高速動車組廢排單元風(fēng)機(jī)故障解析
2015-04-29 00:00:00蘇慈王鵬朱佳宇
【摘 要】對某高速動車組廢排單元風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行了分析研究，并提出了改進(jìn)措施，為動車組廢排單元風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)；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(fēng)換氣以及車內(nèi)壓力波保護(hù)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(dǎo)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?xí)鸩糠致每筒贿m。
某高速動車組自運營以來，廢排單元內(nèi)的風(fēng)機(jī)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(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)異響，廢排氣流故障。
2.原因分析
2.1風(fēng)機(jī)與軸承拆解
為找出廢排風(fēng)機(jī)故障原因，對一列進(jìn)廠四級修的動車組廢排風(fēng)機(jī)及及其軸承進(jìn)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(fēng)機(jī)進(jìn)行拆解，并對其中12個上軸承和4個下軸承進(jìn)行拆解，另外4個上軸承和1個下軸承由風(fēng)機(jī)廠家送往軸承廠家進(jìn)行進(jìn)一步的檢測和分析，故未對其進(jìn)行現(xiàn)場拆解。
從風(fēng)機(jī)拆解情況來看，拆解下來的風(fēng)機(jī)外觀情況不一，圖1為序列號為1012/15和1010的風(fēng)機(jī)外觀狀況，前者風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)外腐蝕嚴(yán)重，初步判斷為水或其他化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致腐蝕，序列號為1010的風(fēng)機(jī)腐蝕較輕。
廢排風(fēng)機(jī)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(jī)腐蝕較嚴(yán)重）。
如下圖3所示，將拆解后的風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(dǎo)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(dǎo)致的軸承早期失效。
為進(jìn)一步驗證初步分析的風(fēng)機(jī)故障原因，對風(fēng)機(jī)軸承中的油脂成分進(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(fēng)機(jī)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(lán)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(yuǎn)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(fēng)機(jī)軸承在遠(yuǎn)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(dǎo)致軸承失效及風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)中應(yīng)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(fēng)機(jī)采用密封結(jié)構(gòu)良好的軸承，以防止?jié)櫥谶h(yuǎn)未達(dá)到壽命時受到污染及變質(zhì)。對于在線運營的風(fēng)機(jī)，建議進(jìn)行篩查，根據(jù)風(fēng)機(jī)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(jìn)行更換，對于正常運營的風(fēng)機(jī)，在三級修或四級修時，可統(tǒng)一將風(fēng)機(jī)軸承進(jìn)行更換。
【參考文獻(xiàn)】
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[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.
