CR400AF（-A）型動(dòng)車(chē)組冷熱混合閥故障分析與研究

王化新，李知賢，韓志遠(yuǎn)，劉鵬飛

（青島動(dòng)車(chē)段，山東 青島266000）

0 引言

CR400AF（-A）動(dòng)車(chē)組是我國(guó)自主研發(fā)、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)車(chē)組。在整車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到乘客及司乘人員的用水需求，其給水衛(wèi)生系統(tǒng)采用按壓式冷熱混合閥，具有開(kāi)關(guān)方便，節(jié)約用水，干凈衛(wèi)生，能減少手掌面二次污染的特點(diǎn)[1]。

當(dāng)前，隨著CR400AF（-A）動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)里程的增加，按壓式冷熱混合閥出現(xiàn)水龍頭滴水、按壓卡滯、回彈不良等故障的頻率高居不下。傳統(tǒng)換件維修的處理方式存在成本高、受物料供應(yīng)影響大的問(wèn)題，物料浪費(fèi)的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。本文通過(guò)對(duì)冷熱混合閥常見(jiàn)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合其結(jié)構(gòu)及工作原理，研究導(dǎo)致其出現(xiàn)水龍頭滴水、長(zhǎng)流水、按壓不回彈等故障現(xiàn)象的根本原因，并提出修復(fù)方法和改進(jìn)措施，有效降低其故障率并極大降低維修成本。

圖1 冷熱混合閥故障類(lèi)別統(tǒng)計(jì)圖

1 故障統(tǒng)計(jì)

本文對(duì)2019年度濟(jì)南東動(dòng)車(chē)所配屬的CR400AF(-A)型動(dòng)車(chē)組冷熱混合閥相關(guān)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖2 每月冷熱混合閥故障數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，2019年度濟(jì)南東動(dòng)車(chē)所配屬的15組標(biāo)準(zhǔn)編CR400AF（-A）型動(dòng)車(chē)組冷熱混合閥相關(guān)故障共計(jì)225件。如圖1所示，水龍頭滴水故障87件占總數(shù)的39%，是所有故障類(lèi)別中故障率最高的；出水時(shí)間短/長(zhǎng)、出水小/大等故障可以通過(guò)調(diào)節(jié)冷熱混合閥進(jìn)行處理，其余故障均需要通過(guò)換件維修的方式進(jìn)行處理，換件成本高，浪費(fèi)嚴(yán)重。

濟(jì)南東動(dòng)車(chē)所于2018年底新配屬CR400AF（-A）型動(dòng)車(chē)組，故1～4月份故障率低，隨著運(yùn)營(yíng)里程增加，冷熱混合發(fā)故障開(kāi)始增多，尤其在暑運(yùn)之后，故障數(shù)達(dá)到頂峰，每月冷熱混合閥故障數(shù)近60件，此后逐步維持在每月25件以上，如圖2所示。當(dāng)前冷熱混合閥故障已成為動(dòng)車(chē)組給水系統(tǒng)中的傾向性故障，需在車(chē)內(nèi)整修時(shí)對(duì)冷熱混合閥進(jìn)行重點(diǎn)檢查與維護(hù)。

2 基本結(jié)構(gòu)及原理分析

2.1 基本結(jié)構(gòu)

按壓式水龍頭由TM單手輪、延時(shí)閥芯組、延時(shí)閥體、冷、熱水編織管等組成。如圖3所示，其中TM單手輪通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺釘安裝在延時(shí)閥芯組，延時(shí)閥芯組裝配有密封膠圈與延時(shí)閥體形成密封配合，保證出水口不滴水，冷、熱水編織管與延時(shí)閥體采用螺紋連接，保證密封性。

圖3 冷熱混合閥結(jié)構(gòu)組成圖

2.2 工作原理

車(chē)下凈水箱壓力供水系統(tǒng)，通過(guò)水箱自帶的泵水系統(tǒng)為冷熱混合閥及車(chē)上其他用水設(shè)備供水[2]。一方面，凈水箱的水經(jīng)過(guò)加壓后通過(guò)管路直接與冷熱混合閥的冷水編織管連接；另一方面，凈水箱的水先經(jīng)過(guò)溫控器加熱后與熱水編織管連接，為混合閥提供穩(wěn)定的熱水。如圖4所示，當(dāng)按壓TM單手輪時(shí)，閥芯內(nèi)頂桿被推到低位，水流通過(guò)內(nèi)頂桿的進(jìn)水口進(jìn)入閥芯，后經(jīng)過(guò)閥芯出水口進(jìn)入閥體，最后，由閥體出水口流出供乘客及司乘人員使用。按壓結(jié)束后，內(nèi)頂桿在彈簧的作用力下慢慢恢復(fù)原位，內(nèi)頂桿進(jìn)水口關(guān)閉，閥體出水口停止出水。延時(shí)閥芯組安裝有密封膠圈，保證當(dāng)按壓結(jié)束后，截?cái)嚅y芯與閥體之間的水流以防止滴水、長(zhǎng)流水等。

圖4 閥芯作用原理示意圖

3 故障分析

3.1 水龍頭長(zhǎng)流水

在正常水壓條件下，按壓TM單手輪后，水龍頭出水口出現(xiàn)長(zhǎng)流水現(xiàn)象，如果泄漏量超過(guò)（1±0.2）L/min時(shí)，泄漏檢測(cè)開(kāi)關(guān)接通，3 min后PLC控制水泵停止，列車(chē)HMI監(jiān)控屏故障報(bào)警。等待3 min后，PLC控制水泵再次啟動(dòng)，列車(chē)HMI監(jiān)控器報(bào)警消除。若PLC再次檢測(cè)到持續(xù)3 min的流量信號(hào)時(shí)，第9 min后PLC控制水泵停止且不再啟動(dòng)，車(chē)廂內(nèi)所有用水設(shè)施無(wú)法使用。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，判斷上述故障原因?yàn)椋貉訒r(shí)閥芯組復(fù)位彈簧失效，導(dǎo)致水龍頭一直處于按壓狀態(tài)，內(nèi)頂桿進(jìn)水口無(wú)法關(guān)閉。

閥芯受力分析如圖5所示，當(dāng)按壓TM單手輪時(shí)，F(xiàn)按壓+F上水壓力+G重力＞F下水壓力+F彈力+F摩擦，此時(shí)閥芯內(nèi)頂桿進(jìn)水口打開(kāi)，水龍頭正常出水。當(dāng)閥芯彈簧正常時(shí)，F(xiàn)上水壓力+G重力+F摩擦≤F下水壓力+F彈力；當(dāng)閥芯彈簧失效時(shí)，F(xiàn)上水壓力+G重力+F摩擦≥F下水壓力+F彈力，此時(shí)閥芯內(nèi)頂桿進(jìn)水口無(wú)法關(guān)閉，形成長(zhǎng)流水。

3.2 水龍頭滴水

按壓TM單手輪后，TM單手輪在閥芯復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，但水龍頭仍然有水滴出。分解冷熱混合閥后，發(fā)現(xiàn)其故障原因主要有兩點(diǎn)：

1）密封墊圈變形、密封膠圈磨耗破損，導(dǎo)致密封質(zhì)量下降，水流直接由閥芯與閥體之間的密封處進(jìn)入閥體，形成滴水，如圖6所示。密封墊圈用于密封閥芯內(nèi)頂桿進(jìn)水口，一方面，密封墊圈長(zhǎng)時(shí)間在閥芯彈簧恢復(fù)力作用下容易被壓變形；另一方面，水垢較多或水質(zhì)中含有微小粒子時(shí)，容易導(dǎo)致墊圈變形密封不嚴(yán)，出現(xiàn)滴水，建議直接更換密封墊圈。密封膠圈從表面觀察并沒(méi)有明顯的磨耗和破損，為研究其磨耗變化，現(xiàn)取兩個(gè)全新的冷熱混合閥a、b安裝在同一車(chē)底，然后每隔1周測(cè)量其相對(duì)應(yīng)的密封膠圈a、b的質(zhì)量變化并記錄其出現(xiàn)滴水的時(shí)間，膠圈質(zhì)量隨時(shí)間變化曲線如圖7所示。由圖可知，密封膠圈質(zhì)量隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸減少，在第9周左右冷熱混合閥出現(xiàn)不同程度滴水現(xiàn)象，其中冷熱混合閥b的滴水頻率明顯高于冷熱混合閥a，與膠圈b的磨耗大于膠圈a相吻合。更換密封膠圈后，密封狀態(tài)良好，無(wú)滴水現(xiàn)象。

圖5 延時(shí)閥芯組受力分析圖

圖6 閥芯密封膠圈

圖7 密封膠圈質(zhì)量隨時(shí)間變化曲線圖

2）閥芯內(nèi)頂桿表面水垢多，與閥芯內(nèi)表面產(chǎn)生的摩擦力較大，按壓時(shí)卡滯，在彈簧力作用下，閥芯內(nèi)頂桿進(jìn)水口無(wú)法完全關(guān)閉，導(dǎo)致少量水經(jīng)過(guò)進(jìn)水口進(jìn)入閥體，形成滴水。自來(lái)水中鈣鎂離子的存在導(dǎo)致在日常使用過(guò)程中產(chǎn)生水垢，主要成分為CaCO3、MgCO3等[3]，無(wú)機(jī)酸除水垢能力強(qiáng)，但其腐蝕性強(qiáng)，刺激性大。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，建議選用檸檬酸鈉、冰乙酸配合EDTA的除垢方式，其中檸檬酸鈉屬于弱酸強(qiáng)堿鹽，在酸性條件下具有良好的除垢能力，腐蝕性小，配合EDTA絡(luò)合劑（常用H2Y表示分子式），防止少量沉淀的二次沉淀[4]。以Ca2+為例，其主要反應(yīng)方程式如下：

將檸檬酸鈉、冰乙酸、EDTA按照5：2：0.05 的 比例配置除垢液，對(duì)閥芯內(nèi)頂桿進(jìn)行除垢，10 min后除垢效果如圖8 所示，除垢后的閥芯內(nèi)頂桿作用狀態(tài)良好，無(wú)卡滯、滴水現(xiàn)象，冷熱混合閥作用狀態(tài)良好。

圖8 閥芯內(nèi)頂桿除垢前后效果圖

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)CR400AF(-A)冷熱混合閥相關(guān)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確認(rèn)當(dāng)前冷熱混合閥滴水、長(zhǎng)流水、按壓卡滯等已成為當(dāng)前動(dòng)車(chē)組客室設(shè)施系統(tǒng)的傾向性故障；在對(duì)其結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行分析后，確認(rèn)閥芯彈簧、密封膠圈、密封墊圈及水垢等是造成以上故障的主要原因，通過(guò)對(duì)以上零部件進(jìn)行更換及相應(yīng)除垢處理可對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，改變以往換件維修的傳統(tǒng)方式，極大降低維修成本，同時(shí)也為其他動(dòng)車(chē)組給水系統(tǒng)維修提供可借鑒資料，在研究過(guò)程中不斷試驗(yàn)和總結(jié)，以期降低動(dòng)車(chē)組檢修成本，修舊利廢，節(jié)支降耗，進(jìn)一步提高客室整修質(zhì)量及旅客乘坐體驗(yàn)。