CRH380B型動車組純空氣制動導(dǎo)致煙火報警故障分析

楊胤

鄭州局集團公司鄭州動車段，中國·河南 鄭州 450000

制動原理；純空氣制動；煙火報警

1 引言

2018年5月31日，G2046次（廈門北—鄭州東，CRH380B-5887動車組01車主控）運行途中588701車報“CCU（TD）接觸網(wǎng)欠壓（故障代碼：63E2）”故障，原因為故障發(fā)生區(qū)段接觸網(wǎng)壓異常波動導(dǎo)致。動車組施加最大常用制動時，由于動車組主斷斷開，此時動車組無電制動，制動力全部由空氣制動提供。動車組制動閘片與制動盤間劇烈摩擦，會導(dǎo)致制動盤出現(xiàn)過熱情況，產(chǎn)生煙霧，由于動車組行駛過程中空調(diào)處于通風(fēng)工作狀態(tài)，煙霧隨空氣通過08 車新風(fēng)口風(fēng)道進入客室內(nèi)，客室內(nèi)煙感探頭檢測到煙霧濃度超標，導(dǎo)致08 車報火警。

2 動車組純空氣制動

CRH380B 型動車組采用微機控制直通式電空制動系統(tǒng)，每4 車廂為一個制動控制單元，這4 節(jié)車廂中2 節(jié)車廂是動車，2 節(jié)車廂是拖動。制動包括空電復(fù)合制動與純空氣制動兩種控制模式，由制動控制單元（BCU）根據(jù)實際情況來響應(yīng)。

2.1 制動原理

空電復(fù)合制動。這種模式的制動是通過再生制動和空氣制動的復(fù)合來實現(xiàn)，由于這種制動模式有電制動的施加，減少了摩擦制動的利用率，能實現(xiàn)能量回收。對空電復(fù)合方式而言，在高速段進行制動時，電制動力和空氣制動力同時施加。

純空氣制動。在動車組無法采用電制動時，動車組采用純空氣制動模式，此時只有純空氣制動力施加。

一般情況動車組制動采用空電復(fù)合制動，電制動優(yōu)先，當電制動無法滿足制動需求時空氣制動補充。但是當動車組電制動失效時，制動力完全由空氣制動施加。

2.2 CH380B 型動車組制動距離分析

2.2.1 制動距離理論計算公式

在動車組制動距離的計算過程中，減速度是高速列車制動距離的一個重要參數(shù)。根據(jù)動力學(xué)原理，有效制動距離Se和減速度a 的關(guān)系式可表示為：

式中：v0、vm 為所取速度間隔的初速和末速；a 為所取速度間隔的平均減速度。

2.2.2 CH380B 型動車組純空氣制動實驗

動車組在試運行時，進行純空氣制動試驗，列車從某一速度施加純空氣制動，直至列車停下，得到列車的制動距離，如表1所示。

表1 CH380B 型動車組試運行純空氣最大常用制動試驗記錄

由試驗數(shù)據(jù)可知，CH380B 型動車組試運行純空氣制動時，緊急制動與最大常用制動相比，緊急制動制動時間短，制動距離短，制動力大。緊急制動與最大常用制動制動距離都符合制動距離要求。

2.2.3 CH380B-5887 動車組制動距離分析

根據(jù)制動距離計算公式可計算出試驗時最大常用（300Km/h）制動減速度a，如表2所示。

表2 純空氣最大常用（300Km/h）制動減速度a

查看CRH380B-5887 數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：17 時07 分48 秒，動車組運行速度為275 Km/h，司機施加最大常用制動，17 時09分31 秒，動車組速度為0Km/h。從動車組施加最大常用制動到停穩(wěn)，共計運行時間103 秒，運行距離4328 米。

根據(jù)計算出試驗時最大常用（300Km/h）制動減速度a，可算出當速度為275 Km/h 時，施加最大常用制動的理論制動距離，如表3所示。

表3 速度275Km/h 時純空氣最大常用制動理論制動距離

CH380B-5887 動車組運行速度為275 Km/h，施加最大常用制動的實際制動距離4328m，與理論最大值4406m、理論最小值4097m、標準最大制動距離5882m 相比，CH380B-5887 動車組制動距離符合要求[1]。

2.3 CH380B 型動車組制動力分析

CH380B 動車組試運行施加純空氣最大常用制動，CH380B-5887 動車組運行時施加純空氣最大常用制動停車，制動力隨速度變化而變化，詳細信息如表4所示。

表4 動車組純空氣最大常用制動力與速度關(guān)系

動車組純空氣最大常用制動力隨速度減小而增大，動車組5887、試運行動車組的變化趨勢相同。但5887 動車組純空氣最大常用制動力比試運行動車組純空氣最大常用制動力大。原因為5887 動車組為載客運營動車組，試運行動車組為空載，5887 動車組質(zhì)量大，相同的制動減速度，質(zhì)量大的動車組所需要的制動力大。

2.4 CH380B 型動車組純空氣制動分析

從CH380B 型動車組試運行純空氣制動試驗數(shù)據(jù)可知，CH380B 型動車組試運行純空氣制動時，緊急制動與最大常用制動相比，緊急制動制動時間短，制動距離短，制動力大。

CH380B 型動車組施加純空氣最大常用制動，動車組質(zhì)量越大施加的制動力越大。

CH380B-5887 動車組運行速度為275 Km/h，施加純空氣最大常用制動，制動距離符合要求，制動力變化趨勢正常，制動系統(tǒng)正常[2]。

3 動車組純空氣制動時發(fā)生煙火報警

動車組制動閘片與制動盤間劇烈摩擦，會導(dǎo)致制動盤出現(xiàn)過熱情況，產(chǎn)生煙霧。由于動車組行駛過程中空調(diào)處于通風(fēng)工作狀態(tài)，煙霧隨空氣通過08 車新風(fēng)口風(fēng)道進入客室內(nèi)，客室內(nèi)煙感探頭檢測到煙霧濃度超標，導(dǎo)致08 車報火警。

3.1 純空氣制動產(chǎn)生大量熱量

對380Km/h 純空氣制動制動盤進行溫度場的仿真分析，從制動過程中盤面和筋部節(jié)點溫度隨時間變化曲線（圖1）來看，盤面的最高溫度出現(xiàn)在制動后96s 左右。此時，盤面溫度達到最大，約795℃；停車時刻，盤面最高溫度降為748℃，而筋部溫度繼續(xù)上升約為485℃。溫度較高的區(qū)域在制動盤上螺栓孔附近的摩擦區(qū)域，原因在于在制度盤表面平整的情況下，螺栓孔周圍為摩擦中心區(qū)域，溫度較高，而輪盤內(nèi)外圓周附近散熱面積較大，熱量從摩擦區(qū)域傳遞有時間差，圖2為制動盤摩擦面溫度分布，顏色越紅代表溫度越高。

圖2 制動盤摩擦面溫度分布

動車組高速運行時動能很大，制動盤與閘片在純空氣制動過程中產(chǎn)生的摩擦熱也急劇增加，導(dǎo)致制動盤出現(xiàn)過熱情況，從而產(chǎn)生煙霧。

3.2 動車組空氣外流場分布

動車組輪對在轉(zhuǎn)動條件下，氣流主要從輪頂分離并形成規(guī)則渦流向后發(fā)展和脫落，同時車輪帶動車輪后部氣流上揚，使后部流速較快?？諝鈳е苿颖P產(chǎn)生的煙霧向后快速流動，如圖3所示。

圖3 動車組輪對在轉(zhuǎn)條件下氣流分布

動車組空氣部分流場，除了車頭部位的正壓、司機室上方弧頂?shù)呢搲汉鸵恍└蓴_部件處的正壓之外，中間部位壓力分布均勻。氣流在流經(jīng)鼻錐后被導(dǎo)向車頂和車底的兩個方向，氣流在接近動車組鼻錐時逐漸減速，在鼻錐前端滯止為零，在動車組頭車鼻錐位置形成駐點和高壓區(qū)，在尾車行成低壓區(qū)。

圖4 動車組對稱面上空氣壓力云圖

圖4上圖為動車組對稱面上整體空氣壓力分布，中圖為頭車空氣壓力分布，下圖為尾車空氣壓力分布，顏色越紅代表壓力越大，越藍代表壓力越小。

氣流在靠近鼻錐前急劇減速，在鼻錐處滯止為零，然后向上下分流，向上的氣流在變截面曲率最大處速度達到最大值，接著減速后慢慢趨于均勻分布。轉(zhuǎn)向架周圍和尾車鼻錐處出現(xiàn)了繞流，流動比較混亂，造成壓差阻力的增大[3]。

圖5 動車組對稱面上空氣速度矢量圖

圖5上圖為動車組對稱面上空氣速度分布，中圖為頭車空氣速度分布，下圖為尾車空氣速度分布，顏色越紅代表空氣流速越快，越藍代表空氣流速越慢。

3.3 動車組純空氣制動時煙火報警分析

動車組純空氣制動時，制動盤與閘片在純空氣制動過程中產(chǎn)生的摩擦熱也急劇增加，導(dǎo)致制動盤出現(xiàn)過熱情況，從而產(chǎn)生煙霧。因運用中輪緣潤滑的使用，使制動盤上有殘留部分潤滑油，潤滑油加劇了煙霧的產(chǎn)生，如果動車組運行中制動盤散熱筋處夾雜樹葉等雜物，制動盤高溫使雜物燃燒或焦化，也會加劇煙霧的產(chǎn)生。

因為在動車組尾部產(chǎn)生低壓區(qū)，空氣流速變慢，尾部擾流的影響，使制動產(chǎn)生的煙霧容易在尾車聚集。由于動車組行駛過程中空調(diào)處于通風(fēng)工作狀態(tài)，煙霧隨空氣通過尾車新風(fēng)口風(fēng)道進入客室內(nèi)，當客室內(nèi)煙感探頭檢測到煙霧濃度達到100 時，觸發(fā)客室煙火報警。CRH380B-5887 動車組08 車客室內(nèi)煙感探測器檢測煙霧值達到137，從而觸發(fā)客室煙火報警。

4 預(yù)防措施

①一二檢修時，及時清理制動盤散熱筋處夾雜樹葉等雜物以及制動盤上的油污。

②當動車組電制動失效時，隨車機械師提醒司機盡量避免大級位制動，減小制動力，進而減小制動過程中產(chǎn)生的摩擦熱。

③隨車機械師在發(fā)現(xiàn)煙感探頭報警信息后，要立即趕赴現(xiàn)場進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時，加強信息反饋，做到迅速反應(yīng)。