高速動車組備用制動系統氣密性故障診斷方法

單亞男， 曹永志， 耿 民， 李志國， 欒健洋

(中國中車唐山機車車輛有限公司， 河北唐山 064000)

隨著我國高速鐵路的持續發展，各型動車組相繼進入了高級修程。按照相關規程規定，速度300 km/h以上高速動車組每運行120萬km時須進行一次高級檢修。從2010年開始，我國速度300 km/h以上動車組已陸續開展高級修。而備用制動系統作為動車組運行的最后安全屏障，其故障檢測技術也是動車組高級修程中的重要組成。

目前，應用現有的檢測方法對高速動車組備用制動系統進行氣密性故障檢測，暴露出了檢測流程復雜、效率低、準確性差等問題。備用制動系統中的泄漏點一般只是安裝在某一模塊上的某一元件，使用現有檢測方法只能檢測出模塊級的泄漏點，而模塊級的更換或檢修必然會造成檢修周期過長、成本過高的狀況[1]。

1 備用制動系統

高速動車組備用制動系統是純空氣制動的自動制動系統，是由列車管控制的間接制動。當直通式電空制動發生故障時，其備用制動必須依靠列車司機手動操作才能激活[2-3]。

高速動車組備用制動系統由高低壓控制系統(HL)和司機制動閥(1)、球閥(2)、單針壓力表(6)、雙針壓力表(7)、儲壓罐(8)這5個元件組成。其中高低壓控制系統(HL)又分為減壓閥(3)、止回閥(4)、電磁閥(5)、止回閥(9)、檢測套管(10)、繼動閥(11)、活塞閥(12)7個元件，這7個元件通過支承板(Z)正面的壓縮空氣出入口與支承板(Z)連接，整個高低壓控制系統(HL)通過其支承板(Z)側面的壓縮空氣出入口(a、b、c、d、e)與上述5個元件、主風管(MR)、制動管(BP)及其他外圍管路連接。圖1為高速動車組備用制動系統原理圖。

圖1 備用制動系統原理圖

2 備用制動系統氣密性檢測

2.1 氣密性檢測裝置

為降低備用制動系統的檢修成本，需要將診斷精度精確到具體元件，由于不同元件的功能和設計原理不同，對應的檢測方法和診斷標準也不相同，這就需要在診斷過程中準確檢測出每一個元件的壓力值變化[4-5]。因此，為實現備用制動系統的元件級氣密性故障診斷，設計了一種壓力檢測裝置，該裝置可以在既不改變現有高低壓控制系統(HL)結構又不影響系統正常工作的狀態下實現對該系統內各個元件的壓力值檢測。

該裝置可將支承板(Z)與司機制動閥(1)、球閥(2)、儲壓罐(8)、主風管(MR)、制動管(BP)中任一外部元件及一個單針壓力表連接并帶有截斷功能的三通式壓力檢測裝置，使用該裝置相當于使備用制動系統在正常工作狀態下增加了多個壓力檢測點，為實現對各元件的氣密性故障診斷提供可能。其中I端與支承板(Z)側面的壓縮空氣出入口(a、b、c、d、e)連接；II端與司機制動閥(1)、球閥(2)、儲壓罐(8)、主風管(MR)、制動管(BP)其中之一的外部管路相連接；P為單針壓力表；K為截斷開關，可截斷來自II端的壓縮空氣。圖2為備用制動系統子氣密性檢測裝置結構示意圖。

圖2 備用制動系統子氣密性檢測裝置結構示意圖

將5個如圖2所示的三通式壓力檢測裝置的I端分別與支承板(Z)側面的壓縮空氣出入口(a、b、c、d、e)連接，II端分別與司機制動閥(1)、球閥(2)、儲壓罐(8)、主風管(MR)、制動管(BP)的外部管路連接，各壓力表P分別測試各壓縮空氣出、入口處的壓力值，其II端截斷開關分別為Ka～Ke。將一個帶有壓力傳感器的電子壓力表與檢測套管(10)連接，以測量該處的壓力值。

2.2 氣密性檢測標準計算

單位時間內泄漏量與壓差之間的計算公式：

Δp=(Q×T×1.013×105)/(Ve×60)

Δp為壓差；Q為泄漏量；Ve為等效內容積；T為檢測時間。

以保壓狀態下各閥進氣口或排氣口處60 s壓降值作為判斷其氣密性是否良好的標準值。以a口為例，令其起始壓力值為p0，60 s后該口壓力值為p60，則在實際檢測中，其60 s壓降值為Δpa=p0-p60。

根據動車組制動系統氣密性檢測標準，單位時間泄漏量不能超過總體積的5%，代入各個元件及附屬管路的體積，計算得出各個元件的泄漏量上限作為其氣密性檢測的標準值[6-7]。表1為動車組備用制動系統氣密性檢測的標準值。

3 備用制動系統氣密性故障診斷方法應用

由于司機制動閥(1)、球閥(2)、單針壓力表(6)、雙針壓力表(7)、儲壓罐(8)安裝在車內明顯位置，只需使用常規泡沫檢測法就可以檢測出這5個元件是否存在泄漏故障。在確定上述5個元件無泄漏故障狀態下，按照以下方法對集成于高低壓控制系統(HL)內的各個元件進行氣密性檢測。

按如下4個步驟對各功能單元進行檢測，并記錄數據。

① 將司機制動閥(1)撥至鎖止檔位(截斷a、b兩口間的氣路)，通過主風管(MR)充氣一段時間后關閉Ka、Kd、Ke，打開球閥(2)利用控制邏輯相反原理截斷電磁閥(5)，計算此時a口、d口、e口60 s壓降值pa1、pd1、pe1。

② 關閉球閥(2)，利用備用制動系統預先設定的相反控制邏輯，打開止回閥(4)和電磁閥(5)，通過主風管(MR)充氣一段時間后關閉Ka、Kd、Ke，計算此時a口、d口的60 s壓降值pa2、pd2。

③ 打開球閥(2)并將司機制動閥(1)撥至充風檔位以連通a、b兩口間的氣路，通過主風管(MR)充氣一段時間后，關閉Kb、Kc以關閉活塞閥(12)，關閉Kd，計算此時b口、c口、d口的60 s壓降值pb3、pc3、pd3。

④ 打開Kb、Kc以打開活塞閥(12)，通過主風管(MR)充氣一段時間后關閉Kb和Kd，計算此時b口和d口的60 s壓降值pb4和pd4，同步記錄并計算上述兩個步驟中檢測套管(10)處的電子壓力表60 s壓降值pr1、pr2。

按照上述4個步驟順序對各元件進行氣密性檢測，依據表1所列標準值對該元件的氣密性狀態進行判定。每一步檢測須在確認上一步所檢測元件氣密性合格后才能進行，若上一步所檢測元件存在氣密性故障，則須更換或檢修該元件，并重新檢測合格后再進行下一步檢測[8]。

4 試驗驗證

選取分別安裝在4列CRH3C型動車組的8套備用制動系統，編號1～8，分別使用原檢測方法和所介紹的高速動車組備用制動系統氣密性故障診斷方法進行故障檢測試驗，試驗結束后對使用這兩種方法的檢測時間、更換元件成本、檢測精確度3個指標進行對比統計。表2為統計結果。

表1 備用制動系統氣密性診斷的標準值

表2 與原檢測方法的試驗指標對比值 %

根據表2統計的試驗數據可知，使用高速動車組備用制動系統氣密性故障診斷方法可以節約40%左右的檢測時間，由于上述8套系統的檢測精確度均達到了元件級，檢測到了具體的故障元件，避免了因直接更換模塊而造成的成本浪費，節約了60%左右的成本。

5 結 論

高速動車組備用制動系統氣密性故障診斷方法能夠有效提高該系統氣密性故障診斷精度，使其精確到具體元件，解決了當備用制動系統出現輕微泄露點時無法準確排查的問題，提高檢測效率，降低維修成本。

[1] 王東星，秦佳穎，李化明，等.城際動車組制動系統模塊化設計[J].城市軌道交通研究，2016，19(6)：133-136,139.

[2] 武青海，張寶.和諧號動車組備用制動系統[J].鐵道機車車輛，2011，31(5)：61-63.

[3] 徐杰，曹梓楠，咼林鋒.CRH3型動車組空氣控制制動系統的兩種控制模式[J].上海工程技術大學學報，2017，31(1)：61-65.

[4] 秦佳穎，陳澍軍．基于實例的高速動車組制動系統故障診斷方法介紹[J]．鐵道車輛，2016, 54(7)：41-43,52.

[5] 曹宏發，喬峰，溫熙圓，等.和諧號動車組制動系統故障再現及分析[J]．鐵道機車車輛，2011，31(5)：43-47.

[6] 朱文良，吳萌嶺.動車組制動計算方法研究[J].同濟大學學報(自然科學版)，2017，45(1)：119-123.

[7] 劉麗嬌，馬云龍，路波，等.氣動減壓閥的標準及檢驗方法研究[J].液壓與氣動，2017(4)：54-60.

[8] 單亞男，李志國，耿民，等．高速動車組備用制動系統氣密性檢測裝置、系統及方法：河北，CN103017986A[P]．2013 -04-03.