動車組雪天運行安全控制措施

李習(xí)橋， 劉 濤， 劉興民， 楊一雄

(中國鐵路沈陽局集團有限公司 車輛處， 沈陽 110001)

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

1 動車組雪天運行積冰積雪規(guī)律分析

1.1 不同車型積雪程度不同

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

圖1 CRH5型動車組

圖2 CRH380BG型動車組

1.2 同一車型中間車和動力車積雪嚴(yán)重

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

圖3 牽引電機周圍積雪嚴(yán)重

1.3 動檢車積冰積雪嚴(yán)重

動檢車雪后首趟開行，線路積雪沒有被清理，動車組高速運行時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 運行在溫差跨度大區(qū)間的動車組積冰嚴(yán)重

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

1.5 環(huán)境溫度下降時積冰加快

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，動車組過道岔或下閘調(diào)速時容易發(fā)生轉(zhuǎn)向架積雪成塊脫落；進入隧道或會車時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)桿等反彈后擊打動車組側(cè)窗玻璃，如圖4。

圖4 雪天動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、霧時接觸網(wǎng)容易覆冰。溫度低時接觸網(wǎng)形成柱狀結(jié)冰，溫度稍高時形成垂掛冰凌，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 運行動車組雪天控制措施

確保動車組雪天運行安全的主要手段是監(jiān)控動車組積冰積雪狀態(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)動車組運行故障動態(tài)圖像檢測系統(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)備對通過的動車組走行部車下及兩側(cè)進行拍照、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。司機和機械師在運行動車組的司機室監(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。不是所有運行動車組都經(jīng)過TEDS探測站，在降雪區(qū)段還要通過在車站派駐經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員，對通過動車組利用站停時間進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)生以下情況時需要進行動車組降速。

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

(2)若發(fā)生晃車，動車組降速至160 km/h運行，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，動車組降速到?jīng)]有擊打為止，然后再按20 km/h逐級提速；若發(fā)生隧道口打玻璃，后續(xù)動車組限速80 km/h通過。

(4)若發(fā)生車體振動，動車組降速到?jīng)]有振動或振動明顯減少為止，維持運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，動車組限速160 km/h及以下運行，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，運行動車組發(fā)生以下情況時需要立即組織更換車體，否則不能保證動車組安全運行。

(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、無間隙或間隙過小。

(5)制動夾鉗單元被冰雪覆蓋或凍結(jié)。

(6)車體持續(xù)振動。

(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，造成動車組自動降弓。

(3)受電弓擊打損壞，造成動車組無電救援。

(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

一般來說，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間有雨、雪、霧時覆冰迅速，必須采取刮冰措施。

刮冰可使用動車組或電力機車，刮冰時采用銅碳復(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160 km/h。天窗時間內(nèi)刮冰作業(yè)要不間斷進行，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，動車組運行時積雪仍然會被卷起，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行控制。

5 動車組自身完善建議

5.1 空氣動力學(xué)優(yōu)化

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

圖9 CRH5型動車組

圖10 CRH380BG型動車組

5.2 主要風(fēng)險規(guī)避

5.2.1制動盤異常磨耗

2012—2014年，哈大線冰雪天氣運行動車組最多的故障是制動盤異常磨耗，產(chǎn)生原因是盤、片間制動過程中產(chǎn)生的過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，對閘盤產(chǎn)生切削作用，造成制動盤異常磨耗(如圖11)。解決異常磨耗需要從兩方面進行優(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，降低制動盤異常磨耗概率。

圖11 制動盤異常磨耗

圖12 大小間隙閘片對比

5.2.2閘片擊打脫落

動車組在雪天運行時，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)計高寒動車組時有必要對鎖鐵進行防護、增加閘片托進行強度。

5.2.3受電弓供風(fēng)管路破損

CRH5型動車組受電弓供風(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)，造成動車組自動降弓。建議對軟質(zhì)膠管進行防護或更換材料。

5.2.4部件反霜及進水控制

北方運用動車組，從-30 ℃的運行環(huán)境到庫內(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水，產(chǎn)生的次生災(zāi)害也很大。后續(xù)設(shè)計高寒動車組在密封措施上要進行優(yōu)化和控制。

6 動車組融冰除雪積累經(jīng)驗

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

(2)合理安排作業(yè)計劃。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)重的動車組入融冰除雪庫進行作業(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、地面上水管、消防水帶和尼龍鏟等融冰除雪設(shè)備，在動車組入庫15～20 min后，按地溝、車體兩側(cè)三個作業(yè)面同步推進的方式集中除雪；三是融冰除雪后進行的技術(shù)檢查作業(yè)，要重點確認(rèn)閘片托、制動盤、距離軌面較低的緊固螺栓狀態(tài)。

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

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

7 結(jié)束語

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