高速動車組廢排單元風機故障解析

【摘 要】對某高速動車組廢排單元風機故障進行了分析研究，并提出了改進措施，為動車組廢排單元風機的維修和設計提供了經驗。

【關鍵詞】高速動車組；廢排單元風機；故障

0.引言

高速動車組在鐵路客車裝備中占據著越來越重要的位置，高度集成了各方面的尖端技術，涉及九大關鍵技術以及十大配套技術[1]，空調系統作為高速動車組十大配套技術之一，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系統中的一個重要部件，承載著車內通風換氣以及車內壓力波保護的功能，廢排單元若發生故障，衛生間、廚房、電器柜等車內的廢氣會造成車內空氣污染或者導致車外的壓力波動傳到車內，大大降低了車內舒適度，甚至會引起部分旅客不適。

某高速動車組自運營以來，廢排單元內的風機連續出現異響、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行了分析，并提出了改進措施，對后續的保養、維修提供了經驗。

1.故障現象

根據故障統計數據分析，2013年起，某高速動組共發生廢排風機故障6起，2014年7月份以來約發生14起，故障公里數在3級修及四級修之間，故障現象集中表現為風機異響，廢排氣流故障。

2.原因分析

2.1風機與軸承拆解

為找出廢排風機故障原因，對一列進廠四級修的動車組廢排風機及及其軸承進行現場拆解，該列車運營里程193萬公里。如圖1所示，對 16臺廢排風機進行拆解，并對其中12個上軸承和4個下軸承進行拆解，另外4個上軸承和1個下軸承由風機廠家送往軸承廠家進行進一步的檢測和分析，故未對其進行現場拆解。

從風機拆解情況來看，拆解下來的風機外觀情況不一，圖1為序列號為1012/15和1010的風機外觀狀況，前者風機殼體內外腐蝕嚴重，初步判斷為水或其他化學物質導致腐蝕，序列號為1010的風機腐蝕較輕。

廢排風機所選軸承為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生變質，即發紅、發黑，通過手動轉動軸承發現部分軸承存在塞滯現象，個別軸承出現輕微點蝕（一般所安裝電機腐蝕較嚴重）。

如下圖3所示，將拆解后的風機及軸承與全新軸承做對比，發現所有被拆解開的軸承潤滑脂均出現發黃、發紅甚至發黑現象，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備艙內，工作環境比較惡劣，同時由于密封不良，在風機工作時可能使工作環境的雜質、灰塵等侵入軸承，造成軸承潤滑脂逐漸變質、并且使軸承滾動體和滾道產生磨粒磨損，導致軸承發生早期失效，故初步判斷是污染至潤滑脂變質從而導致的軸承早期失效。

為進一步驗證初步分析的風機故障原因，對風機軸承中的油脂成分進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準ASTM E1252和ASTM7303。

2.2.3測試儀器

傅里葉轉換紅外光譜儀，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結果與分析

廢排風機軸承中紅外光譜和元素分析結果分別見圖4和表1所示。

紫色-新鮮油脂GWB，藍色-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出現寬的吸收峰，此吸收峰的出現可能是油脂受到冷卻膏DALOC3561的污染。

表1的元素分析結果顯示軸承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，防塵蓋污染系數取0.4，建立軸承壽命計算模型，結果如下：

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，遠少于軸承及潤滑脂的使用壽命。

3.結論及建議

從以上分析結果得知，廢排單元風機軸承在遠未到使用壽命時潤滑脂出現不同程度的變質和污染，這是導致軸承失效及風機異響的主要原因，由此可以看出，軸承的密封結構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機中應用。

根據分析結果，考慮車下廢排單元惡劣的運行環境，建議廢排風機采用密封結構良好的軸承，以防止潤滑脂在遠未達到壽命時受到污染及變質。對于在線運營的風機，建議進行篩查，根據風機是否有異響判斷潤滑脂是否受到污染，如若有異響，可適時進行更換，對于正常運營的風機，在三級修或四級修時，可統一將風機軸承進行更換。

【參考文獻】

[1]李秋梅.四種型式動車組輔助供電系統和空調系統的對比分析[J].機械與電氣，2011（11）：38-39.

[2]頓小紅.我國4種型式鐵路高速動車組空調系統的比較研究[J].裝備制造技術，2010（9）：31-33.