董乃偉

（南京康尼機(jī)電股份有限公司，江蘇南京 210038）

螺旋槽原理在軌道車輛門系統(tǒng)水密性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)NF NF F F31-054中的應(yīng)用

董乃偉

（南京康尼機(jī)電股份有限公司，江蘇南京 210038）

本文通過對(duì)法國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)NF F31-054的解讀，利用液壓控制理論知識(shí)及螺旋槽結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)出了螺旋槽式淋雨噴嘴。并以作者主導(dǎo)研制出來的淋雨試驗(yàn)裝置通過國(guó)際知名客戶驗(yàn)收認(rèn)可為實(shí)例驗(yàn)證。

法國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)NF F31-054；水密性（淋雨）試驗(yàn)；液壓控制原理，螺旋槽原理

法國(guó)人引以為豪的巴黎地鐵也被稱為全世界最密集、最方便的城市軌道交通系統(tǒng)之一。于1900年起運(yùn)行至今已有100多年的歷史。據(jù)統(tǒng)計(jì)，巴黎地鐵的總長(zhǎng)度200多公里，14條主線、2條支線，總計(jì)有380個(gè)車站，87個(gè)交會(huì)站。每天的客流量超過600萬人次。在這個(gè)發(fā)展過程中，逐漸形成了法國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)（NF railway standards）。如今這些標(biāo)準(zhǔn)被全世界軌道交通行業(yè)借鑒、引用及執(zhí)行。

我國(guó)現(xiàn)代城市軌道交通是以1965年7月1日開工建設(shè)的北京地鐵為開端，發(fā)展至今已有50年的歷史。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，大城市及特大城市都在走一條以軌道交通系統(tǒng)為骨干，以公共交通為主體，多種交通方式相互協(xié)調(diào)的綜合智能化交通系統(tǒng)。隨著城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展，以車輛為代表的技術(shù)體系也實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化。通過國(guó)際技術(shù)交流合作，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的現(xiàn)代化。在與國(guó)際接軌的過程中形成了具有中國(guó)特色的城市軌道交通政策、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系。

1994年11月20 日由法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)批準(zhǔn)執(zhí)行的NF F31-054，專門用于城市及郊區(qū)鐵路網(wǎng)運(yùn)輸?shù)目蛙囓囬T特性-啟閉-檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)，其中，客車車門水密性試驗(yàn)（我們習(xí)慣稱之為淋雨試驗(yàn)）是該標(biāo)準(zhǔn)中一項(xiàng)重要的操作實(shí)驗(yàn)［1］。

市場(chǎng)上淋雨試驗(yàn)裝置種類繁多，沒有統(tǒng)一的規(guī)定。但是，所有淋雨試驗(yàn)裝置中都必不可少的是淋雨噴嘴裝置。整個(gè)淋雨試驗(yàn)的成功關(guān)鍵也在于淋雨噴嘴的設(shè)計(jì)制作。各種淋雨噴嘴的結(jié)構(gòu)形式也有很多，本文主要研究其中一種結(jié)構(gòu)：螺旋槽式的淋雨噴嘴結(jié)構(gòu)。

1 NFF31-05標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于淋雨試驗(yàn)要求解讀

1994年11月20 日?qǐng)?zhí)行的NF F31-05標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于客車車門淋雨試驗(yàn)要求如下：

該試驗(yàn)在正常大氣條件下進(jìn)行，接受試驗(yàn)的車門安裝在接觸面與車廂接觸面相同的結(jié)構(gòu)上。車門關(guān)閉上閂。

門的外表面接受噴頭噴水，同時(shí)加以保護(hù)以免水噴到內(nèi)表面上。

10個(gè)噴嘴規(guī)則地安裝在垂直欄桿上，第1個(gè)位于門檻上，最后一個(gè)在門體頂部密封層的上方，垂直于車門，距車門（300±10）mm。

每個(gè)噴嘴在垂直面上的噴射角度為（50±2）°。

在兩噴嘴噴水覆蓋區(qū)域的重疊區(qū)域的噴水圖案的水為卵球形，長(zhǎng)軸為垂直方向，噴射寬度為（45±5）mm。

欄桿與車門的相對(duì)位移速度為（3±0.15）cm/s。

水壓值為（300±10）KPa，即水壓值為3bar.

每個(gè)噴嘴的最小流量（包括兩端噴嘴）為7L/min。

與1994年執(zhí)行的NF F31-054標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的是2005年德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究所編制并由拜爾特出版社有限責(zé)任公司出版的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 14752:2005，該標(biāo)準(zhǔn)由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）成員國(guó)比利時(shí)、丹麥、德國(guó)、愛沙尼亞、芬蘭、法國(guó)、希臘、冰島、愛爾蘭、意大利、拉脫維亞、立陶宛、盧森堡、馬耳他、荷蘭、挪威、奧地利、波蘭、葡萄牙、瑞士、瑞典、斯洛伐克、斯洛文尼亞、西班牙、捷克共和國(guó)、匈牙利、英國(guó)和塞浦路斯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局一致通過并實(shí)施至今，為世界上很多鐵路同行所采用。EN 14752：2005標(biāo)準(zhǔn)是在NF F31-054的基礎(chǔ)上形成的，其中關(guān)于淋雨試驗(yàn)要求項(xiàng)目，EN 14752：2005標(biāo)準(zhǔn)與NF F31-05標(biāo)準(zhǔn)相比，噴嘴流量由7L/min變更為14L/min，流量成倍增加，其余的要求基本無變化［2］。

2 淋雨噴嘴設(shè)計(jì)：

2.1 淋雨噴嘴設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)中的以下幾個(gè)條件：

①水壓值為（300±10）KPa，即水壓值為3bar.

②每個(gè)噴嘴在垂直面上的噴射角度為（50±2）°

③每個(gè)噴嘴的最小流量（包括兩端噴嘴）為7L/min。

2.2 噴嘴總體結(jié)構(gòu)

噴嘴總體結(jié)構(gòu)由噴嘴體、噴嘴芯、噴嘴蓋三部分組成。噴嘴體起連接作用，噴嘴體一端連接給水裝置，另一端連接噴嘴蓋。噴嘴芯裝在噴嘴體內(nèi)，噴嘴芯上帶螺旋槽。

2.3 確定噴嘴蓋上小孔直徑

由于噴嘴蓋厚度較薄，孔徑相對(duì)于噴嘴長(zhǎng)度尺寸的比例符合液壓原理上的薄壁小孔流量規(guī)律，因此此處噴嘴蓋的小孔直徑確定套用液壓原理上的小孔薄壁流量公式［3］。

10個(gè)噴嘴每分鐘最小流量是70L，根據(jù)這個(gè)要求，利用壓力、流量、薄壁小孔流量函數(shù)關(guān)系先確定出每個(gè)噴嘴蓋上的小孔直徑：

式中，d為噴嘴小孔直徑，單位：mm；p為噴射壓力，單位：bar；q為噴射流量，單位：L/min；n為噴嘴個(gè)數(shù)。此處取1；

可以得出噴嘴小孔直徑：d=3.2mm。

2.4 確定噴芯螺旋槽相關(guān)尺寸

在噴嘴流量及噴射角度確定的情況下，反推確定噴芯螺旋槽結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)。此處螺旋升角理論數(shù)據(jù)應(yīng)為25°，由于制造誤差及摩擦阻力因數(shù)的影響，此處螺旋升角選擇為30°。為了保持噴芯在噴嘴體內(nèi)平穩(wěn)，螺旋槽頭數(shù)設(shè)計(jì)為3。螺旋槽深度及寬度尺寸根據(jù)單位流量即可確定。

由于理論計(jì)算與實(shí)際工作環(huán)境有一定的誤差，因此噴嘴設(shè)計(jì)并制作出來后，還要經(jīng)過試噴及修正參數(shù)的過程，最終才能實(shí)現(xiàn)噴射壓力、噴射流量、噴射角度的完美統(tǒng)一（見圖1）。

圖1

2.5 兩淋雨噴嘴噴水重疊區(qū)域圖案為卵球形的驗(yàn)證

如圖2所示，由于兩噴嘴噴出水的形狀均為圓錐體，兩個(gè)圓錐體相交的相貫線即為卵球形。

圖2

設(shè)兩淋雨噴嘴碰水重疊區(qū)域交叉點(diǎn)距離噴嘴出水口的距離為L(zhǎng)，單位為mm，

噴水輪廓線與中心線的角設(shè)為α，單位為度。

由幾何關(guān)系可得：

L=250/tgα，

代入相關(guān)數(shù)據(jù)即可得出：

L=536.48mm

圖3

即從理論上講，兩噴嘴噴出的圓錐體水柱在距離噴嘴536.48mm處開始相交，形成卵球形圖案。當(dāng)然由于外界因素，如噴嘴制造誤差、風(fēng)向等的影響，兩水柱的交匯距離L可能不是536.48mm，是一個(gè)變化值。但這不影響整個(gè)淋雨試驗(yàn)的結(jié)論（見圖3）。

3 結(jié)語

本文通過對(duì)法國(guó)NF F31-054中關(guān)于客車車門水密性試驗(yàn)要求的解讀，參照液壓控制系統(tǒng)理論技術(shù)及螺旋槽理論原理，設(shè)計(jì)并制作出了螺旋槽式淋雨噴嘴，為NF F31-054水密性試驗(yàn)裝置噴嘴設(shè)計(jì)起到了拋磚引玉的作用。作者主導(dǎo)研制出來的淋雨試驗(yàn)裝置完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，得到了法國(guó)阿爾斯通等國(guó)際知名車輛制造公司的驗(yàn)收認(rèn)可。

［1］NF F 31-054 Railway applications-Rolling stock Testing of rolling stock on completion of construction and before entry into service，1994.

［2］EN 14752-2005 Rail?way applications-Bodyside en?trance systems，2005.

［3］常同立.液壓控制系統(tǒng).清華大學(xué)出版社，2014.

Application of Helical Groove Principle inWatertightness Test Standard NF F31-054 of Door System for Railway Vehicle

Dong Naiwei
(Nanjing KangniMechanical&ElectricalCo.，Ltd.Nanjing Jiangsu 210013)

Through a interpretation of France railway standard NF F31-054，this article designed helical groove type water test nozzle with know ledge of hydraulic control theory and structure principle of helical groove.This water test device，mainly developed by the author，has acquired the acceptance of internationally-renowned customer，therefore is validated by actual test.

France railway standard NF F31-054，water test，hydraulic control theory，princip le of helical groove

U270

：A

：1003-5168（2015）03-0058-3

2015-2-24

董乃偉（1975-），男，大專，工藝師，研究方向：軌道車輛門系統(tǒng)制作工藝及檢測(cè)裝備。