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【摘 要】对某高速动车组废排单元风机故障进行了分析研究，并提出了改进措施，为动车组废排单元风机的维修和设计提供了经验。
【关键词】高速动车组；废排单元风机；故障
0.引言
高速动车组在铁路客车装备中占据着越来越重要的位置，高度集成了各方面的尖端技术，涉及九大关键技术以及十大配套技术[1]，空调系统作为高速动车组十大配套技术之一，具有保证旅客舒适安全、保障车辆正常运行的作用[2]。废排单元是高速动车组空调系统中的一个重要部件，承载着车内通风换气以及车内压力波保护的功能，废排单元若发生故障，卫生间、厨房、电器柜等车内的废气会造成车内空气污染或者导致车外的压力波动传到车内，大大降低了车内舒适度，甚至会引起部分旅客不适。
某高速动车组自运营以来，废排单元内的风机连续出现异响、烧损等故障，影响了动车组的正常运营，本文对其故障原因进行了分析，并提出了改进措施，对后续的保养、维修提供了经验。
1.故障现象
根据故障统计数据分析，2013年起，某高速动组共发生废排风机故障6起，2014年7月份以来约发生14起，故障公里数在3级修及四级修之间，故障现象集中表现为风机异响，废排气流故障。
2.原因分析
2.1风机与轴承拆解
为找出废排风机故障原因，对一列进厂四级修的动车组废排风机及及其轴承进行现场拆解，该列车运营里程193万公里。如图1所示，对 16台废排风机进行拆解，并对其中12个上轴承和4个下轴承进行拆解，另外4个上轴承和1个下轴承由风机厂家送往轴承厂家进行进一步的检测和分析，故未对其进行现场拆解。
从风机拆解情况来看，拆解下来的风机外观情况不一，图1为序列号为1012/15和1010的风机外观状况，前者风机壳体内外腐蚀严重，初步判断为水或其他化学物质导致腐蚀，序列号为1010的风机腐蚀较轻。
废排风机所选轴承为SKF品牌，具体牌号为：6204-2Z/C3WT，即深沟球轴承，使用的是含有稠度为NLGI级2-3级的聚脲类增稠剂的油脂，温度范围为摄氏-40℃至+160℃（普通填充量）。如图2所示，在拆解的16个轴承中，几乎全部轴承的润滑脂均发生变质，即发红、发黑，通过手动转动轴承发现部分轴承存在塞滞现象，个别轴承出现轻微点蚀（一般所安装电机腐蚀较严重）。
如下图3所示，将拆解后的风机及轴承与全新轴承做对比，发现所有被拆解开的轴承润滑脂均出现发黄、发红甚至发黑现象，因该种类型轴承为非完全密封轴承，而废排单元又位于车下设备舱内，工作环境比较恶劣，同时由于密封不良，在风机工作时可能使工作环境的杂质、灰尘等侵入轴承，造成轴承润滑脂逐渐变质、并且使轴承滚动体和滚道产生磨粒磨损，导致轴承发生早期失效，故初步判断是污染至润滑脂变质从而导致的轴承早期失效。
为进一步验证初步分析的风机故障原因，对风机轴承中的油脂成分进行了红外光谱和元素分析，同时对轴承的寿命及其升温情况进行了理论校核。
2.2润滑脂成分分析
2.2.1测试样品
6204-2Z/C3WT中的油脂、冷却膏DALOC 3561。
2.2.2测试方法
红外光谱和元素分析分别基于标准ASTM E1252和ASTM7303。
2.2.3测试仪器
傅里叶转换红外光谱仪，布鲁克（GMCS-CL-503）、电感耦合等离子体光谱仪，热电公司（GMCS-CL-504）。
2.2.4结果与分析
废排风机轴承中红外光谱和元素分析结果分别见图4和表1所示。
紫色-新鲜油脂GWB，蓝色-轴承6204-2Z/C3WT中的油脂，红色-冷却膏DALOC 3561
从图4可以看出，油脂GWB主要是由聚脲稠化剂（吸收峰3326、1633、1596、1566cm-1）和酯油（吸收峰1727、1235、1111、1020cm-1）组成。和新鲜油脂相比，6204-2Z/C3WT中的油脂在1020-1111cm-1出现宽的吸收峰，此吸收峰的出现可能是油脂受到冷却膏DALOC3561的污染。
表1的元素分析结果显示轴承6204-2Z/C3WT油脂中铁、硅含量均有所增加。
2.3轴承寿命评估
输入条件。
轴承工作条件见表2。
根据以上输入条件，轴向载荷取450N，径向载荷取70N，防尘盖污染系数取0.4，建立轴承寿命计算模型，结果如下：
轴承理论计算疲劳L10寿命（h）大于100000h，润滑脂L10寿命约为39400h。
由计算结果可以看出，轴承疲劳寿命大于100000h，润滑脂寿命约为39400h，而所有故障的动车组基本均未到四级修修程（240万公里），运行时间约为20000小时，远少于轴承及润滑脂的使用寿命。
3.结论及建议
从以上分析结果得知，废排单元风机轴承在远未到使用寿命时润滑脂出现不同程度的变质和污染，这是导致轴承失效及风机异响的主要原因，由此可以看出，轴承的密封结构存在一定程度的的缺陷，或者此种轴承型号不适合在高速动车组的车下废排单元风机中应用。
根据分析结果，考虑车下废排单元恶劣的运行环境，建议废排风机采用密封结构良好的轴承，以防止润滑脂在远未达到寿命时受到污染及变质。对于在线运营的风机，建议进行筛查，根据风机是否有异响判断润滑脂是否受到污染，如若有异响，可适时进行更换，对于正常运营的风机，在三级修或四级修时，可统一将风机轴承进行更换。
【参考文献】
[1]李秋梅.四种型式动车组辅助供电系统和空调系统的对比分析[J].机械与电气，2011（11）：38-39.
[2]顿小红.我国4种型式铁路高速动车组空调系统的比较研究[J].装备制造技术，2010（9）：31-33.
【关键词】高速动车组；废排单元风机；故障
0.引言
高速动车组在铁路客车装备中占据着越来越重要的位置，高度集成了各方面的尖端技术，涉及九大关键技术以及十大配套技术[1]，空调系统作为高速动车组十大配套技术之一，具有保证旅客舒适安全、保障车辆正常运行的作用[2]。废排单元是高速动车组空调系统中的一个重要部件，承载着车内通风换气以及车内压力波保护的功能，废排单元若发生故障，卫生间、厨房、电器柜等车内的废气会造成车内空气污染或者导致车外的压力波动传到车内，大大降低了车内舒适度，甚至会引起部分旅客不适。
某高速动车组自运营以来，废排单元内的风机连续出现异响、烧损等故障，影响了动车组的正常运营，本文对其故障原因进行了分析，并提出了改进措施，对后续的保养、维修提供了经验。
1.故障现象
根据故障统计数据分析，2013年起，某高速动组共发生废排风机故障6起，2014年7月份以来约发生14起，故障公里数在3级修及四级修之间，故障现象集中表现为风机异响，废排气流故障。
2.原因分析
2.1风机与轴承拆解
为找出废排风机故障原因，对一列进厂四级修的动车组废排风机及及其轴承进行现场拆解，该列车运营里程193万公里。如图1所示，对 16台废排风机进行拆解，并对其中12个上轴承和4个下轴承进行拆解，另外4个上轴承和1个下轴承由风机厂家送往轴承厂家进行进一步的检测和分析，故未对其进行现场拆解。
从风机拆解情况来看，拆解下来的风机外观情况不一，图1为序列号为1012/15和1010的风机外观状况，前者风机壳体内外腐蚀严重，初步判断为水或其他化学物质导致腐蚀，序列号为1010的风机腐蚀较轻。
废排风机所选轴承为SKF品牌，具体牌号为：6204-2Z/C3WT，即深沟球轴承，使用的是含有稠度为NLGI级2-3级的聚脲类增稠剂的油脂，温度范围为摄氏-40℃至+160℃（普通填充量）。如图2所示，在拆解的16个轴承中，几乎全部轴承的润滑脂均发生变质，即发红、发黑，通过手动转动轴承发现部分轴承存在塞滞现象，个别轴承出现轻微点蚀（一般所安装电机腐蚀较严重）。
如下图3所示，将拆解后的风机及轴承与全新轴承做对比，发现所有被拆解开的轴承润滑脂均出现发黄、发红甚至发黑现象，因该种类型轴承为非完全密封轴承，而废排单元又位于车下设备舱内，工作环境比较恶劣，同时由于密封不良，在风机工作时可能使工作环境的杂质、灰尘等侵入轴承，造成轴承润滑脂逐渐变质、并且使轴承滚动体和滚道产生磨粒磨损，导致轴承发生早期失效，故初步判断是污染至润滑脂变质从而导致的轴承早期失效。
为进一步验证初步分析的风机故障原因，对风机轴承中的油脂成分进行了红外光谱和元素分析，同时对轴承的寿命及其升温情况进行了理论校核。
2.2润滑脂成分分析
2.2.1测试样品
6204-2Z/C3WT中的油脂、冷却膏DALOC 3561。
2.2.2测试方法
红外光谱和元素分析分别基于标准ASTM E1252和ASTM7303。
2.2.3测试仪器
傅里叶转换红外光谱仪，布鲁克（GMCS-CL-503）、电感耦合等离子体光谱仪，热电公司（GMCS-CL-504）。
2.2.4结果与分析
废排风机轴承中红外光谱和元素分析结果分别见图4和表1所示。
紫色-新鲜油脂GWB，蓝色-轴承6204-2Z/C3WT中的油脂，红色-冷却膏DALOC 3561
从图4可以看出，油脂GWB主要是由聚脲稠化剂（吸收峰3326、1633、1596、1566cm-1）和酯油（吸收峰1727、1235、1111、1020cm-1）组成。和新鲜油脂相比，6204-2Z/C3WT中的油脂在1020-1111cm-1出现宽的吸收峰，此吸收峰的出现可能是油脂受到冷却膏DALOC3561的污染。
表1的元素分析结果显示轴承6204-2Z/C3WT油脂中铁、硅含量均有所增加。
2.3轴承寿命评估
输入条件。
轴承工作条件见表2。
根据以上输入条件，轴向载荷取450N，径向载荷取70N，防尘盖污染系数取0.4，建立轴承寿命计算模型，结果如下：
轴承理论计算疲劳L10寿命（h）大于100000h，润滑脂L10寿命约为39400h。
由计算结果可以看出，轴承疲劳寿命大于100000h，润滑脂寿命约为39400h，而所有故障的动车组基本均未到四级修修程（240万公里），运行时间约为20000小时，远少于轴承及润滑脂的使用寿命。
3.结论及建议
从以上分析结果得知，废排单元风机轴承在远未到使用寿命时润滑脂出现不同程度的变质和污染，这是导致轴承失效及风机异响的主要原因，由此可以看出，轴承的密封结构存在一定程度的的缺陷，或者此种轴承型号不适合在高速动车组的车下废排单元风机中应用。
根据分析结果，考虑车下废排单元恶劣的运行环境，建议废排风机采用密封结构良好的轴承，以防止润滑脂在远未达到寿命时受到污染及变质。对于在线运营的风机，建议进行筛查，根据风机是否有异响判断润滑脂是否受到污染，如若有异响，可适时进行更换，对于正常运营的风机，在三级修或四级修时，可统一将风机轴承进行更换。
【参考文献】
[1]李秋梅.四种型式动车组辅助供电系统和空调系统的对比分析[J].机械与电气，2011（11）：38-39.
[2]顿小红.我国4种型式铁路高速动车组空调系统的比较研究[J].装备制造技术，2010（9）：31-33.