時速160動力集中動車組氣水控制盤防寒設(shè)計優(yōu)化研究

時速160動力集中動車組氣水控制盤防寒設(shè)計優(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公里動力集中動車組項目中氣水控制盤實際現(xiàn)狀及生產(chǎn)過程中遇到的問題，通過對比和分析現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，闡述氣水控制盤設(shè)計依據(jù)及設(shè)計要求，分析總結(jié)了適用于160公里動力集中動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?：時速160動力集中動車組；防寒采暖；集便裝置；氣水控制盤；優(yōu)化設(shè)計概述根據(jù)中國國家鐵路集團有限公司運輸和經(jīng)營發(fā)展要求，由中國國家鐵路集團有限公司和中國中車股份有限公司共同研制開發(fā)了時速160公里動力集中電動車組。該動車組集合了25T型客車與高鐵的優(yōu)點，在衛(wèi)生間設(shè)計上做了很大改進，同時也出現(xiàn)了很多新的問題。本文針對160公里動力集中動車組（簡稱160公里）氣水控制盤實際生產(chǎn)中的問題，研究氣水控制盤防寒設(shè)計[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。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)氣動元件動作。如圖1所示。因為氣水控制盤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。若沒有保暖措施，環(huán)境溫度較低，水增壓裝置受凍風(fēng)險較大。氣管路中為壓縮氣體，實際使用過程中可能會有少許水蒸氣，也有受凍風(fēng)險。但是25型客車和標(biāo)準動車組都未對氣水控制盤做防寒處理。因此需要對160公里衛(wèi)生間氣水控制盤是否需要防寒設(shè)計做出對比分析。圖1氣水控制盤2.1160公里與25型客車對比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位置如圖3所示。圖2

160公里動力集中動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，因為25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)險較大。氣管路中為壓縮氣體，實際使用過程中可能會有少許水蒸氣，也有受凍風(fēng)險。圖4160公里動力集中動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)準動車組氣水控制盤在整車相對位置對比160公里與標(biāo)準動車組氣水控制盤相比較，標(biāo)準動車組無氣水控制盤，標(biāo)準動車組用氣動控制面板和水增壓器來實現(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]，即一個氣動控制面板控制兩個水增壓器。氣動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行增壓，保證便器沖洗的良好效果。標(biāo)準動車組氣動控制面板在整車相對如圖6所示，整車位置與160公里大致相同。標(biāo)準動車組衛(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)準動車組氣動控制面板安裝在衛(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)準動車組氣動控制面板在整車位置圖7氣動控制面板安裝位置經(jīng)對比得出結(jié)論，160動車組在運行過程中，若列車到達站點，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，絕緣層和外護套材質(zhì)采用耐腐蝕、阻燃和強度良好的塑料材料，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，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，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)點是，他的溫度比較適中，不會太高也不會太低，這源于它的自動調(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)，在安裝時將伴熱線直接纏繞在鋼管上，同時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)，因為保溫層傳熱系數(shù)小，故該途徑散失熱量少。而鋼管的傳熱性能優(yōu)良，能夠在很短的時間內(nèi)達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)定時間。比較適合長時間使用以及電熱轉(zhuǎn)化率遠高于電加熱等特性。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伴熱管道的熱量損失，從而達到升溫、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。若達到氣水控制盤水管路防寒、保溫的目的，需對氣水控制盤做防寒設(shè)計改造?，F(xiàn)有兩種保溫方案對實際車輛做出防寒改造，現(xiàn)對兩種方案對比分析。

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)計經(jīng)驗，一般是在水管路表面敷設(shè)自控溫伴熱線。如圖9所示。此方案改動量小。但是水管路未PU管，管路較細，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)計對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)計方案對比：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，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比如圖11所示。優(yōu)化前（無保溫設(shè)計）

優(yōu)化后（方案二保溫設(shè)計）圖11氣水控制盤增加保溫措施前后對比結(jié)論目前160公里動力集中動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公里動力集中動車組氣水控制盤防寒設(shè)計原因，提供了氣水控制盤防寒設(shè)計優(yōu)化方案，為氣水控制盤防寒、保溫設(shè)計提供了新的設(shè)計思路，具有一定的借鑒性。Reference