時(shí)速160 公里“復(fù)興號(hào)”動(dòng)力集中動(dòng)車組新疆運(yùn)營(yíng)適應(yīng)性研究

石鄒亮，韓春剛，張新，李陽(yáng)，王智勇

（烏魯木齊鐵路局 動(dòng)車運(yùn)用所，新疆 烏魯木齊 830011）

為滿足廣大乘客在舒適性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面的需求，時(shí)速160 公里“復(fù)興號(hào)”動(dòng)力集中動(dòng)車組（下文簡(jiǎn)稱動(dòng)力集中動(dòng)車組）應(yīng)運(yùn)而生[1]. 動(dòng)力集中動(dòng)車組的投入使用是對(duì)普速客車實(shí)施轉(zhuǎn)換升級(jí)，逐步推行普速列車動(dòng)車化，以夕發(fā)朝至和“三進(jìn)”直通列車為主[2]. 其中，中國(guó)鐵路烏魯木齊集團(tuán)公司配屬20 組動(dòng)力集中動(dòng)車組陸續(xù)替換城際列車，逐步開通了烏魯木齊至庫(kù)爾勒、奎屯、博爾塔拉、伊寧、霍爾果斯、克拉瑪依等線路. 該動(dòng)力集中動(dòng)車組運(yùn)行途經(jīng)高溫、高寒、強(qiáng)風(fēng)沙、暴雪、晝夜及南北疆等環(huán)境溫差大的區(qū)段，惡劣的運(yùn)營(yíng)環(huán)境對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車組的性能、可靠性、壽命均有不同程度的影響. 有鑒于此，對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車組實(shí)施D1、D2、D3、D4、D5、D6 修，其中，動(dòng)力集中動(dòng)車組每運(yùn)行4000+400公里實(shí)施D1 修，按照月、季、半年、年為周期對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車組實(shí)施D2 修. 研究惡劣環(huán)境對(duì)動(dòng)力集中動(dòng)車組的影響，制定科學(xué)應(yīng)對(duì)措施及維修標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)保障動(dòng)力集中動(dòng)車組的運(yùn)營(yíng)安全具有重要意義.

1 高溫適應(yīng)性分析

新疆夏季炎熱，南疆地區(qū)氣溫30 ～ 40℃，北疆地區(qū)氣溫26 ～ 34℃，吐魯番地區(qū)平均氣溫39℃，歷史最高溫度48℃[3]，動(dòng)力集中動(dòng)車組在夏季運(yùn)營(yíng)時(shí)出現(xiàn)動(dòng)力車司機(jī)室空調(diào)制冷不良、拖車客室制冷不良（空調(diào)高壓保護(hù)停機(jī)所造成）等故障.

1.1 動(dòng)力車空調(diào)制冷不良

動(dòng)力集中動(dòng)車組動(dòng)力車司機(jī)室空調(diào)采用內(nèi)循環(huán)模式，其運(yùn)行環(huán)境溫度高、紫外線強(qiáng)，其中蘭新線、精伊霍線為東西走向，太陽(yáng)直射造成了司機(jī)室空調(diào)制冷不良. 檢查分析發(fā)現(xiàn)：動(dòng)力車空調(diào)回風(fēng)格柵小、回風(fēng)量不足且回風(fēng)速度慢，造成制冷后空調(diào)出風(fēng)量不足. 為改善制冷效果，可增大空調(diào)回風(fēng)柵以提高回風(fēng)速度，并在D1 修檢查時(shí)對(duì)動(dòng)力車空調(diào)濾網(wǎng)進(jìn)行清掃以確保濾網(wǎng)清潔.

1.2 拖車空調(diào)制冷不良

列車夏季運(yùn)營(yíng)環(huán)境溫度高，制冷劑壓力增大將導(dǎo)致壓力保護(hù)而使空調(diào)自動(dòng)停機(jī)；動(dòng)力集中動(dòng)車組拖車空調(diào)設(shè)有旁通閥，防止空調(diào)長(zhǎng)時(shí)間制冷造成蒸發(fā)器結(jié)冰. 經(jīng)調(diào)查，空調(diào)制冷不良發(fā)生時(shí)外溫43℃、客室溫度25.5℃，除高壓壓力開關(guān)斷開外，其余零部件工作狀態(tài)無(wú)異常，且旁通裝置未啟動(dòng).外部太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，太陽(yáng)輻射熱直接作用于空調(diào)機(jī)組的冷凝器，導(dǎo)致冷凝器溫度升高并使得冷凝器管路內(nèi)部的制冷劑壓力增大. 長(zhǎng)時(shí)間處于該運(yùn)行模式，壓縮機(jī)壓力不斷升高，導(dǎo)致了旁通未啟動(dòng)的條件下高壓壓力開關(guān)斷開，空調(diào)內(nèi)部自動(dòng)保護(hù). 實(shí)踐中，將旁通裝置啟動(dòng)溫度由48℃修改為43℃，以保證在較高溫度時(shí)就對(duì)機(jī)組工作狀態(tài)做出調(diào)整；同時(shí)旁通啟動(dòng)時(shí)保持85%的制冷量，保證空調(diào)機(jī)組能夠適應(yīng)高太陽(yáng)輻射的運(yùn)行環(huán)境；并將空調(diào)回風(fēng)口濾網(wǎng)清潔周期調(diào)整為D1 修檢查清潔，夏季將混合風(fēng)濾網(wǎng)和新風(fēng)濾網(wǎng)清潔周期縮短到10 天，以確保制冷效果，保障乘客的舒適度需求.

2 強(qiáng)風(fēng)沙適應(yīng)性分析

新疆地處亞洲腹地，大風(fēng)頻繁，鐵路兩側(cè)為戈壁地形地貌，受西伯利亞寒流和天山埡口的“狹管增速”效應(yīng)影響，極易形成戈壁風(fēng)沙流，惡劣風(fēng)沙氣候條件極易造成列車傾覆翻車、沙礫淹埋鐵路等后果[4]. 南疆吐庫(kù)二線地處吐魯番風(fēng)區(qū)，先后穿越三個(gè)泉、小草湖、托克遜、望布車站，其間瞬時(shí)風(fēng)速可達(dá)到58.7 m/s，定時(shí)最大風(fēng)速40 m/s[5]，動(dòng)力集中動(dòng)車組在強(qiáng)風(fēng)沙環(huán)境運(yùn)營(yíng)中主要存在動(dòng)力車雨刮器被強(qiáng)風(fēng)吹翻、煙火報(bào)警誤報(bào)等問(wèn)題.

2.1 雨刮器刮片翻轉(zhuǎn)

雨刮器用于清掃前擋風(fēng)玻璃上的雨水、霜雪、沙塵等物質(zhì)[6]，強(qiáng)風(fēng)沙環(huán)境下，司機(jī)室擋風(fēng)玻璃容易臟污. 動(dòng)力集中動(dòng)車組在強(qiáng)風(fēng)沙環(huán)境運(yùn)行，雨刮器刮片多次被大風(fēng)吹翻轉(zhuǎn)，造成雨刮器無(wú)法正常使用，影響司機(jī)瞭望. 強(qiáng)風(fēng)沙環(huán)境下接觸網(wǎng)易掛異物，惡劣運(yùn)營(yíng)環(huán)境下司機(jī)瞭望非常重要，關(guān)乎動(dòng)力集中動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)安全. 如圖1-c 所示，增加不銹鋼防翻裝置，即在主刮臂的延伸臂與連桿處安裝螺栓進(jìn)行防翻裝置的固定；在D1 修時(shí)對(duì)雨刮器刮片位置進(jìn)行重點(diǎn)檢查，對(duì)異常的刮片及時(shí)調(diào)整，確保其外觀及功能良好.

圖1 雨刮器刮片翻轉(zhuǎn)及刮臂防翻裝置

2.2 煙感探測(cè)器誤報(bào)警

動(dòng)力集中動(dòng)車組每個(gè)車廂有7 個(gè)光電煙感探測(cè)器，分別安裝在衛(wèi)生間、配電柜、客室、通過(guò)臺(tái)、乘務(wù)員室. 如圖2 所示，光電煙感探測(cè)器設(shè)有紅外發(fā)光管、藍(lán)光發(fā)光管和光敏接收管，兩個(gè)發(fā)光管發(fā)射的光線經(jīng)過(guò)環(huán)境顆粒表面，光線反射后發(fā)射至光敏接收管. 不同直徑的顆粒在兩種光源下的電流比值不同，探測(cè)器根據(jù)光電流比值可以區(qū)分出迷宮內(nèi)檢測(cè)到的環(huán)境顆粒濃度及顆粒直徑的大小，從而判斷迷宮內(nèi)顆粒是否為煙霧顆粒.

圖2 煙火報(bào)警器原理圖

空調(diào)設(shè)備的濾網(wǎng)積沙小于250 μm[4]，由于車內(nèi)密封及濾網(wǎng)的作用，進(jìn)入車內(nèi)的沙塵更小，一旦迷宮內(nèi)的沙塵與煙霧顆粒直徑相似（煙霧顆粒直徑一般為0.1 ～ 2 μm），煙感探測(cè)器判斷其為煙感顆粒，將觸發(fā)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警邏輯使列車停運(yùn). 在強(qiáng)風(fēng)沙季節(jié)，D1 修作業(yè)時(shí)對(duì)煙感探頭進(jìn)行清灰處理，并進(jìn)行煙火報(bào)警試驗(yàn)；每?jī)纱稳霂?kù)檢修時(shí)更換空調(diào)內(nèi)外網(wǎng)；D2 修檢修時(shí)對(duì)煙感探頭清理灰塵，周期由90 天縮短為30 天. 通過(guò)臺(tái)4 號(hào)煙感探頭安裝在空調(diào)回風(fēng)道內(nèi)，由于空調(diào)通風(fēng)機(jī)高低速轉(zhuǎn)換和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，探頭周圍空氣中容易產(chǎn)生粉塵，更易出現(xiàn)誤報(bào)，故將4 號(hào)探頭從空調(diào)回風(fēng)道內(nèi)移除以解決煙感探測(cè)器誤報(bào)警的問(wèn)題.

3 環(huán)境溫差大適應(yīng)性分析

動(dòng)力集中動(dòng)車組在南北疆運(yùn)營(yíng)，南北疆溫差大、晝夜溫差大、冬季檢修庫(kù)內(nèi)外溫差大，冷空氣遇到熱空氣產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)入機(jī)次位重聯(lián)通訊線、拖車間通訊線，造成通訊線內(nèi)積水. 積水在動(dòng)力集中動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中造成插頭及座內(nèi)插針插孔竄電，導(dǎo)致車門自動(dòng)關(guān)閉、全局牽引封鎖、緊急駕駛、全列無(wú)牽引力等故障.

3.1 通訊線積水

動(dòng)車組的動(dòng)力車通過(guò)牽引通風(fēng)機(jī)通風(fēng)口在設(shè)備間送風(fēng)，空壓機(jī)通過(guò)向車外排風(fēng)的方式降溫，因此送風(fēng)量必須大于排風(fēng)量才能滿足設(shè)備間正壓. 當(dāng)動(dòng)車組低速運(yùn)行或停放時(shí)，進(jìn)風(fēng)小于排風(fēng)，造成設(shè)備間負(fù)壓，客室空氣被抽到動(dòng)力車；新疆冬季南北疆、車內(nèi)外、庫(kù)內(nèi)外、晝夜溫差大，空氣經(jīng)過(guò)連接線時(shí)溫差導(dǎo)致重聯(lián)線產(chǎn)生冷凝水，如圖3 所示. 動(dòng)車組拖車連接器線纜預(yù)留防冷凝水彎，但車端線纜周圍防寒材料粘貼不到位，造成了通過(guò)臺(tái)區(qū)域空氣進(jìn)入連接器安裝座，在連接器護(hù)套及絕緣板表面產(chǎn)生冷凝水. 連接器插座尾部設(shè)有橡膠套，用于電纜線束的防護(hù)，由于橡膠套和電纜束存在間隙且口徑較大，也易產(chǎn)生冷凝水.

實(shí)踐中，因動(dòng)力車負(fù)壓造成的空氣流動(dòng)，可以在動(dòng)力車和拖車連接的車輛跨接線尼龍管內(nèi)打膠，以阻斷跨接線內(nèi)的空氣流通. 在橡膠護(hù)套正下方開6 mm 排水孔，橡膠護(hù)套安裝后，用絕緣膠帶將護(hù)套位端和線束包裹2 ～3 層，線束至少包裹50 mm. 外端墻連接器座內(nèi)壁使用5 mm 橡塑海綿密貼，保證內(nèi)壁不外露鋼結(jié)構(gòu)，避免產(chǎn)生冷凝水.

圖3 通訊線插座及插頭積水

3.2 塞拉門下滑道積冰

冬季，客室內(nèi)外溫差大，客室內(nèi)熱氣在塞拉門開關(guān)的過(guò)程中遇到冷空氣會(huì)凝結(jié)成水滴留在門板上，冷凝水順著門板流到下滑道，易造成下滑道車門開到位開關(guān)處結(jié)冰；再加上室外揚(yáng)起的冰雪在下滑道堆積，易造成塞拉門開閉卡滯，站臺(tái)補(bǔ)償器無(wú)法使用.

動(dòng)力集中動(dòng)車組進(jìn)行D1 修時(shí)，需對(duì)下滑道積冰進(jìn)行徹底清理，并多次進(jìn)行塞拉門試驗(yàn). 為了徹底解決塞拉門下滑道冷凝水積冰問(wèn)題，可在拖車和控制車腳蹬處粘貼福樂(lè)斯泡棉吸收冷凝水；在下滑道增大加熱區(qū)域，避免下滑道處結(jié)冰. 增加的小電伴熱模塊如圖4 所示：將門開到位開關(guān)位置前移至門扇前檔周邊膠條距離站臺(tái)補(bǔ)償器二級(jí)踏板邊緣20 mm 處，解決補(bǔ)償器伸不出的問(wèn)題.

圖4 塞拉門下滑道及塞拉門伴熱模塊圖

4 高寒適應(yīng)性分析

高寒天氣使得新疆鐵路沿線積雪嚴(yán)重，距離鋼軌距離小的過(guò)分相裝置多次受到擊打，影響動(dòng)車組自動(dòng)通過(guò). 同時(shí)，轉(zhuǎn)向架制動(dòng)夾鉗單元呼吸器積冰堵塞，造成防塵套破損.

4.1 過(guò)分相裝置被異物擊打

風(fēng)吹雪在新疆、內(nèi)蒙古等我國(guó)北方地區(qū)發(fā)生頻繁，冬季受影響的鐵路多達(dá)數(shù)十條，造成線路積雪[8]. 由于過(guò)分析裝置離軌面距離小，導(dǎo)致其多次受到線路積雪擊打. 如圖5 所示，可安裝過(guò)分相防護(hù)罩避免被擊打. 冬季動(dòng)車組入庫(kù)及異地過(guò)夜時(shí)，加強(qiáng)對(duì)過(guò)分相感應(yīng)器的檢查，以確保過(guò)分析裝置功能正常.

圖5 過(guò)分相裝置罩

4.2 制動(dòng)夾鉗單元呼吸器積冰

動(dòng)力集中動(dòng)車組在高寒、暴雪的環(huán)境下運(yùn)營(yíng)，發(fā)生轉(zhuǎn)向架制動(dòng)夾鉗單元呼吸器積冰，制動(dòng)夾鉗腔室壓力無(wú)法通過(guò)呼吸孔排出，形成制動(dòng)夾鉗腔室壓力，鼓脹的防塵罩在冰雪打擊下破損，如圖6 所示. 實(shí)踐中，在單元制動(dòng)缸上增加安全閥，當(dāng)排氣孔堵塞后，氣體可從安全閥排出；冬季結(jié)合D1 修對(duì)制動(dòng)夾鉗呼吸器重點(diǎn)檢查，發(fā)現(xiàn)呼吸器被積冰堵塞及時(shí)清除冰雪，保證呼吸器功能良好.

圖6 制動(dòng)夾鉗結(jié)冰及防塵套

5 結(jié)論

本文對(duì)時(shí)速160 公里“復(fù)興號(hào)”動(dòng)力集中動(dòng)車組在新疆運(yùn)營(yíng)的適應(yīng)性進(jìn)行了研究，分析了動(dòng)力集中動(dòng)車組在新疆惡劣運(yùn)營(yíng)環(huán)境中空調(diào)、雨刮器、煙感探測(cè)器、車端通訊線、塞拉門、制動(dòng)夾鉗、過(guò)分相裝置的適周期，得出以下結(jié)論：

1）高溫影響主要表現(xiàn)空調(diào)制冷不良，通過(guò)優(yōu)化動(dòng)力車回風(fēng)格柵、修改旁通裝置啟動(dòng)溫度，縮短濾網(wǎng)清潔周期，保障了空調(diào)的制冷效果.

2）強(qiáng)風(fēng)沙環(huán)境影響主要表現(xiàn)為雨刮器外翻、煙感探測(cè)器誤報(bào)等，通過(guò)安裝防翻裝置、優(yōu)化4號(hào)煙感探測(cè)器位置；在風(fēng)沙天氣下，D1 修煙感探測(cè)器探頭清理灰塵、D2 修煙感探測(cè)器清理灰塵由原90 天縮短到30 天，效果顯著.

3）南北疆以及晝夜溫差大的影響主要表現(xiàn)為車端通訊線積水、塞拉門下滑道積冰，為避免產(chǎn)生冷凝水，開6 mm 排水孔，在外端墻連接器座內(nèi)壁使用5 mm 橡塑海綿密貼，同時(shí)在塞拉門下部增設(shè)伴熱裝置，冬季D1 修加強(qiáng)對(duì)積冰清除，解決冷凝水造成的通訊線積水、塞拉門下滑道積冰問(wèn)題.

4）高寒、線路積雪造成拖車制動(dòng)夾鉗呼吸器被冰雪堵塞、過(guò)分相裝置遭積冰擊打，通過(guò)增加安全閥及過(guò)分相防護(hù)板，冬季檢修加制動(dòng)夾鉗呼吸孔清冰及檢查，防止制動(dòng)夾鉗防塵套破損及過(guò)分相裝置被擊打.