新疆环境下CR200J型动车组塞拉门站台补偿器故障分析及改进

樊立新，石邹亮，韩春刚，尹鹏飞，张 杰，潘新民

(1.中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011； 2.中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063035； 3.新疆维吾尔自治区气象服务中心，新疆 乌鲁木齐 830002)

随着国民经济迅猛发展和人民生活水平日益提高，为满足广大乘客在舒适性、经济性、安全性等方面的需求，时速160 km“复兴号”CR200J型动力集中动车组(下文简称动力集中动车组)应运而生[1]。动力集中动车组的投入使用，对普速客车实施了转换升级，逐步推行普速列车动车化，以夕发朝至和“三进”直通列车为主[2]。中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司配属了20组动力集中动车组陆续替换城际列车，逐步替代普速列车开通乌鲁木齐站至库尔勒、奎屯、博尔塔拉、伊宁、霍尔果斯、克拉玛依站。动力集中动车组途经高寒、暴雪、温差大的运行区段，出现了多起动力集中动车组塞拉门站台补偿器故障。文献[3]对动力集中动车组塞拉门控制系统原理及失效模式进行了分析，对典型的控制电源断开、车门控制按钮不亮故障进行了分析，给出了处置建议。文献[4]提出了CRH380BL型动车组塞拉门运行途中塞拉门故障应急处理方法。文献[5]对CRH380型动车组塞拉门运用过程中发生的常见故障进行了分析，给出了故障处理方法。文献[6]对CRH380BG型动车组塞拉门站台补偿器故障进行了分析。文献[7]从整体结构、材料、零部件选型和冷凝水防护等方面对塞拉门低温适应性进行了设计研究。文献[8]对塞拉门橡胶密封条进行了仿真与试验，确定了不同硬度密封条的材料参数。文献[9]构建了CRH380B系列动车组塞拉门无法开启故障的故障树，并进行了定性及定量分析。文献[10]对CRH380B型动车组塞拉门结构及主要部件工作原理进行了分析，研究了塞拉门在运用中常见的故障及处理方法。文献[11]针对动力集中动车组站台补偿器故障，从补偿器结构、工作方式、控制原理进行了分析，得出了站台补偿器故障主要原因为齿轮卡滞、电动机制动器故障、翻版扣手与伸缩踏板干涉卡滞，并提出了优化方案。由于新疆特殊运行环境的影响，动力集中动车组塞拉门站台补偿器故障有所差异，自2020年12月至2021年3月累计发生站台补偿器未伸出故障102次，从故障发生的季节看均发生在冬季。为了降低站台补偿器故障率，本文对动力集中动车组站台补偿器的工作原理、运行环境、塞拉门结构及站台补偿器故障原因进行了分析，并制定了切实可行的改进方案。

1 塞拉门站台补偿器工作原理

动力集中动车组塞拉门采用电控气动塞拉门，塞拉门锁闭机构由主锁、辅助锁、独立保险锁(隔离锁)组成。门扇采用质量轻、强度高及密封性能良好的铝蜂窝复合结构，密封结构采用整体密封框加密封胶条的形式，安全可靠，密封性良好[12]。为了切实有效地保障乘客上下车安全及产品结构的提升，动力集中动车组采用了站台补偿器，主要由脚踏板、间隙补偿器、驱动装置、链接铰链、水平锁、气弹簧组件组成[13]。当动车组在高站台停靠时，按下司机室操作台的开门按钮，塞拉门会自动打开。当塞拉门打开到位后，站台补偿器伸出，动车组与站台之间的间隙得到有效补偿，方便乘客乘降的同时可保障乘客安全。站台补偿器作为动车组内装设备的关键部件，当其发生故障不能伸出时会影响乘客的乘降安全。因此，非常有必要对动力集中动车组塞拉门站台补偿器故障进行分析并提出改进方案。

2 运行环境分析

2020年12月—2021年3月，站台补偿器未伸出故障主要集中在乌鲁木齐至奎屯区段、奎屯至克拉玛依区段、博尔塔拉站及伊宁站。经入库检查，下滑道塞拉门开到位处有结冰现象，如图1所示。经分析，是由于下滑道积冰积雪使得门开到位信号未被触发，导致塞拉门站台补偿器不能正常伸出。

图1 塞拉门下滑道结冰

2.1 高寒气候影响分析

选取1991—2020年新疆极端低温进行研究分析，南疆线冬季铁路沿线累年极端低温为-30～-20 ℃，奎北线冬季铁路沿线累年极端低温为-40～-30 ℃。可知，南疆地区气温高，北疆地区气温低。站台补偿器102次故障中有99次发生在北疆线路，可以得出，北疆地区气温低是影响塞拉门站台补偿器不能伸出的一个外部因素。

2.2 暴雪天气影响分析

乌鲁木齐、伊宁年均暴雪天数3～4天[14]。分析气象数据发现，新疆累年平均降雪天数为37.1天，降雪主要集中在北疆地区、南疆西部山区、东疆北部山区，而南疆盆地、东疆地区很少出现降雪天气。对于南疆铁路而言，动力集中动车组运行沿线全年基本无降雪天气，可忽略不计。降雪主要集中在北疆地区，站台补偿器102次故障中有100次发生在降雪期间，可以得出，降雪是影响塞拉门站台补偿器无法伸出的一个外部因素。

3 塞拉门结构分析

对发生故障的站台补偿器进行拆解，各部件状态良好。现场检查发现，防护罩内侧末端及车体门框橡胶挡处结冰，门扇下支架被积冰阻挡导致车门开不到位，使得门开到位开关未被触发，不能控制站台补偿器踏板自动伸出。

3.1 开到位限位开关位置分析

当动车组在高站台停靠时，按下司机室操作台的开门按钮，塞拉门会自动打开，无杆汽缸上开到位限位开关触发后，站台补偿器伸出，如图2所示。因此，无杆汽缸上开到位限位开关位置对塞拉门站台补偿器是否伸出起关键作用。改造前塞拉门开到位限位开关触发时，门扇与站台补偿器踏板的间距为85 mm。如果塞拉门在打开过程中受到异物、冰雪的阻碍，会使间距产生偏差，导致无杆汽缸上开到位限位开关无法被触发，进而影响站台补偿器的伸出。

图2 无杆汽缸上开到位限位开关位置

3.2 脚蹬区域结冰分析

车体脚蹬采用夹层隔热结构，脚蹬前端、侧端及后门框均为4 mm单板结构。单板结构隔热性能差，容易形成结冰。当动力集中动车组运行时，迎风面的脚蹬及防护罩端部结冰更加严重，导致对应的车内位置温度达到冰点以下，内部会形成凝露、结霜，加上外部卷入冰雪聚集在此处形成结冰，如图3所示。因此隔热性能差是造成脚蹬区域结冰的主要原因。

图3 01车与02车同侧相邻车门下部结冰对比

3.3 伴热区域有盲区

在寒冷气候条件下，塞拉门打开时，防护罩内侧冷凝水和车外卷入冰雪容易积聚冻结在防护罩端部，而防护罩端部槽钢及脚蹬底板为单板结构，其隔热性能差且无伴热，导致该区域容易产生结冰，如图4所示。

图4 防护罩端部结冰

4 改进措施

4.1 调整开到位限位开关

将无杆汽缸上开到位限位开关向关门方向调整，门开到位开关提前触发，可有效避开易结冰区段对站台补偿器动作的影响。将塞拉门开到位限位开关触发时门扇与站台补偿器踏板的间距由85 mm调整为20 mm，既满足了门开到位限位开关触发的条件，又避免了站台补偿器与门扇的干涉，如图5所示。

图5 调整前后塞拉门开到位限位开关触发时状态对比

4.2 贴隔热泡棉

在脚蹬前端面和密封门框车内侧容易形成冷凝水的部位贴隔热泡棉(图6)，隔热泡棉采用弹性绝热材料，具有稳定可靠的物理性能，可以避免此区域产生冷凝水或结冰。

图6 贴隔热泡棉位置

4.3 增加伴热模块

加大塞拉门防护罩伴热模块的伴热面积及功率，增加防护罩端部伴热模块，消除伴热盲区。在保证车辆与接口不变的前提下，在原有防护罩上安装新增伴热模块，更换接线盒内端子排。新增伴热模块如图7所示。

图7 防护罩新增伴热模块

对后续新造高寒地区的动力集中动车组塞拉门增加伴热能力，加大伴热功率。经优化后，720开度伴热线长度为5.5 m，840开度伴热线长度为6.2 m，720开度总功率为363 W，840开度总功率为409 W，功率分别提升为57.1%和77.1%，可有效降低结冰情况的发生。新造动车组塞拉门伴热模块如图8所示。

图8 新造动车组塞拉门伴热模块

5 结论

本文针对时速160 km动力集中动车组在新疆高寒、暴雪环境下塞拉门站台补偿器不能伸出故障，从发生区段、高寒暴雪天气、塞拉门结构等方面进行了分析，并提出了改进措施。改进后，站台补偿器故障由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。经研究分析，得出以下结论：

(1) 高寒、暴雪天气是导致塞拉门站台补偿器不能伸出的外部原因。

(2) 开到位限位开关位置、单板结构隔热性能差、伴热区域有盲区是导致塞拉门站台补偿器不能伸出的内部原因。

(3) 调整开到位限位开关、脚蹬区域单板结构贴隔热泡棉、增加防护罩伴热模块等改进措施可以确保塞拉门站台补偿器正常伸出。