crh5型動車組閘片摩擦體裂損檢測

crh5型動車組閘片摩擦體裂損檢測

2014年末，蘭新高鐵正式開通，采用crh5列車。蘭新高鐵是中國在高海拔地區(qū)修建的首條高速鐵路,全長1777km,最高海拔3640m,因此CRH5型動車組成為國內(nèi)穿行海拔最高的動車組。CRH5型動車組在蘭新線正式投入運(yùn)用后,其制動系統(tǒng)運(yùn)用良好,但在運(yùn)用一段時(shí)間后個(gè)別車陸續(xù)出現(xiàn)了閘片摩擦體裂損情況。1閘片裂損情況2015年2月3日,CRH5G—5143號車組首次出現(xiàn)閘片摩擦體裂損情況。截至同年3月中旬,CRH5型動車組共有91副閘片出現(xiàn)了不同程度的閘片摩擦體裂損問題,其中CRH5G型動車組67副,CRH5A型動車組24副。閘片摩擦體裂損情況見圖1。2原因分析2.1實(shí)際檢測結(jié)果根據(jù)統(tǒng)計(jì),閘片摩擦體裂損現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間與車組比較集中。為排查閘片是否存在批次的質(zhì)量問題,中車長春軌道客車股份有限公司聯(lián)合西南交通大學(xué)對存在摩擦體裂損的閘片摩擦塊的硬度、密度和化學(xué)成分進(jìn)行了檢測,檢測結(jié)果如下:(1)硬度。采用HB—3000C型電子布氏硬度計(jì),對送檢閘片與其他批次合格閘片的硬度進(jìn)行檢測。檢測時(shí)使用10mm球形壓頭,1000kg載荷,保載時(shí)間30s,測試結(jié)果見表1?？梢?送檢閘片硬度分布均勻,平均硬度(HBW)為33.1。(2)密度。對2副閘片進(jìn)行取樣,制成20×12×5mm立方體試樣,對其表面進(jìn)行研磨。采用DX—100E型電子密度計(jì)對送檢閘片與其他批次合格閘片的密度進(jìn)行檢測,測試結(jié)果見表2。可見,送檢閘片與其他批次合格閘片的密度相當(dāng)。(3)化學(xué)成分。使用HITACHIJSM—6490L型掃描電鏡(SEM)和GENESS2000XMS型X射線能譜儀(EDS)對閘片表面進(jìn)行了微觀形貌與化學(xué)成分檢測。在低倍放大視場下,送檢閘片的微觀形貌與其他批次完好閘片的微觀形貌基本相似(圖2),化學(xué)成分也基本相似。同時(shí),還對閘片各成分組元進(jìn)行了分析,2副閘片基本都由石墨、含Cr相、含F(xiàn)e相與Cu基體組成,并無太大差異。(4)剪切強(qiáng)度。使用強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)備對送檢閘片摩擦體自身剪切強(qiáng)度進(jìn)行了檢驗(yàn),實(shí)際測量的3次檢測結(jié)果見表3,均滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。從硬度、密度、微觀形貌、化學(xué)成分和剪切強(qiáng)度的對比結(jié)果來看,出現(xiàn)摩擦體裂損的閘片與其他批次合格閘片的各項(xiàng)指標(biāo)基本相似,未發(fā)現(xiàn)異常情況。2.2制動盤安裝情況針對配屬蘭新線出現(xiàn)閘片摩擦體裂損的動車組運(yùn)行區(qū)段進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)雖然由于各車組運(yùn)行交路和運(yùn)行時(shí)間存在差異,但是出現(xiàn)閘片摩擦體裂損較多的CRH5G—5143、CRH5G—5153、CRH5A—5052號車組大部分時(shí)間在蘭州—嘉峪關(guān)區(qū)段頻繁運(yùn)用,詳見表4。同時(shí),對上述以及其他出現(xiàn)裂損閘片動車組的摩擦體裂損情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)摩擦體裂損的閘片以動車動軸閘片為主,其中動軸摩擦體裂損的閘片為68副,拖軸的為23副,且拖軸閘片摩擦體裂損也是以動車的拖軸為主。觀察這些車組的制動盤表面,發(fā)現(xiàn)制動盤表面已出現(xiàn)過熱痕跡,并且動軸制動盤稍明顯。CRH5型動車組的動、拖軸配置見圖3,圖中實(shí)心圓表示動軸,空心圓表示拖軸。針對上述現(xiàn)象,對CRH5動車組常用制動力的分配邏輯進(jìn)行分析。(1)電制動正常工作時(shí),常用制動優(yōu)先施加電制動。電制動不足時(shí),在所有車的拖軸均勻施加空氣制動,正常常用制動工況下動軸空氣制動被電制動互鎖閥隔離,不施加任何空氣制動,只有在速度低于10km/h時(shí)互鎖閥被釋放,動車的動軸和拖軸才同時(shí)施加空氣制動用以接管電制動。在電制動正常工況下,動車組在20‰下坡道勻速運(yùn)行時(shí)電制動即可滿足制動力需求。(2)當(dāng)某個(gè)動車電制動失效時(shí),常用制動時(shí)優(yōu)先在該動車的動軸和拖軸上同時(shí)施加空氣制動以補(bǔ)充損失的電制動力。動車動軸安裝2個(gè)制動盤,而拖軸安裝3個(gè)制動盤,動軸閘片壓力約為拖軸閘片壓力的1.5倍。因此,運(yùn)用中動車組在電制動正常的情況下,其動軸基本不會施加空氣制動,不應(yīng)該出現(xiàn)比拖軸更嚴(yán)重的閘片裂損,而目前動車組動軸閘片短期就出現(xiàn)摩擦體裂損問題,可以推測該動車組出現(xiàn)了電制動失效情況。2.3回庫測試結(jié)果為調(diào)查動車組電制動失效情況,中車長客股份公司在西寧—嘉峪關(guān)南區(qū)段進(jìn)行了多次線路測試和調(diào)查分析。測試結(jié)果表明,在西寧—嘉峪關(guān)區(qū)段出現(xiàn)多次網(wǎng)壓持續(xù)超高的情況,時(shí)間累計(jì)超過1h,同時(shí)出現(xiàn)TCMS報(bào)電制動故障而動車動軸和拖軸同時(shí)施加空氣制動的情況。現(xiàn)選取其中一次的測試情況描述如下:2015年5月24日該區(qū)段網(wǎng)壓測試結(jié)果見圖4,可見11:17:44—11:58:00時(shí)間段內(nèi)(軍馬場站附近)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓持續(xù)大于29kV,持續(xù)時(shí)間超過40min。動車組回庫后下載相應(yīng)時(shí)間段的TCMS數(shù)據(jù)記錄,發(fā)現(xiàn)在同一時(shí)間段存在電制動失效故障。同時(shí),通過車載EBCU數(shù)據(jù)記錄裝置對同一時(shí)間段的制動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果見圖5。從圖5可以看出,在常用制動時(shí)動車均出現(xiàn)電制動不可用的情況,同時(shí)動車的動軸和拖軸制動缸均出現(xiàn)了壓力上升,以補(bǔ)充缺少的電制動。2.4制動盤溫度仿真計(jì)算調(diào)查發(fā)現(xiàn),蘭州西—嘉峪關(guān)南區(qū)段線路超過9‰的坡道共計(jì)有29個(gè),其中從軍馬場站—民樂站53km的線路為全程下坡,存在8個(gè)接近或超過20‰的下坡道,并且在民樂站下坡進(jìn)站停車;而蘭州西—嘉峪關(guān)南區(qū)段較多的出現(xiàn)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓大于29kV現(xiàn)象,同時(shí)存在電制動失效故障。中車長客股份公司聯(lián)合中國鐵道科學(xué)院對蘭州西—嘉峪關(guān)南區(qū)段線路運(yùn)行工況下的制動盤溫度進(jìn)行了仿真計(jì)算,每站都采用純空氣最大常用制動停車,并且考慮列車在下坡過程中保持車速施加制動的情況。動車動軸制動盤溫度計(jì)算結(jié)果見圖6。由圖6可知,全程動車動軸制動盤盤面溫度大致維持在330℃左右,但隨著坡道調(diào)速制動的加入,盤面最高溫度會受到顯著影響。特別是在軍馬場—民樂站區(qū)段(約45km)和民樂—張掖西區(qū)段,較大長度的連續(xù)下坡使盤面一直維持在較高溫度,同時(shí)在民樂站下坡進(jìn)站停車制動功率較大,盤面溫度瞬間有較大上升,最高溫度升至623℃。長大坡道導(dǎo)致制動盤摩擦副長時(shí)間處于較高溫度下工作,閘片及制動盤摩擦副的磨耗量增大。長時(shí)間高溫、高壓下運(yùn)行,可能引起閘片物理結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而影響閘片與制動盤的制動性能和使用壽命。采取降速模擬運(yùn)營計(jì)算,在軍馬場—張掖南區(qū)段列車限速120km/h,其余區(qū)段最高速度仍為180km/h。降速后動車動軸制動盤溫度計(jì)算結(jié)果見圖7。由圖7可知,線路上大部分區(qū)段溫升曲線與之前一致,在軍馬場—張掖南區(qū)段,由于列車采用限速120km/h方式運(yùn)行,盤面最高溫度下降至437℃,在摩擦塊允許溫度范圍之內(nèi)。2.5線路運(yùn)行模擬試驗(yàn)為驗(yàn)證CRH5型動車組在蘭新線網(wǎng)壓異常區(qū)段運(yùn)行閘片的真實(shí)溫度,中車長客股份公司聯(lián)合中車青島四方車輛研究所有限公司選取CRH5A—5053號車組在蘭州西—嘉峪關(guān)南區(qū)段進(jìn)行了電制動故障模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,在電制動故障條件下軍馬場—民樂區(qū)間動軸閘片最高溫度超過580℃,動軸制動缸壓力約212kPa。3線路運(yùn)用調(diào)查綜上分析,送檢的摩擦體裂損的閘片,其硬度、密度、微觀形貌和化學(xué)成分、剪切強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)均與其他批次檢驗(yàn)合格的閘片基本相似,不存在閘片批次質(zhì)量問題。蘭新線蘭州西—嘉峪關(guān)南間部分區(qū)段接觸網(wǎng)網(wǎng)壓長時(shí)間大于29kV,導(dǎo)致電制動失效,整個(gè)長大坡道的調(diào)速完全由空氣制動完成,使動軸閘片承受了更大的制動力,造成閘片溫升過高,并且承受了長時(shí)間