防

杜瀟驍

摘 要：本文主要介紹CRH380CL型動車組秋冬季節發生的制動故障，分析故障發生原因，提出解決方案，以防止故障的再次發生，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）冬季發生制動故障的頻率較高 ，制動氣路是行車安全的關鍵系統，可能影響行車安全或導致車組無法上線運營。

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，車組出庫聯檢時發現SC13車制動不緩解，經查故障原因為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（制動緩解環路斷開）、EC01車報故障代碼2311（制動緩解環路斷開），經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，發現IC06車空氣壓縮機冷凝水收集器已滿，后供電時發現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部壓力開關或電磁閥、傳感器的故障統計共有14條，多數故障具有以下特點：

（1）14次故障中，有10次發生在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壓縮空氣中的水蒸氣在環境溫度低于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液體蒸發達到動態平衡（單位時間內由液體變為氣體的分子數目和由氣體變為液體的分子數目相同）時，蒸氣所具有的壓力為飽和蒸氣壓。

在一定溫度下，某一物質的蒸氣壓力如果小于其飽和蒸氣壓，液體將蒸發為氣體，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。為保證管路內不會有水蒸氣液化，秋冬季節低溫下對管路內氣體中水蒸氣含量要求應比常溫時嚴格很多。

在正常狀態下，主空壓機向總風管打風的過程中，壓縮空氣會先經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，同樣配屬北京南動車所的CRH380-BL動車組（以下簡稱BL動車組）共發生類似故障5起，且配屬北京南動車所的BL動車組數量較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。

根據理想氣體狀態方程pV=nRT，摩爾氣體常數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，由于管路內氣體壓力大、流速快，氣流能夠將水或冰從部件上沖走。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部無法排出，導致部件無法正常動作，引發故障。

4 預防措施

根據對故障原因的分析，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，降低制動管路內壓縮空氣中水蒸氣的含量，保證水蒸氣的含量低于環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，避免飽和蒸汽壓的降低引發水蒸氣液化或凝華；

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