張俊東

(西安鐵路局,陜西 西安　710054)

1　燃油采暖系統(tǒng)研制的必要性

軌道車是工務(wù)設(shè)備修理、防洪、檢查等工作的主要運(yùn)輸設(shè)備，也是軌道車司機(jī)工作、生活的主要場(chǎng)所。冬季駕駛室內(nèi)溫度基本與外界環(huán)境溫度持平，如無(wú)采暖設(shè)備會(huì)給司機(jī)的工作和生活帶來(lái)極大不便，同時(shí)給軌道車的行車安全帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患。司乘人員若采用燃煤采暖方法不僅存在較大的人身安全和火災(zāi)隱患，而且對(duì)鐵路沿線環(huán)境污染較大，總公司、地方政府已禁止使用。若采用空調(diào)取暖存在3個(gè)問(wèn)題:①因沿線各站基本未設(shè)置工務(wù)軌道車專用停留線、停車庫(kù)，無(wú)法為軌道車冬季采暖接入外接電源；②隨車生活發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)難以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作且發(fā)電時(shí)噪聲較大，影響工作人員休息、待乘；③軌道車車體不具備保溫功能，當(dāng)室外溫度低于-10 ℃ 時(shí)空調(diào)制熱功能降低，車內(nèi)總體取暖效果一般。因此研制新的采暖系統(tǒng)勢(shì)在必行。

2　設(shè)計(jì)要求

軌道車燃油采暖系統(tǒng)須滿足：①外形尺寸的設(shè)計(jì)符合GB 146.1—83《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界》[1]、鐵運(yùn)[2007]22號(hào)《軌道車管理規(guī)則》[2]、GB/T 10082—2010《重型軌道車技術(shù)條件》[3]、鐵運(yùn)[2006]177號(hào)《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》[4]的要求，保證車輛連掛運(yùn)行時(shí)不侵入鐵路限界，確保運(yùn)輸安全。②軌道車采暖裝置符合TB/T 2742—1996《內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室取暖一般規(guī)范》[5]的要求，即采暖功率應(yīng)保證軌道車(樣車)在室外溫度 -40 ℃、速度65 km/h運(yùn)行時(shí)，司機(jī)室座椅及床鋪中心距地面1.2 m高處溫度不低于 10 ℃。③取暖裝置的安裝位置應(yīng)保證熱空氣傳遞到整個(gè)軌道車空間，不留死角。④采暖裝置及其附件(電線、電纜、燃油管及防護(hù)材料)安裝牢靠，能承受軌道車運(yùn)行時(shí)帶來(lái)的機(jī)械振動(dòng)和沖擊，并符合GB/T 21414—2008《鐵路應(yīng)用機(jī)車車輛電氣隱患防護(hù)的規(guī)定》[6]的要求。⑤軌道車采暖所使用的電器元件均采用進(jìn)口或鐵路設(shè)備專用產(chǎn)品，性能可靠，并具有良好的抗拉強(qiáng)度和良好的阻燃及絕緣性能，符合GB/T 21413—2008《鐵路應(yīng)用機(jī)車車輛電氣設(shè)備》[7]的要求。⑥軌道車安裝的加熱器主要部件(包括燃油加熱器)使用壽命≥10年。⑦平均噪聲限值滿足GB/T 12816—2006《鐵道客車內(nèi)部噪聲限值及測(cè)量辦法》[8]中規(guī)定的軟臥車標(biāo)準(zhǔn)，為車內(nèi)工作人員提供最高的舒適度。

3　技術(shù)方案

在現(xiàn)有軌道車的基礎(chǔ)上安裝燃油加熱器3臺(tái)，增設(shè)加熱器燃油箱、24 V獨(dú)立電源及控制線路，不改變車輛現(xiàn)有結(jié)構(gòu)[9]和配重比例，滿足車輛限界要求。軌道車燃油采暖系統(tǒng)主要由燃油加熱器、燃油箱、24 V電源、電源箱、電瓶充電機(jī)、油泵(主副油箱燃油互補(bǔ))、控制盒、控制電路等組成。設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖1。

1-柴油、電池箱;2-油路接管;3-充電機(jī);4-燃油加熱器(共2～3個(gè)); 5-加熱器控制盒(2～3個(gè));6-充電器控制盒;7-電子泵;8-加油泵圖1　軌道車燃油采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)于2015年10月份通過(guò)西安鐵路局科學(xué)技術(shù)成果鑒定。

3.1　主要技術(shù)參數(shù)(見(jiàn)表1)

表1　主要技術(shù)參數(shù)

3.2　關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)

軌道車燃油采暖系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)：①根據(jù)軌道車供熱面積、供熱容量、功率對(duì)取暖設(shè)備選型。②對(duì)軌道車燃油供給系統(tǒng)進(jìn)行改造。增配燃油副油箱及相關(guān)油路，為采暖設(shè)備獨(dú)立供油。采暖油路與軌道車柴油機(jī)工作油路相互獨(dú)立，互不影響，不改變?cè)囋O(shè)計(jì)原則[10]。同時(shí)，加裝從軌道車主油箱到新增燃油箱的補(bǔ)油系統(tǒng)，當(dāng)新增燃油箱燃油低于顯示油位時(shí)，可從主油箱為其補(bǔ)油。③新增電瓶為采暖系統(tǒng)獨(dú)立供電，該組電瓶充滿電后，可連續(xù)19 h為燃油加熱器供電。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有通過(guò)軌道車24 V直流發(fā)電機(jī)和生活發(fā)電機(jī)為新增電瓶充電的雙充電轉(zhuǎn)換電路，為新增采暖電瓶電量補(bǔ)給提供了保障。④燃油采暖所用器件均是鐵路上其他設(shè)備使用過(guò)的成熟配件，確保了軌道車冬季采暖的穩(wěn)定性和安全性。

3.3　工作流程

采暖工作需要通過(guò)燃油供給系統(tǒng)、電力供給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)共同完成。燃油供給是軌道車主油箱燃油通過(guò)補(bǔ)充燃油泵進(jìn)入新增燃油箱，再由供油電子泵通過(guò)控制裝置有規(guī)律地將新增燃油箱內(nèi)的燃油加壓并輸送到燃油加熱器。電力供給是軌道車柴油機(jī)直流發(fā)電機(jī)或生活發(fā)電機(jī)所發(fā)電量通過(guò)充電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)入供電電瓶進(jìn)行儲(chǔ)存，供電電瓶通過(guò)控制裝置給供油電子泵和燃油加熱器供電，燃油加熱器內(nèi)電子點(diǎn)火裝置將高壓燃油點(diǎn)燃，加熱空氣。工作流程見(jiàn)圖2。

圖2　燃油采暖系統(tǒng)工作流程

具體介紹如下：

1)燃油供給系統(tǒng)

采暖所需燃油由新增容積350 L燃油箱提供，燃油經(jīng)電子泵增壓后供給加熱器。新增燃油箱缺油時(shí)，由補(bǔ)充燃油泵從軌道車主油箱為其補(bǔ)油。

2)電力供給系統(tǒng)

燃油采暖所需電能由新增電瓶提供，電瓶供電電壓為24 V，容量為195 A·h。設(shè)計(jì)雙充電電路，可直接通過(guò)軌道車自帶24 V直流發(fā)電機(jī)或生活發(fā)電機(jī)為新增電瓶充電。

3)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由電瓶充電控制子系統(tǒng)、補(bǔ)油控制子系統(tǒng)和加熱器控制子系統(tǒng)組成。

①電瓶充電控制子系統(tǒng)主要由5 kW生活發(fā)電機(jī)、電瓶直流充電器、柴油機(jī)24 V直流發(fā)電機(jī)、電磁開(kāi)關(guān)和充電控制盒組成。5 kW生活發(fā)電機(jī)、電瓶直流充電器構(gòu)成一路交直流轉(zhuǎn)換的電瓶充電電路；柴油機(jī)24 V 直流發(fā)電機(jī)、電磁開(kāi)關(guān)構(gòu)成另外一路電瓶充電電路；兩路充電電路在充電控制盒內(nèi)控制開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)換繼電器的作用下，實(shí)現(xiàn)軌道車在不同工作狀態(tài)下為電瓶充電功能。

②補(bǔ)油控制子系統(tǒng)由補(bǔ)油控制盒、直流斷路器、燃油補(bǔ)油泵和電源組成。系統(tǒng)所需電能由新增電瓶直接提供，電流由新增電瓶進(jìn)入補(bǔ)油控制盒，經(jīng)直流斷路器保護(hù)后，再經(jīng)控制開(kāi)關(guān)進(jìn)入燃油補(bǔ)油泵。在新增燃油箱缺油時(shí)，打開(kāi)燃油泵控制開(kāi)關(guān)，燃油補(bǔ)油泵得電后，即可從主油箱為新增燃油箱補(bǔ)油。

③加熱器控制子系統(tǒng)由控制盒、操作面板、供油電子泵(脈沖式電子泵)、加熱器和電源組成。操作控制面板通過(guò)控制盒控制供油電子泵和加熱器。

④所有控制系統(tǒng)中均設(shè)計(jì)了過(guò)載、過(guò)流、短路保護(hù)，從而使控制系統(tǒng)的可靠性和安全性大大提高，同時(shí)保證了加熱過(guò)程中設(shè)備和操作人員的安全。

3.4　燃油加熱器結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)

1)燃油加熱器主要由燃燒室和加熱室構(gòu)成。車外助燃空氣與柴油在燃燒室內(nèi)混合、燃燒，并將廢氣排出軌道車外。軌道車駕駛室內(nèi)冷空氣通過(guò)吸風(fēng)扇送入加熱室，被加熱室加熱后再次進(jìn)入軌道車內(nèi)，通過(guò)多次循環(huán)提升車內(nèi)溫度。工作原理見(jiàn)圖3。

圖3　燃油加熱器工作原理

2)加熱器為電噴燃油氣暖加熱器，具有體積小、功率大、升溫快、無(wú)噪聲的特點(diǎn)。同時(shí)，在軌道車上改裝時(shí)工作量較小。每臺(tái)軌道車安裝3臺(tái)加熱器，即可為軌道車提供3×5.5 kW的供暖功率。單臺(tái)加熱器主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　單臺(tái)加熱器主要參數(shù)

4　測(cè)試樣車安裝

燃油采暖系統(tǒng)安裝后不改變車輛原有布局，利用車輛底部和內(nèi)部預(yù)留空間進(jìn)行組合安裝。限界及配重比均滿足軌道車設(shè)計(jì)技術(shù)要求。測(cè)試樣車部分截圖見(jiàn)圖4。

圖4　燃油采暖系統(tǒng)測(cè)試樣車截圖

5　樣車運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

分析首臺(tái)樣車安裝燃油采暖系統(tǒng)后室內(nèi)測(cè)試數(shù)據(jù)(見(jiàn)表3)可知：①燃油采暖系統(tǒng)工作時(shí)供電電壓為24 V，屬安全電壓。總耗電量為240 W/h，電能由新增電瓶提供。②燃油采暖電瓶虧電時(shí)充電電源可由軌道車柴油機(jī)自帶的DC24 V直流發(fā)電機(jī)或生活發(fā)電機(jī)提供，電瓶充滿電后可連續(xù)19 h為燃油加熱器供電，所需電量對(duì)生活發(fā)電機(jī)正常工作不造成影響。③采用燃油采暖時(shí)，軌道車室內(nèi)噪聲均值為58.65 dB，能為軌道車司乘人員提供更好的休息環(huán)境。④燃油采暖系統(tǒng)所提供的熱能能夠滿足軌道車冬季采暖需要。⑤燃油消耗量小，使用成本較低。

表3　室內(nèi)測(cè)試數(shù)據(jù)

6　結(jié)語(yǔ)

軌道車燃油取暖系統(tǒng)是利用燃油燃燒加熱空氣進(jìn)行軌道車室內(nèi)采暖的重要裝置，它不僅有效解決了我國(guó)北方地區(qū)軌道車冬季采暖難的問(wèn)題，而且不受地理?xiàng)l件、外界環(huán)境和車輛工作狀態(tài)的影響，實(shí)現(xiàn)了全天候、長(zhǎng)時(shí)間不間斷為軌道車取暖，消除了以往燃煤取暖的次生危害，亦無(wú)電加熱取暖時(shí)受外接電源限制的問(wèn)題。

該系統(tǒng)已分別于2014年冬和2015年冬在閻良工務(wù)段、延安工務(wù)段和綏德工務(wù)段進(jìn)行了試驗(yàn)和試用。2016年4月西安鐵路局組織對(duì)2015—2016年冬季在陜北先期推廣試用的18套軌道車燃油取暖設(shè)備進(jìn)行了使用情況調(diào)研。結(jié)果顯示該系統(tǒng)滿足目前我國(guó)北方地區(qū)軌道車冬季采暖需要，符合設(shè)計(jì)要求，值得推廣。

[1]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局.GB 146.1—83標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，1996.

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵運(yùn)[2007]22號(hào)軌道車管理規(guī)則[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[3]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局.GB/T 10082—2010重型軌道車技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[4]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵運(yùn)[2006]177號(hào)鐵路工務(wù)安全規(guī)則[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006.

[5]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 2742—1996內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室取暖一般規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，1997.

[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 21414—2008鐵路應(yīng)用機(jī)車車輛電氣隱患防護(hù)的規(guī)定[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[7]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 21413—2008鐵路應(yīng)用機(jī)車車輛電氣設(shè)備[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[8]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 12816—2006鐵道客車內(nèi)部噪聲限值及測(cè)量辦法[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

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[10]周佳亮,徐濟(jì)松,高春雷,等.工務(wù)機(jī)械車安全檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J].鐵道建筑，2016，56(12):114-116.