動力集中動車組F8型電空制動裝置故障的處理與分析

江 濤,蔡鴻鵬,閆 劍

(中國鐵路呼和浩特局集團有限公司,內蒙古 呼和浩特 010010)

目前我國鐵路運輸基本形成了客運專線和普速鐵路兩種鐵路網[1],而隨著高速鐵路的不斷發展,旅客對于高速鐵路提供的服務品質也越來越認可。為了進一步提高既有線路的鐵路運輸服務品質,充分利用已有的線路資源和機客車檢修資源,在國鐵集團和中國中車的統一部署和領導下,CR200J型動力集中動車組逐步投入運營,其具有成本低、運用范圍廣、時間經濟價值高、可釋放樞紐和線路能力等優勢[2],發展空間十分廣闊。

區別于傳統客車以及動力分散動車組,動力集中動車組拖車和控制車制動系統采用自動式電空制動系統,由五線制電空制動控制,制動裝置分為F8型電空制動裝置和104型電空制動裝置兩種[3-4]。目前呼和浩特鐵路局配屬的CR200J型動力集中動車組7組列車全部采用F8型電空制動裝置,列車自呼和浩特東至集寧南、鄂爾多斯、臨河、烏海交路,途徑高寒、暴雪、風沙等多種復雜地理環境和氣候特征的運行區段,截至目前已出現過多起F8型電空制動裝置初制動時無制動作用、制動缸壓力偏高等故障。據了解,多個鐵路局集團公司出現過以上故障,且故障表現相同,較為典型。

1 故障案例

自2023年1月份開始,呼和浩特鐵路局包頭車輛段呼東客整所數據分析人員發現CR200J3-B-108105車和CR200J3-B-108606車多次出現初制動時無制動作用、制動缸壓力偏高等故障。更換F8型電空制動裝置的F8 型空氣分配閥主閥(以下簡稱為“F8 主閥”),車輛故障現象消除,因此鎖定故障是由F8主閥引起的。

分解故障F8 主閥,主閥桿卡滯在套內。分解后發現,主閥桿上存在黑灰色的污物,主閥桿外側及套內孔各有軸向劃痕,經測量所有主閥桿上劃痕長度為8～12 mm,劃痕如圖1所示。

圖1 主閥桿和套劃痕

2 F8型電空制動機結構介紹

CR200J型動力集中動車組采用五線制電空制動控制系統,電空制動裝置分為F8型電空制動裝置和104型電空制動裝置兩種。F8型電空制動裝置(圖2)由空氣制動部分、電空制動部分和集成化氣路板三部分組成。空氣制動部分由F8主閥和輔助閥組成;電空制動部分由電磁閥安裝座、電磁閥、電空緊急閥及連接電路組成;集成氣路板主要由輔助室(3 L)、局減室(0.8 L)、連接管座、管路濾塵器等組成[5-7]。

圖2 F8型電空制動裝置結構組成

F8型空氣分配閥既具有三壓力分配閥的階段制動、階段緩解、自動補風等特點,同時也具有二壓力分配閥的輕易緩解的特點。F8型電空制動裝置采用自動式電空制動方式,通過機車制動閥和電磁閥的共同作用,控制列車管的充排氣,再通過分配閥的作用,達來實現制動、保壓、緩解功能。

當列車管施行減壓后,P制+P列＜P工,大活塞向上移動,通過頂桿,帶動小活塞向上移動,打開平衡閥,產生制動作用,如圖3所示。

圖3 常用制動原理

無制動作用故障產生的原因為:初制動時,列車管到制動、緩解的目的。

3 故障原因分析

3.1 故障原理分析

F8主閥采用三壓力機構,大活塞上下兩側分別是列車管壓力P列(紅色氣路)和工作風缸壓力P工(藍色氣路),小活塞上方是制動缸壓力P制(綠色氣路),下方通大氣(灰色)。F8 主閥通過三壓力(即P列、P制、P工)的平衡與否,減壓量較小,P工與P列的差值較小,因主閥桿和套卡滯,無法克服主閥桿與套的阻力,使得大活塞無法帶動頂桿及小活塞移動,從而無法正常打開平衡閥,出現無制動作用現象。

制動缸壓力偏高故障產生的原因為:初制動產生制動作用后,在保壓過程中,由于主閥桿和套卡滯,摩擦阻力增大,小活塞無法跟隨大活塞順暢下移,平衡閥延遲關閉,出現保壓時制動缸壓力偏高的現象。因此,確定無制動作用、制動缸壓力偏高故障的主要原因為F8閥主閥桿卡滯。

3.2 F8主閥卡滯原因分析

3.2.1 F8主閥原因分析

查看主閥桿和套圖紙,發現主閥桿和套為小間隙配合,由于主閥桿上部僅布置1道O 形圈,制動缸壓力空氣從閥體一側進入小活塞上側,主閥桿側面受力,主閥桿存在以O 形圈為支點向一側傾斜的情況,會造成主閥桿和套產生接觸,經長時間多次制動緩解,摩擦形成劃痕,劃痕增大到一定程度造成了初制動時主閥桿卡滯,不產生制動作用;同理,相同原因閥桿回程時卡滯,導致制動缸壓力偏高,如圖4所示。

圖4 主閥桿和套卡滯

按照主閥桿和套的圖紙設計,主閥桿套的的尺寸標準值為14.000～14.027 mm,主閥桿的標準值為13.957～13.984 mm,二者在半徑方向上的最大間隙為0.035 mm,最小間隙為0.008 mm,配合精度較高。若制造質量把關不嚴導致裝配間隙不滿足要求,致使主閥桿和套不同軸,也可能導致主閥桿和套產生接觸摩擦形成劃痕。因此,可以確定主閥桿結構設計不足是F8主閥卡滯的主要原因。

3.2.2 制動系統原因分析

由于CR200J型動力集中動車組常用制動電磁閥的作用,使得電空制動裝置的列車管減壓速率大于25型客車F8空氣分配閥的列車管減壓速率,經主機廠測試,F8型電空制動裝置的列車管減壓速率(46.52 kPa/s)較空氣制動機的列車管減壓速率(35.82 kPa/s)提高了約30%,電空制動裝置上F8主閥的小活塞受到的沖擊力大于空氣分配閥,加劇了主閥桿和套間的摩擦,更容易出現主閥桿和套發生卡滯,導致無制動作用或制動缸壓力偏高等故障。

3.2.3 其它原因分析

空氣制動管路在檢修拆裝時會進入油霧、水和塵埃,雖然列車管支管上有集塵器,電空制動裝置各管路接口有粉末冶金濾芯和濾塵網等濾塵裝置,但是對油霧、水蒸氣、粉塵的過濾效果不明顯,因此,進入閥體的壓力空氣依然帶有不少油霧、水霧、粉塵,又由于北方冬季和春季氣溫較低,且粉塵量較大,油霧、水霧低溫下結冰,粉塵與油脂等結合形成油泥,主閥桿和套處容易受結冰和油泥的影響,也可能會造成主閥桿和套發生傾斜,在使用一段時間后造成劃痕。

4 建議及處理措施

4.1 結構優化建議

建議制造企業對此主閥桿結構進行優化:在主閥桿既有O 形圈的下部新增加1道相同O 形圈,同時減小新增加O 形圈下部主閥桿的直徑。既保證了在緩解位時,主閥桿在套內最低極限位置時新加的O 形圈依舊在套內,增強了主閥桿的導向性;又保證了在制動位置時,主閥桿和套間存在更大間隙,主閥桿下部不容易和套直接接觸,避免出現因主閥桿發生傾斜造成卡滯的情況,如圖5所示。同時在制造過程中需嚴格卡控主閥桿和套的同軸度、垂直度精度,嚴格按照圖紙要求精度進行加工。

圖5 主閥桿優化前后對比

4.2 運用檢修建議

(1) 空氣制動系統運用檢修時,需要對風缸、管系進行吹塵;集塵器分解組裝時,必須防止密封墊緊固不發生偏斜。

(2) 冬季入庫動車組應加密空氣制動系統管系的排水除塵頻率,避免冷凝水進入F8主閥、管系和風缸內。

(3)F8主閥分解檢修時,最好將主閥桿更換為雙O 形圈的主閥桿,并做好標記;增加主閥桿與套的通止規測量,并分別檢查主閥桿與套的劃痕是否嚴重,如劃痕較輕可以繼續使用,但注意組裝時應將主閥桿與套的劃痕錯開一定的角度。

(4)F8主閥在組裝時不要有磕碰,嚴格控制組裝過程,按壓主閥桿可正常回彈,保證主閥桿和套無異常磨耗。

(5)F8主閥拆裝時,安裝面需做好防護,保證無灰塵異物進入,安裝時安裝面與膠墊面保持清潔,各管座濾芯和濾塵網清潔無灰塵。

5 結束語

本文動力集中動車組F8型電空制動裝置典型故障進行了分析并得出以下結論:

(1) 由于動力集中動車組F8型制動裝置采用電磁閥輔助排風,使得列車管減壓速率增大,傳統的F8主閥桿結構已無法滿足需求,制造企業須進行優化,同時必須做好制造過程中的質量卡控。

(2) 運用檢修時,保證氣路環境清潔仍然是F8型電空制動裝置檢修的重要環節。

F8型電空制動裝置是保證動力集中動車組運行的關鍵設備,相關從業人員須嚴格落實標準,從設計、組裝到運用維修,保證空氣制動系統安全可靠。