新疆環境下CR200J型動車組塞拉門站臺補償器故障分析及改進

樊立新，石鄒亮，韓春剛，尹鵬飛，張 杰，潘新民

(1.中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司，新疆 烏魯木齊 830011； 2.中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 063035； 3.新疆維吾爾自治區氣象服務中心，新疆 烏魯木齊 830002)

隨著國民經濟迅猛發展和人民生活水平日益提高，為滿足廣大乘客在舒適性、經濟性、安全性等方面的需求，時速160 km“復興號”CR200J型動力集中動車組(下文簡稱動力集中動車組)應運而生[1]。動力集中動車組的投入使用，對普速客車實施了轉換升級，逐步推行普速列車動車化，以夕發朝至和“三進”直通列車為主[2]。中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司配屬了20組動力集中動車組陸續替換城際列車，逐步替代普速列車開通烏魯木齊站至庫爾勒、奎屯、博爾塔拉、伊寧、霍爾果斯、克拉瑪依站。動力集中動車組途經高寒、暴雪、溫差大的運行區段，出現了多起動力集中動車組塞拉門站臺補償器故障。文獻[3]對動力集中動車組塞拉門控制系統原理及失效模式進行了分析，對典型的控制電源斷開、車門控制按鈕不亮故障進行了分析，給出了處置建議。文獻[4]提出了CRH380BL型動車組塞拉門運行途中塞拉門故障應急處理方法。文獻[5]對CRH380型動車組塞拉門運用過程中發生的常見故障進行了分析，給出了故障處理方法。文獻[6]對CRH380BG型動車組塞拉門站臺補償器故障進行了分析。文獻[7]從整體結構、材料、零部件選型和冷凝水防護等方面對塞拉門低溫適應性進行了設計研究。文獻[8]對塞拉門橡膠密封條進行了仿真與試驗，確定了不同硬度密封條的材料參數。文獻[9]構建了CRH380B系列動車組塞拉門無法開啟故障的故障樹，并進行了定性及定量分析。文獻[10]對CRH380B型動車組塞拉門結構及主要部件工作原理進行了分析，研究了塞拉門在運用中常見的故障及處理方法。文獻[11]針對動力集中動車組站臺補償器故障，從補償器結構、工作方式、控制原理進行了分析，得出了站臺補償器故障主要原因為齒輪卡滯、電動機制動器故障、翻版扣手與伸縮踏板干涉卡滯，并提出了優化方案。由于新疆特殊運行環境的影響，動力集中動車組塞拉門站臺補償器故障有所差異，自2020年12月至2021年3月累計發生站臺補償器未伸出故障102次，從故障發生的季節看均發生在冬季。為了降低站臺補償器故障率，本文對動力集中動車組站臺補償器的工作原理、運行環境、塞拉門結構及站臺補償器故障原因進行了分析，并制定了切實可行的改進方案。

1 塞拉門站臺補償器工作原理

動力集中動車組塞拉門采用電控氣動塞拉門，塞拉門鎖閉機構由主鎖、輔助鎖、獨立保險鎖(隔離鎖)組成。門扇采用質量輕、強度高及密封性能良好的鋁蜂窩復合結構，密封結構采用整體密封框加密封膠條的形式，安全可靠，密封性良好[12]。為了切實有效地保障乘客上下車安全及產品結構的提升，動力集中動車組采用了站臺補償器，主要由腳踏板、間隙補償器、驅動裝置、鏈接鉸鏈、水平鎖、氣彈簧組件組成[13]。當動車組在高站臺停靠時，按下司機室操作臺的開門按鈕，塞拉門會自動打開。當塞拉門打開到位后，站臺補償器伸出，動車組與站臺之間的間隙得到有效補償，方便乘客乘降的同時可保障乘客安全。站臺補償器作為動車組內裝設備的關鍵部件，當其發生故障不能伸出時會影響乘客的乘降安全。因此，非常有必要對動力集中動車組塞拉門站臺補償器故障進行分析并提出改進方案。

2 運行環境分析

2020年12月—2021年3月，站臺補償器未伸出故障主要集中在烏魯木齊至奎屯區段、奎屯至克拉瑪依區段、博爾塔拉站及伊寧站。經入庫檢查，下滑道塞拉門開到位處有結冰現象，如圖1所示。經分析，是由于下滑道積冰積雪使得門開到位信號未被觸發，導致塞拉門站臺補償器不能正常伸出。

圖1 塞拉門下滑道結冰

2.1 高寒氣候影響分析

選取1991—2020年新疆極端低溫進行研究分析，南疆線冬季鐵路沿線累年極端低溫為-30～-20 ℃，奎北線冬季鐵路沿線累年極端低溫為-40～-30 ℃。可知，南疆地區氣溫高，北疆地區氣溫低。站臺補償器102次故障中有99次發生在北疆線路，可以得出，北疆地區氣溫低是影響塞拉門站臺補償器不能伸出的一個外部因素。

2.2 暴雪天氣影響分析

烏魯木齊、伊寧年均暴雪天數3～4天[14]。分析氣象數據發現，新疆累年平均降雪天數為37.1天，降雪主要集中在北疆地區、南疆西部山區、東疆北部山區，而南疆盆地、東疆地區很少出現降雪天氣。對于南疆鐵路而言，動力集中動車組運行沿線全年基本無降雪天氣，可忽略不計。降雪主要集中在北疆地區，站臺補償器102次故障中有100次發生在降雪期間，可以得出，降雪是影響塞拉門站臺補償器無法伸出的一個外部因素。

3 塞拉門結構分析

對發生故障的站臺補償器進行拆解，各部件狀態良好。現場檢查發現，防護罩內側末端及車體門框橡膠擋處結冰，門扇下支架被積冰阻擋導致車門開不到位，使得門開到位開關未被觸發，不能控制站臺補償器踏板自動伸出。

3.1 開到位限位開關位置分析

當動車組在高站臺停靠時，按下司機室操作臺的開門按鈕，塞拉門會自動打開，無桿汽缸上開到位限位開關觸發后，站臺補償器伸出，如圖2所示。因此，無桿汽缸上開到位限位開關位置對塞拉門站臺補償器是否伸出起關鍵作用。改造前塞拉門開到位限位開關觸發時，門扇與站臺補償器踏板的間距為85 mm。如果塞拉門在打開過程中受到異物、冰雪的阻礙，會使間距產生偏差，導致無桿汽缸上開到位限位開關無法被觸發，進而影響站臺補償器的伸出。

圖2 無桿汽缸上開到位限位開關位置

3.2 腳蹬區域結冰分析

車體腳蹬采用夾層隔熱結構，腳蹬前端、側端及后門框均為4 mm單板結構。單板結構隔熱性能差，容易形成結冰。當動力集中動車組運行時，迎風面的腳蹬及防護罩端部結冰更加嚴重，導致對應的車內位置溫度達到冰點以下，內部會形成凝露、結霜，加上外部卷入冰雪聚集在此處形成結冰，如圖3所示。因此隔熱性能差是造成腳蹬區域結冰的主要原因。

圖3 01車與02車同側相鄰車門下部結冰對比

3.3 伴熱區域有盲區

在寒冷氣候條件下，塞拉門打開時，防護罩內側冷凝水和車外卷入冰雪容易積聚凍結在防護罩端部，而防護罩端部槽鋼及腳蹬底板為單板結構，其隔熱性能差且無伴熱，導致該區域容易產生結冰，如圖4所示。

圖4 防護罩端部結冰

4 改進措施

4.1 調整開到位限位開關

將無桿汽缸上開到位限位開關向關門方向調整，門開到位開關提前觸發，可有效避開易結冰區段對站臺補償器動作的影響。將塞拉門開到位限位開關觸發時門扇與站臺補償器踏板的間距由85 mm調整為20 mm，既滿足了門開到位限位開關觸發的條件，又避免了站臺補償器與門扇的干涉，如圖5所示。

圖5 調整前后塞拉門開到位限位開關觸發時狀態對比

4.2 貼隔熱泡棉

在腳蹬前端面和密封門框車內側容易形成冷凝水的部位貼隔熱泡棉(圖6)，隔熱泡棉采用彈性絕熱材料，具有穩定可靠的物理性能，可以避免此區域產生冷凝水或結冰。

圖6 貼隔熱泡棉位置

4.3 增加伴熱模塊

加大塞拉門防護罩伴熱模塊的伴熱面積及功率，增加防護罩端部伴熱模塊，消除伴熱盲區。在保證車輛與接口不變的前提下，在原有防護罩上安裝新增伴熱模塊，更換接線盒內端子排。新增伴熱模塊如圖7所示。

圖7 防護罩新增伴熱模塊

對后續新造高寒地區的動力集中動車組塞拉門增加伴熱能力，加大伴熱功率。經優化后，720開度伴熱線長度為5.5 m，840開度伴熱線長度為6.2 m，720開度總功率為363 W，840開度總功率為409 W，功率分別提升為57.1%和77.1%，可有效降低結冰情況的發生。新造動車組塞拉門伴熱模塊如圖8所示。

圖8 新造動車組塞拉門伴熱模塊

5 結論

本文針對時速160 km動力集中動車組在新疆高寒、暴雪環境下塞拉門站臺補償器不能伸出故障，從發生區段、高寒暴雪天氣、塞拉門結構等方面進行了分析，并提出了改進措施。改進后，站臺補償器故障由2020年的102次降低至2021年的10次，故障率降低了90.1%，故障得到了有效控制。經研究分析，得出以下結論：

(1) 高寒、暴雪天氣是導致塞拉門站臺補償器不能伸出的外部原因。

(2) 開到位限位開關位置、單板結構隔熱性能差、伴熱區域有盲區是導致塞拉門站臺補償器不能伸出的內部原因。

(3) 調整開到位限位開關、腳蹬區域單板結構貼隔熱泡棉、增加防護罩伴熱模塊等改進措施可以確保塞拉門站臺補償器正常伸出。