某型高速動車組開關(guān)側(cè)門故障分析及解決措施

胡 震，才順印，李艷秋，李東波

（1 唐山軌道客車有限責(zé)任公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，河北唐山063035；2 唐山軌道客車有限責(zé)任公司 質(zhì)量管理部，河北唐山063035）

某型高速動車組開關(guān)側(cè)門故障分析及解決措施

胡 震1，才順印1，李艷秋2，李東波1

（1 唐山軌道客車有限責(zé)任公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，河北唐山063035；2 唐山軌道客車有限責(zé)任公司 質(zhì)量管理部，河北唐山063035）

高速動車組的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)會對車內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓力差，而塞拉門的開啟與關(guān)閉需在一定的壓力范圍內(nèi)才能正常工作。針對無法開關(guān)塞拉側(cè)門的故障進行了分析，主要是由于車內(nèi)外的壓力差引起，從而對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進行了一定的改進和優(yōu)化，以保證側(cè)門的正常開閉。

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)；壓力；側(cè)門；開關(guān)門；廢排閥門；優(yōu)化

高速動車組在滿足人們旅行速度更快的同時，也對舒適度有了更高的需求，其中涉及到車內(nèi)空氣的質(zhì)量品質(zhì)、以及維持車內(nèi)的正壓在一定范圍內(nèi)，這就需要在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計及運行時加以保證。

對于采用塞拉門的軌道車輛來說，車內(nèi)負壓過低或正壓過高，會導(dǎo)致塞拉門開關(guān)阻力劇增，塞拉門打開或關(guān)閉困難甚至不能正常工作，從而保證不了車輛的安全運行。

1 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)工作原理

空調(diào)系統(tǒng)正常運行時，送風(fēng)風(fēng)機吸入新風(fēng)，廢排風(fēng)機排出車內(nèi)廢氣，利用送風(fēng)風(fēng)機和廢排風(fēng)機壓頭之間的壓差維持車內(nèi)形成一定的正壓值，從而達到一種平衡狀態(tài)。

高速列車在會車或通過隧道時會產(chǎn)生壓力波動，如無特殊保護措施，產(chǎn)生的壓力波不可避免地通過新風(fēng)口和排風(fēng)口傳入車內(nèi)，給乘客造成不舒適感。對于采用被動式壓力保護系統(tǒng)的高速動車組，壓力波控制系統(tǒng)通過布置在頭車的壓力波傳感器檢測車內(nèi)外壓力波動數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能識別的壓力信號傳輸給壓力波控制系統(tǒng)，位于空調(diào)控制柜內(nèi)的壓力波控制系統(tǒng)在接收到壓力信號后，通過控制板卡控制全列的新風(fēng)及廢排氣動閥門迅速打開或關(guān)閉。當(dāng)所有新風(fēng)及廢排閥門關(guān)閉時，可有效地阻止車外壓力波通過新風(fēng)及廢排風(fēng)口傳入車內(nèi)，其工作原理如圖1所示。

2 空調(diào)運行壓力影響側(cè)門開關(guān)故障

2.1 故障現(xiàn)象

（1）集控?zé)o法打開側(cè)門

在線運行期間，發(fā)生側(cè)門集控?zé)o法打開側(cè)門，此故障集中發(fā)生的車站有一個共同的特點，即車輛進站前要經(jīng)過比較長的隧道，并且在過隧道后最少3 min左右就進站停車。側(cè)門報故障為開門阻力過大，即主要是由于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的運行壓力差問題導(dǎo)致；壓力波保護系統(tǒng)報故障為客室空調(diào)壓力波保護閥門故障和司機室空調(diào)壓力波保護閥門故障，即主要指它們的壓力波保護系統(tǒng)的閥門故障問題導(dǎo)致。

圖1 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)工作原理示意圖

（2）集控?zé)o法關(guān)閉側(cè)門

在線運行期間，偶爾也會發(fā)生側(cè)門無法關(guān)閉的故障，車輛報故障為廢排電機接觸器故障；而在庫內(nèi)做開關(guān)門試驗時，最后關(guān)閉的一個側(cè)門會發(fā)生無法關(guān)閉問題，主要是由于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)問題導(dǎo)致車內(nèi)壓力過大。

2.2 故障原因分析

通過對多個側(cè)門進行開關(guān)門時的車內(nèi)壓力測試，側(cè)門一般在壓力不低于－100 Pa時能正常打開，在壓力不高于＋200 Pa時能正常關(guān)閉。

（1）集控?zé)o法打開側(cè)門

在對此高速動車組的線路壓力測試時，在某站出現(xiàn)了側(cè)門無法打開故障，故障前后車內(nèi)外壓差的測試曲線如圖2，從該圖可以看出，列車從隧道到進站大概7 min，車內(nèi)一直保持了－800 Pa左右的負壓，導(dǎo)致進站后無法集控開門。列車進站開門前，壓力波關(guān)閉信號一直存在，即控制新風(fēng)及廢排的閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，并且硬件監(jiān)視上報廢排閥門為關(guān)閉故障，由于車內(nèi)較高的負壓，引起集控?zé)o法打開側(cè)門。

圖2 某站車內(nèi)外壓差截圖

為了進一步查明原因，在靜態(tài)條件下對此故障車進行車內(nèi)壓力測試，當(dāng)監(jiān)控軟件模擬壓力波信號強制關(guān)閉全列閥門后，測量車內(nèi)壓力為－800 Pa左右；當(dāng)取消壓力波信號后，所有閥門打開，6 s后車內(nèi)恢復(fù)原壓力值為120 Pa。對于－800 Pa產(chǎn)生的原因，懷疑是因為有部分廢排氣動閥門有故障不能關(guān)閉，從而導(dǎo)致廢排風(fēng)機對整個車廂抽真空。為了證實這一猜想，在一列正常車輛上人為強制打開一個廢排閥門，重復(fù)以上試驗，結(jié)果表明，強制打開一個閥門后，車內(nèi)確實會產(chǎn)生－800 Pa左右的負壓。通過靜態(tài)故障模擬，再現(xiàn)出和線路故障相同的集控?zé)o法開門故障現(xiàn)象，同時測試了此故障發(fā)生前后的車內(nèi)壓力數(shù)值。

根據(jù)以上測試結(jié)果，得出空調(diào)運行壓力導(dǎo)致側(cè)門無法打開的原因，即車輛過隧道或會車時，壓力波控制系統(tǒng)發(fā)出指令，新風(fēng)和廢排氣動閥門關(guān)閉，在關(guān)閉指令下，全列至少有一個廢排閥門存在無法關(guān)閉的硬件故障，－800 Pa的車內(nèi)外壓差致使壓力保護系統(tǒng)認為此時有壓力波問題，空調(diào)控制系統(tǒng)將強制持續(xù)關(guān)閉所有閥門，從而車輛在進站后，車內(nèi)負壓不能消除，故側(cè)門無法打開。

（2）集控?zé)o法關(guān)閉側(cè)門

在車內(nèi)壓力為＋200 Pa時，集控?zé)o法關(guān)閉側(cè)門時報廢排風(fēng)機故障，分析認為與當(dāng)時車內(nèi)壓力情況和車門狀態(tài)有關(guān)，主要有以下兩種情況：

①在側(cè)門狀態(tài)正常情況下，若某個廢排風(fēng)機不工作，車內(nèi)壓力呈上升態(tài)勢，這樣最后關(guān)閉的側(cè)門處正壓過大，超過側(cè)門正常關(guān)閉允許的壓力值，故側(cè)門將無法正常關(guān)閉。

②在空調(diào)運行正常情況下，部分側(cè)門狀態(tài)不穩(wěn)定，承受車內(nèi)壓力的能力較差，在空調(diào)正常運行時產(chǎn)生的微正壓（最大120Pa）作用下就無法關(guān)閉側(cè)門。

3 廢排閥門故障原因分析

首先測試了在不同風(fēng)壓狀態(tài)下，各個閥門的故障情況，測試結(jié)果表明風(fēng)壓對KV閥故障的影響不是主要因素。然后對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安裝位置進行了詳細的分析，如圖3所示，廢排的KV閥是列車壓力保護系統(tǒng)執(zhí)行的關(guān)鍵部件，經(jīng)過對廢排KV閥安裝結(jié)構(gòu)的分析和試驗，得出故障率高的原因有以下兩點：

（1）KV閥豎直安裝在氣動閥門氣缸上，隨閥門一同上下動作，由于閥門氣缸是在氣動壓力800～1 000 MPa作用下且在0.5 s內(nèi)完成關(guān)閉，瞬時關(guān)閉對閥板沖擊力大，導(dǎo)致KV閥沖擊振動損壞。

（2）KV閥的電磁線圈安裝在閥體的下部，除承受氣動壓力外，還需克服自身的重力，即安裝方式使其內(nèi)部受力不合理。

圖3 KV閥故障原因分析

4 技術(shù)解決方案

4.1 廢排閥門安裝優(yōu)化

對廢排壓力波閥門的安裝位置進行優(yōu)化，即將廢排KV閥從振動大的閥門氣缸上移走，電磁閥正向安裝在振動較小的箱體壁面上，見圖4，從而消除由于振動等原因?qū)е碌腒V閥故障。

4.2 控制邏輯優(yōu)化

（1）優(yōu)化列車壓力波控制邏輯，當(dāng)車輛速度低于50 km/h時，頭車壓力波控制器忽略壓力波信號，強制所有新風(fēng)和廢排氣動閥門處于打開狀態(tài)，避免由于列車壓力波控制等原因引起車內(nèi)壓力過低而無法打開側(cè)門。

（2）優(yōu)化車輛空調(diào)控制器控制邏輯，在車輛速度低于50 km/h時，通過壓力波閥門旁路關(guān)閉閥門控制開關(guān)，打開本車新風(fēng)及廢排閥門，避免由于通訊原因造成的列車壓力波輸出指令失效導(dǎo)致的車內(nèi)壓力過低而無法打開側(cè)門。

（3）側(cè)門準(zhǔn)備關(guān)閉時，將空調(diào)送風(fēng)機轉(zhuǎn)速設(shè)置為低速，控制車內(nèi)壓力升高幅值，以有利于側(cè)門的關(guān)閉。優(yōu)化后的控制邏輯關(guān)系如圖5所示。

圖4 KV閥門整改前后方案對比

5 結(jié)束語

通過對KV閥安裝位置和壓力波控制邏輯及車輛控制器控制邏輯的優(yōu)化，解決了在線運行列車由于空調(diào)系統(tǒng)運行壓力導(dǎo)致側(cè)門無法正常開關(guān)而造成的晚點事故。

對整改完成后列車的靜止、環(huán)行線及正線運行試驗驗證表明，此解決方案行之有效。消除了廢排閥門的故障；同時在速度小于50 km/h，強制打開全列新風(fēng)及廢排閥門以解決高負壓無法開門問題，有效的解決了集控?zé)o法開門的故障；關(guān)門時，將通風(fēng)機轉(zhuǎn)速從高速降為低速，有效的解決了側(cè)門無法關(guān)閉問題。解決了空調(diào)系統(tǒng)運行壓力對側(cè)門開關(guān)的影響，對其他系統(tǒng)沒有影響。

圖5 空調(diào)運行壓力影響開關(guān)門的優(yōu)化控制邏輯

［1］ 曹艷華，李瑞淳.高速動車組空調(diào)系統(tǒng)壓力保護裝置［J］.國外鐵道車輛，2010，47（6）：16-21.

［2］ 項文路.現(xiàn)代城市軌道車輛空調(diào)系統(tǒng)的特點及發(fā)展方向［J］.鐵道機車車輛，2007，27（S1）：90-96.

［3］ 王小成，陳煥新.鐵路客車通風(fēng)系統(tǒng)的的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.制冷與空調(diào)，2003，（3）：59-61.

［4］ 程 熠.鐵道車輛排風(fēng)系統(tǒng)流動特性研究［D］.上海：同濟大學(xué)，2009.

Fault Analysis and Solutions of the Opening/Closing Side Door in High Speed EMUs

HU Zhen1，CAI Shunyin1，LI Yanqiu2，LI Dongbo1
（1 Research and Development Center，CNR Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035 Hebei，China；2 Department of Quality Control，CNR Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035 Hebei，China）

Air-conditioning ventilation system can produce a certain pressure difference between interior and exterior of coach in the high speed EMUs，and sliding plug door opened and closed need to be within the scope of certain pressure to work properly.In this paper，the cause of sliding plug door fault is analyzed，which mainly attributes to the difference of inside and out；and in order to ensure the normal opening and closing of a side door，improvement and optimization are adopted to the air-conditioning ventilation system.

air-conditioning；pressure；side door；opening/closing；valve of exhaust emission；optimization

U266.2

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.01.17

1008－7842（2014）01－0082－03

?）男，工程師（

2013－09－05）