动车组雪天运行安全控制措施

李习桥， 刘 涛， 刘兴民， 杨一雄

(中国铁路沈阳局集团有限公司 车辆处， 沈阳 110001)

动车组冬季在雪地里运行，线路积雪、接触网结冰对动车组本身的影响非常大，经常会发生动车组车外部件击打损坏甚至脱落的故障，严重危及动车组运行安全。对动车组冬季运行的安全控制措施进行了介绍。

1 动车组雪天运行积冰积雪规律分析

1.1 不同车型积雪程度不同

CRH5型动车组运行速度低，转向架结构空间较大，积冰积雪较少；CRH380BG型动车组运行速度高，转向架结构紧凑，积冰积雪较多。图1，图2是同时运行在哈大线上CRH5型动车组和CRH380BG型动车组走行部积冰积雪对比。

图1 CRH5型动车组

图2 CRH380BG型动车组

1.2 同一车型中间车和动力车积雪严重

因空气涡旋影响，动车组中间车较两端车积雪严重；动力车因齿轮箱、电机运行发热造成积冰积雪严重。

图3 牵引电机周围积雪严重

1.3 动检车积冰积雪严重

动检车雪后首趟开行，线路积雪没有被清理，动车组高速运行时卷起的积雪在走行部区域翻滚，车下部件积雪严重。

1.4 运行在温差跨度大区间的动车组积冰严重

动车组积雪后进入温度高地区部分积雪融化，走行部部件上附着雪与水的混合物，再折返运行到温度低地区时发生快速结冰。

1.5 环境温度下降时积冰加快

下午4:30之后环境温度下降，走行部发热部件化雪成水，水渗入积雪部件上冻结，造成走行部积冰速度加快。

1.6 降雪黏稠容易产生车体击打

-5 ℃以上降雪普遍黏稠，走行部部件积雪厚重且冻结不实，动车组过道岔或下闸调速时容易发生转向架积雪成块脱落；进入隧道或会车时气流变化也容易造成积雪成块脱落。脱落的雪块激起道砟形成链式击打反应，车下翻滚道砟击打走行部配或轨边设备；斜蹿出车体外道砟击打路堑、上跨桥、隧道壁甚至接触网杆等反弹后击打动车组侧窗玻璃，如图4。

图4 雪天动车组玻璃击打示意图

1.7 温度高接触网容易结冰

0 ℃～-5 ℃降雨、雪、雾时接触网容易覆冰。温度低时接触网形成柱状结冰，温度稍高时形成垂挂冰凌，如图5，图6。

图5 接触网柱状结冰

图6 接触网垂挂冰凌

2 运行动车组雪天控制措施

确保动车组雪天运行安全的主要手段是监控动车组积冰积雪状态和弓网受流状态，最有效的解决方式是动车组降速或更换车体。

2.1 监控手段

2.1.1设备监控

(1)动车组运行故障动态图像检测系统(TEDS设备)。各客专线及快速线均按规划安装了TEDS设备，该设备对通过的动车组走行部车下及两侧进行拍照、合成，在监控终端可以清晰看到走行部积冰积雪状态，为降速及更换车体提供依据。

图7 TEDS反馈车下积雪情况

(2)综合视频系统。高铁的综合视频系统白天可以清晰看到接触网结冰状态，车站视频系统也能起到同样的作用，为降速和启动刮冰车提供依据。

2.1.2人员监控

(1)司乘人员监控。司机和机械师在运行动车组的司机室监控，一方面可以直接看到接触网结冰状态，另一方面从车体振动上能反应空气弹簧、高度阀被冰雪塞满或冻结；从弓网受流不畅、频繁跳主断路器的现象反应接触网结冰严重。

(2)驻站人员监控。不是所有运行动车组都经过TEDS探测站，在降雪区段还要通过在车站派驻经验丰富的专业人员，对通过动车组利用站停时间进行走行部积冰积雪状态检查，可以做出最准确的更换车体决策。

2.2 降速建议标准

根据监控结果，发生以下情况时需要进行动车组降速。

(1)当无砟轨道区段轨枕板积雪厚度10 cm以上时，限速200 km/h及以下运行；有砟轨道区段道砟面积雪厚度5 cm以上时，限速160 km/h及以下运行。

(2)若发生晃车，动车组降速至160 km/h运行，如仍晃车则继续降速，直至晃车现象消除为止。

(3)若发生车底击打，动车组降速到没有击打为止，然后再按20 km/h逐级提速；若发生隧道口打玻璃，后续动车组限速80 km/h通过。

(4)若发生车体振动，动车组降速到没有振动或振动明显减少为止，维持运行至前方站更换车体。

(5)若发生受流不畅、频繁跳主断路器，动车组限速160 km/h及以下运行，直至受流平稳。

2.3 更换车体建议标准

根据监控结果，运行动车组发生以下情况时需要立即组织更换车体，否则不能保证动车组安全运行。

(1)构架与车体间全部被冰雪塞满。

(2)高度阀被冰雪塞满或冻结。

(3)一系钢弹簧间隙被冰雪塞满。

(4)空气弹簧胶囊周围被冰雪塞满、无间隙或间隙过小。

(5)制动夹钳单元被冰雪覆盖或冻结。

(6)车体持续振动。

(7)受电弓击打损坏。

(8)主断路器覆满积雪。

3 接触网覆冰控制措施

3.1 接触网覆冰危害

(1)弓网受流不畅，动车组频繁跳主断路器。

(2)接触网、腕臂上结冰脱落，损坏受电弓供风管路，造成动车组自动降弓。

(3)受电弓击打损坏，造成动车组无电救援。

(4)弓网间持续打火，碳滑板铝基板电蚀漏风。

3.2 接触网覆冰控制措施

一般来说，车流密度大的客专线接触网覆冰缓慢，影响不大；车流密度小的线路或天窗时间有雨、雪、雾时覆冰迅速，必须采取刮冰措施。

刮冰可使用动车组或电力机车，刮冰时采用铜碳复合滑板(如图8)，使用铜基部分担当刮冰任务，但要限制最高速度不能超过160 km/h。天窗时间内刮冰作业要不间断进行，持续到次日正常开行车组上线方可结束；车流密度小的线路刮冰车要与图定车穿插开行。

图8 铜碳复合滑板

4 雪后控制措施

雪后两天线路积雪没有固化，动车组运行时积雪仍然会被卷起，走行部积冰积雪依然严重，建议仍然按照降雪天气的措施进行控制。

5 动车组自身完善建议

5.1 空气动力学优化

以CRH5型和CRH380BG型动车组为例，在雪天运行时车下气流对线路积雪的作用不一样， CRH5型动车组从第1辆开始就对线路积雪有分散作用，而CRH380BG型动车组从运行方向后数第5辆才有分散积雪的作用，CRH5型动车组对积雪的分散作用明显优于CRH380BG型动车组，可有效避免线路积雪在走行部堆积。建议在后续设计高寒动车组时要充分优化动车组的空气动力学性能。

图9 CRH5型动车组

图10 CRH380BG型动车组

5.2 主要风险规避

5.2.1制动盘异常磨耗

2012—2014年，哈大线冰雪天气运行动车组最多的故障是制动盘异常磨耗，产生原因是盘、片间制动过程中产生的过热金属颗粒遇到冰雪产生淬火效果，硬质颗粒不能从摩擦副中脱出，对闸盘产生切削作用，造成制动盘异常磨耗(如图11)。解决异常磨耗需要从两方面进行优化：一是增大闸片上研磨子之间的间隙(如图12)；二是增大制动盘与闸片之间的间隙，两种方式方便硬质颗粒从摩擦副间脱离，降低制动盘异常磨耗概率。

图11 制动盘异常磨耗

图12 大小间隙闸片对比

5.2.2闸片击打脱落

动车组在雪天运行时，积冰积雪脱落激起道砟击打走行部及侧窗玻璃是不可避免的，而走行部最容易脱落的配件就是闸片。闸片脱落有两种形式，一是锁铁受击打失效；二是闸片托受击打破损。后续设计高寒动车组时有必要对锁铁进行防护、增加闸片托进行强度。

5.2.3受电弓供风管路破损

CRH5型动车组受电弓供风管为软质胶管，沿受电弓上、下臂裸露布置，在接触网脱落冰凌的情况下非常容易击打破裂漏风，造成动车组自动降弓。建议对软质胶管进行防护或更换材料。

5.2.4部件反霜及进水控制

北方运用动车组，从-30 ℃的运行环境到库内30 ℃ 的检修环境，车端大线端子排、变流器、蓄电池箱等均会反霜产生冷凝水，造成接线排烧损、牵引变流器切除、低压短路等故障；齿轮箱、主断路器、接线盒等密封不良进水，产生的次生灾害也很大。后续设计高寒动车组在密封措施上要进行优化和控制。

6 动车组融冰除雪积累经验

(1)提升检查库内温度。在动车组入库前4 h开启融冰除雪设备、热风机组和提高供热管网温度，让库内温度提升到最佳状态。

(2)合理安排作业计划。根据TEDS设备和驻站人员反馈信息，优先安排积冰积雪严重的动车组入融冰除雪库进行作业。

(3)优化作业组织。一是采取先断电、后供电的作业模式；二是充分利用高压清洗机、地面上水管、消防水带和尼龙铲等融冰除雪设备，在动车组入库15～20 min后，按地沟、车体两侧三个作业面同步推进的方式集中除雪；三是融冰除雪后进行的技术检查作业，要重点确认闸片托、制动盘、距离轨面较低的紧固螺栓状态。

(4)防止调车冒进。入库动车组停留必须超过1 h，进行充分回温，防止制动盘、闸片缓霜结冰造成制动力不足；走行部融冰除雪彻底后方可进行一级修作业，所有动车组严禁带冰出库；出库前对制动盘进行擦拭，避免制动盘表面形成水膜出库结冰降低制动力；出库至停留线停车前，在5 km/h，10 km/h，15 km/h速度时分别施加1次空气制动，用以清除制动盘和闸片之间的结冰。

(5)防止停留动车组冻结。融冰除雪后动车组库外停留20 min内，要对动车组进行拉动试验，避免车轮与钢轨、闸片与闸盘间发生冻结。

7 结束语

动车组雪天运行的危害主要来源于线路积雪，动车组无论如何优化都不能改变冰雪覆盖走行部的客观条件。如果在动车组上线前利用移动的机械化设备清理线路积雪，动车组雪天运行与没有积雪的运行条件高度相似，可以规避很多风险。若能从实际出发，研制开发高速移动的线路清雪设备，将会更加完善高寒高铁运用检修体系。