時(shí)速160動(dòng)力集中動(dòng)車組氣水控制盤防寒設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

時(shí)速160動(dòng)力集中動(dòng)車組氣水控制盤防寒設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

Summary:防寒采暖性能是車輛重要的總體技術(shù)指標(biāo)之一，本文結(jié)合160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組項(xiàng)目中氣水控制盤實(shí)際現(xiàn)狀及生產(chǎn)過程中遇到的問題，通過對(duì)比和分析現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，闡述氣水控制盤設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)要求，分析總結(jié)了適用于160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組真空集便裝置中重要組件氣水控制盤防寒采暖的優(yōu)化方案。Keys?：時(shí)速160動(dòng)力集中動(dòng)車組；防寒采暖；集便裝置；氣水控制盤；優(yōu)化設(shè)計(jì)概述根據(jù)中國國家鐵路集團(tuán)有限公司運(yùn)輸和經(jīng)營發(fā)展要求，由中國國家鐵路集團(tuán)有限公司和中國中車股份有限公司共同研制開發(fā)了時(shí)速160公里動(dòng)力集中電動(dòng)車組。該動(dòng)車組集合了25T型客車與高鐵的優(yōu)點(diǎn)，在衛(wèi)生間設(shè)計(jì)上做了很大改進(jìn)，同時(shí)也出現(xiàn)了很多新的問題。本文針對(duì)160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組（簡稱160公里）氣水控制盤實(shí)際生產(chǎn)中的問題，研究氣水控制盤防寒設(shè)計(jì)[1]方案。生產(chǎn)過程中遇到的問題及分析160公里在交車過程中有路局提出問題，氣水控制盤內(nèi)部水管路無防寒措施，有受凍風(fēng)險(xiǎn)。氣水控制盤作為真空集便系統(tǒng)的重要部件，主要由真空發(fā)生器、電磁閥、水增壓器、過濾減壓閥、單向閥、沖洗閥、防反噴止回閥、接線盒等部件組成，主要用來過濾列車提供的壓縮空氣，調(diào)節(jié)其壓力來滿足集便系統(tǒng)部件的需要，控制集便系統(tǒng)氣動(dòng)元件動(dòng)作。如圖1所示。因?yàn)闅馑刂票P的主要功能是提供壓力水源，水路在低溫環(huán)境下有受凍風(fēng)險(xiǎn)。若沒有保暖措施，環(huán)境溫度較低，水增壓裝置受凍風(fēng)險(xiǎn)較大。氣管路中為壓縮氣體，實(shí)際使用過程中可能會(huì)有少許水蒸氣，也有受凍風(fēng)險(xiǎn)。但是25型客車和標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組都未對(duì)氣水控制盤做防寒處理。因此需要對(duì)160公里衛(wèi)生間氣水控制盤是否需要防寒設(shè)計(jì)做出對(duì)比分析。圖1氣水控制盤2.1160公里與25型客車對(duì)比160公里與25型客車氣水控制盤結(jié)構(gòu)相同，均為統(tǒng)型結(jié)構(gòu)[1]。160公里衛(wèi)生間中氣水控制盤在整車相對(duì)位置如圖2所示。25型客車衛(wèi)生間中氣水控制盤在整車相對(duì)位置如圖3所示。圖2

160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組氣水控制盤在整車位置圖325型客車氣水控制盤在整車位置經(jīng)比較，160公里氣水控制盤安裝在整車的相對(duì)位置位置與25型客車基本相同，160公里衛(wèi)生間間壁采用采用鋁蜂窩復(fù)合板，與衛(wèi)生間一體，25型客車衛(wèi)生間為手糊玻璃鋼結(jié)構(gòu)，外面安裝內(nèi)裝間壁，

氣水控制盤具體安裝位置有所不同。25型客車氣水控制盤安裝在手糊玻璃鋼圍板的內(nèi)部即在衛(wèi)生間內(nèi)部，因?yàn)?5型客車氣水控制盤在衛(wèi)生間內(nèi)部，環(huán)境溫度即為車內(nèi)溫度，所以車輛未增加防寒保暖措施。160公里衛(wèi)生間氣水控制盤在衛(wèi)生間玻璃和車體側(cè)墻的夾層里，車門關(guān)閉狀態(tài)，環(huán)境溫度應(yīng)該也為車內(nèi)溫度；塞拉門在打開狀態(tài)下，衛(wèi)生間氣水控制盤與室外環(huán)境相通，氣水控制盤環(huán)境溫度即為室外溫度，如圖3。若沒有保暖措施，環(huán)境溫度較低，水增壓裝置受凍風(fēng)險(xiǎn)較大。氣管路中為壓縮氣體，實(shí)際使用過程中可能會(huì)有少許水蒸氣，也有受凍風(fēng)險(xiǎn)。圖4160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組氣水控制盤在整車位置圖5塞拉門打開狀態(tài)2.2160公里與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組氣水控制盤在整車相對(duì)位置對(duì)比160公里與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組氣水控制盤相比較，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組無氣水控制盤，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組用氣動(dòng)控制面板和水增壓器來實(shí)現(xiàn)便盆沖洗和污物抽吸排空作業(yè)。以M02車為例，該車采用1拖2的中轉(zhuǎn)式真空集便系統(tǒng)（緊湊型真空集便器）[2]，即一個(gè)氣動(dòng)控制面板控制兩個(gè)水增壓器。氣動(dòng)控制面板是集便系統(tǒng)的壓縮空氣分配單元，由消音器、截止閥、過濾調(diào)壓閥、管夾閥用壓縮空氣調(diào)壓閥、兩位兩通電磁閥、電磁閥塊、系統(tǒng)壓力開關(guān)、中轉(zhuǎn)箱壓力開關(guān)和中轉(zhuǎn)箱用壓縮空氣調(diào)壓閥組成，主要用于氣路的控制。水增壓器組成是集便系統(tǒng)的供水單元，主要由電磁閥塊，氣控閥，水增壓罐組成。水增壓器采用壓縮空氣進(jìn)行增壓，保證便器沖洗的良好效果。標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組氣動(dòng)控制面板在整車相對(duì)如圖6所示，整車位置與160公里大致相同。標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組衛(wèi)生間也為手糊玻璃鋼結(jié)構(gòu)，外面安裝內(nèi)裝間壁，與25型客車結(jié)構(gòu)類似。標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組氣動(dòng)控制面板安裝在衛(wèi)生間玻璃和車體側(cè)墻的夾層里，氣動(dòng)控制面板為氣體通路，現(xiàn)有車輛未增加防寒保暖措施。水增壓器在洗池臺(tái)面下方，與25型客車位置相似，環(huán)境溫度即為室內(nèi)溫度所以也未采取防寒措施。如圖7所示。圖6標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組氣動(dòng)控制面板在整車位置圖7氣動(dòng)控制面板安裝位置經(jīng)對(duì)比得出結(jié)論，160動(dòng)車組在運(yùn)行過程中，若列車到達(dá)站點(diǎn)，車門處于打開狀態(tài)，氣水控制盤有一段水管路裸露在室外環(huán)境中沒有保暖措施，需要對(duì)其采取防寒措施。優(yōu)化方案鐵路客車管路保溫及防凍一般采用自控溫伴熱帶。伴熱帶由導(dǎo)體、發(fā)熱體、絕緣層、屏蔽層、外護(hù)套組成[3]。如圖8所示。導(dǎo)體由多股絞合或編制的鍍錫或鍍鎳的銅線組成，絕緣層和外護(hù)套材質(zhì)采用耐腐蝕、阻燃和強(qiáng)度良好的塑料材料，屏蔽層采用鍍錫銅絲或其他金屬絲編織，并均勻覆蓋于絕緣層表面。在每根伴熱線內(nèi)部，母線之間的電路隨著溫度的變化而變化，當(dāng)伴熱帶外界的環(huán)境溫度下降時(shí)，導(dǎo)熱塑料產(chǎn)生微分子層的收縮，使碳粒連接形成的電路電阻變小，從而使電伴熱的功率上升，發(fā)熱量變大，當(dāng)電伴熱周圍的溫度升高時(shí)，導(dǎo)電塑料才生分子層的膨脹，使得碳粒間的距離變大，碳粒逐漸分離，從而引起由碳粒連接而形成的電路斷開，從而電阻上升，發(fā)熱量也隨之減少。相比較于其他的伴熱設(shè)施，自限溫伴熱帶最大的優(yōu)點(diǎn)是，他的溫度比較適中，不會(huì)太高也不會(huì)太低，這源于它的自動(dòng)調(diào)溫特性。圖8伴熱帶結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)有車輛的水路防寒設(shè)計(jì)一般將伴熱線直接纏繞在鋼管上。伴熱帶為扁平狀結(jié)構(gòu)，在安裝時(shí)將伴熱線直接纏繞在鋼管上，同時(shí)為了減少電伴熱的熱量損失，在伴熱帶外包扎纏繞防寒材料的保溫層。對(duì)于鋼管、電伴熱帶以及保溫層組成的系統(tǒng)而言，熱源為電伴熱帶，熱源發(fā)出的熱量通過鋼管和保溫層以不同的形式向外散發(fā)。熱量通過保溫層向外散失的方式主要為熱傳導(dǎo)，因?yàn)楸貙觽鳠嵯禂?shù)小，故該途徑散失熱量少。而鋼管的傳熱性能優(yōu)良，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到與之接觸的電伴熱線的表面溫度，所以伴熱帶發(fā)出的熱量主要通過管壁向管內(nèi)散失，達(dá)到保溫防寒的目的。電伴熱具有溫度梯度小，有較長的熱穩(wěn)定時(shí)間。比較適合長時(shí)間使用以及電熱轉(zhuǎn)化率遠(yuǎn)高于電加熱等特性。電伴熱的工作原理就是通過伴熱裝置散發(fā)熱量，以熱交換的方式彌補(bǔ)伴熱管道的熱量損失，從而達(dá)到升溫、保溫以及防凍的要求，滿足管道裝置的正常工作。氣水控制盤水路通路為水增壓器組成、沖水閥組成、水源接口和防凍排空接口。若達(dá)到氣水控制盤水管路防寒、保溫的目的，需對(duì)氣水控制盤做防寒設(shè)計(jì)改造?，F(xiàn)有兩種保溫方案對(duì)實(shí)際車輛做出防寒改造，現(xiàn)對(duì)兩種方案對(duì)比分析。

3.1方案一：在水管路處敷設(shè)電伴熱帶[4]。根據(jù)現(xiàn)有管路伴熱線防寒保溫設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般是在水管路表面敷設(shè)自控溫伴熱線。如圖9所示。此方案改動(dòng)量小。但是水管路未PU管，管路較細(xì)，且管子長度比較短，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自控溫電伴熱帶對(duì)管路的走向、彎曲半徑都有一定要求，伴熱帶難以服貼；管路也需要用防寒材料做保溫處理，空間難以滿足外部加防寒材需求；管路中還閥體，需要拆裝檢修，后期氣水控制盤維修也有困難。圖9氣水控制盤伴熱線示意（方案一）3.2方案二：做出保溫腔，隔斷熱橋。將需要防寒管路設(shè)計(jì)在保溫腔內(nèi)部。將氣水控制盤安裝支架上部及左右兩側(cè)封堵（因下部管路較多，下部未做封堵），并在內(nèi)壁貼10mm厚防寒材，形成保溫腔。伴熱線沿防寒材內(nèi)表面纏繞2圈，纏繞方式見圖10。此設(shè)計(jì)對(duì)氣路和水路都做到了防寒保溫。圖10氣水控制盤伴熱線示意（方案二）兩種設(shè)計(jì)方案對(duì)比：方案一不用更改氣水控制盤結(jié)構(gòu)，更改方便，但是水增壓器組成和沖水閥組成為異形結(jié)構(gòu)，且空間較小、還有可能磨損伴熱線，所有經(jīng)過伴熱線管路需做防護(hù)，伴熱線不好做保溫處理，防寒效果有限，不適合批量更改。方案二加熱效果相對(duì)較好，既能做到水路防寒也能兼顧氣路防寒；氣水控制盤支架左右兩側(cè)和頂部均需加補(bǔ)板固定，現(xiàn)車更改有一定難度?？紤]到防寒效果，最終選擇方案二。氣水控制盤增加保溫措施前后對(duì)比如圖11所示。優(yōu)化前（無保溫設(shè)計(jì)）

優(yōu)化后（方案二保溫設(shè)計(jì)）圖11氣水控制盤增加保溫措施前后對(duì)比結(jié)論目前160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組氣水控制盤防寒已完成批量改造，改造效果良好。本文定性分析了160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組氣水控制盤防寒設(shè)計(jì)原因，提供了氣水控制盤防寒設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，為氣水控制盤防寒、保溫設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)思路，具有一定的借鑒性。Reference