劉芳銘， 亢 磊， 楊 川

(中車長春軌道客車股份有限公司， 長春 130062)

我國350 km/h速度級的高鐵的開通，列車在運營平穩(wěn)、安全性能、速度等級上都有非常大的提高。車輛運行距離遠，氣候變化大的特點對車輛的制動性能提出更高的要求，尤其是冰雪、凍雨等惡劣天氣對車輛的制動性能要求更加嚴(yán)格，高速動車組的撒沙系統(tǒng)對于車輛制動性能有著良好的改善作用，通過改善輪軌之間的黏著系數(shù)實現(xiàn)防止車輛空轉(zhuǎn)和滑行的目的，可有效避免擦輪的故障發(fā)生。文中重點對我國自主研制生產(chǎn)制造的CRH380CL型高速動車組撒沙系統(tǒng)的配置、組成、功能及控制邏輯進行了闡述，并舉例說明系統(tǒng)在運用過程中出現(xiàn)的典型故障，方便進行故障的識別、判斷和預(yù)防。

1 撒沙系統(tǒng)配置及組成

1.1 撒沙裝置車輛配置

CRH380CL型動車組為16輛固定編組列車，8輛動車和8輛拖車，每列車共有10根動力軸安裝有撒沙裝置，分別位于EC01/EC16車的1軸，IC03/IC06/IC11/IC14車的1、4軸，撒沙裝置在全列車上的布置見圖1。

圖1 CRH380CL型動車組撒沙系統(tǒng)配置

1.2 撒沙控制系統(tǒng)

撒沙系統(tǒng)用于改善輪軌間的黏著條件，屬于增黏系統(tǒng)。CRH380CL型動車組撒沙的實施信號由牽引控制單元(TCU)發(fā)出或通過頭車司機室撒沙開關(guān)發(fā)出，撒沙系統(tǒng)由列車的制動控制系統(tǒng)中的撒沙控制系統(tǒng)實施，撒沙控制系統(tǒng)包括撒沙氣路控制模塊和電子制動控制單元(EBCU)中的撒沙控制功能組。

(1)撒沙氣路控制模塊

撒沙氣路控制模塊(F06)由截斷塞門(F06.02)、減壓閥(F06.03、F06.04)以及電磁閥(F06.05、F06.06、F06.07)組成。來自總風(fēng)管MRP的壓縮空氣，經(jīng)過塞門(F06.02)后分成2路，一路經(jīng)減壓閥(F06.03)到達電磁閥(F06.05、F06.06)，另一路經(jīng)減壓閥(F06.04)到達電磁閥(F06.07)。減壓閥(F06.03)的設(shè)定值為270 kPa，此通路用來實現(xiàn)低壓撒沙(電磁閥F05.06)和撒沙干燥(電磁閥F06.05)功能。減壓閥(F06.04)的設(shè)定值為630 kPa，此通路用來實現(xiàn)高壓撒沙功能。撒沙和干燥壓縮空氣通向撒沙裝置。干燥壓縮空氣用于帶走沙子中的水分，IC03/IC06/IC11/IC14車可以根據(jù)列車運行方向激活換向電磁閥實現(xiàn)1軸或4軸撒沙，見圖2。

(2)電子制動控制單元(EBCU)中的撒沙控制功能組

占用端頭車(EC01或EC16)的列車制動控制管理器(TBM)接收來自司機室撒沙開關(guān)發(fā)出的撒沙指令和列車網(wǎng)絡(luò)中央控制單元(CCU)的發(fā)送的列車行駛方向信息，并通過制動系統(tǒng)單元制動管理器(SBM)轉(zhuǎn)發(fā)至占用端頭車和中間帶撒沙裝置動車的本地制動控制單元(LBCU)相應(yīng)的撒沙控制功能組，撒沙控制功能組根據(jù)列車運行方向和撒沙指令進行相應(yīng)車軸撒沙氣路控制模塊激活，實現(xiàn)對運行方向的輪對進行撒沙控制。

圖2 撒沙氣路原理圖

當(dāng)動車牽引控制單元(TCU)檢測到本車車輪空轉(zhuǎn)時，會通過硬線信號通知本車電子制動控制單元(EBCU)中的撒沙控制功能組，該功能組會將信號反饋給占用端頭車的的制動控制管理器(TBM)，TBM將通知占用端頭車和中間帶撒沙裝置動車的本地制動控制單元(LBCU)相應(yīng)的撒沙控制功能組進行按運行方向的撒沙。

具體撒沙控制功能組工作方式見圖3：

圖3 撒沙控制功能示意圖

1.3 撒沙裝置組成

撒沙裝置為撒沙功能最終的執(zhí)行部件，由沙箱(含沙箱蓋)、撒沙單元、帶軟管和電纜的撒沙加熱噴嘴組成，沙箱主要固定在相應(yīng)輪軸附近的車體底架上，撒沙單元固定在沙箱下部并與來自撒沙氣路控制模塊的撒沙供風(fēng)管和干燥供風(fēng)管連接，帶軟管和電纜的撒沙加熱噴嘴固定在轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架上并與軌面保持相應(yīng)高度，見圖4所示。

1.3.1沙箱

沙箱材質(zhì)為主要采用不銹鋼焊接而成，CRH380CL型動車組EC01/16車沙箱容積約為55L，裝沙量約為35L；IC03/IC06/IC11/IC14車沙箱容積約為80 L，裝沙量約為64.5 L。沙箱的容積大小需要根據(jù)運用線路氣候條件，運營里程及時間長短以及司機操作習(xí)慣而定，需要盡量設(shè)置容積較大的沙箱來滿足撒沙量和撒沙頻率的要求。

圖4 撒沙裝置組成示意圖

1.3.2撒沙單元

如圖5所示，撒沙單元由殼體K、撒沙氣路接口S1、撒沙氣路縮孔S1C、干燥氣路接口S2、干燥氣路縮孔S2C，撒沙出口S3、沙罩SZ1,沙罩SZ2,沙罩SZ2管路縮孔SZ2C、加熱棒G和隔沙板D組成。撒沙單元安裝在沙箱下部后，沙罩SZ1應(yīng)在最低沙位線hmin以下，沙罩SZ2應(yīng)在最高沙位線hmax以上。撒沙氣路縮孔S1C、干燥氣路縮孔S2C、沙罩SZ2管路SZG及縮孔SZ2C用于調(diào)整壓縮空氣流量。撒沙氣路接口S1和干燥氣路接口S2的壓縮空氣可穿過隔沙板D進入沙箱，而沙子不會通過隔沙板D進入撒沙單元殼體K內(nèi)。隔沙板D內(nèi)的干燥棒G用于加熱流經(jīng)隔沙板D的壓縮空氣。

圖5 撒沙單元結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖

1.3.3撒沙噴嘴

2 撒沙系統(tǒng)功能

2.1 撒沙激活

CRH380CL型動車組撒沙激活可以通過司機進行手動撒沙，也可以根據(jù)牽引、制動工況下出現(xiàn)的空轉(zhuǎn)、滑行進行自動撒沙。

2.1.1手動撒沙激活

通過司機臺撒沙開關(guān)可實現(xiàn)手動的前輪對撒沙和全列撒沙，當(dāng)開關(guān)激活前輪對撒沙時，按運行方向占用端頭車的1軸進行撒沙。

當(dāng)撒沙開關(guān)激活全列撒沙時，具體如下：

(1)EC01車占用時，根據(jù)運行方向IC03/IC11車的4軸、IC06/IC14車的1軸撒沙；

(2)EC16車占用時，根據(jù)運行方向IC14/IC06車的4軸、IC03/IC11車的1軸撒沙。

2.1.2自動撒沙激活

(1)制動工況下，當(dāng)安裝有撒沙裝置車輛的本車制動控制單元(EBCU)檢測到本車滑行時，將按照運行方向激活相應(yīng)軸進行本車自動撒沙。

(2)牽引工況下，當(dāng)單車牽引控制單元(TCU)檢測到本車空轉(zhuǎn)時，將通過硬線信號通知本車EBCU，本車EBCU通過網(wǎng)絡(luò)通知列車占用端頭車MBCU激活全列撒沙。

2.2 高低壓撒沙

撒沙指令激活后，當(dāng)車輛運行速度大于160 km/h時，激活撒沙控制模塊上的高壓撒沙電磁閥(F06.07)，施加630 kPa的壓縮空氣進行撒沙；當(dāng)動車組運行速度小于150 km/h時，激活撒沙控制模塊上的低壓撒沙電磁閥(F06.06)，施加270 kPa的壓縮空氣進行撒沙。

2.3 撒沙干燥和加熱

撒沙單元具有沙子干燥吹風(fēng)和加熱功能，防止沙箱里的沙子潮濕結(jié)塊；撒沙噴嘴具有加熱功能，防止冬季撒沙噴嘴因雨雪凍結(jié)而被堵塞。

第一代路虎發(fā)現(xiàn)僅擁有三門版一種車身形式，但幾乎所有人都明白在不久的將來，它會得到空間靈活度更高，駕乘體驗更為優(yōu)秀的五門版車型。

3 撒沙系統(tǒng)控制邏輯

3.1 手動撒沙邏輯

(1)手動激活前輪對撒沙開關(guān)時，占用端頭車MBCU接收到“前輪對撒沙激活”的開關(guān)硬線指令請求后激活本車1軸進行撒沙。

(2)手動激活全列撒沙開關(guān)時，CCU收到“全列撒沙激活”的開關(guān)硬線指令請求后，將“全列撒沙控制信號”和“列車方向信號”發(fā)送給列車占用端頭車MBCU，列車占用端頭車MBCU將撒沙激活指令和列車運行方向信號發(fā)給有撒沙裝置的單車EBCU進行撒沙。

列車運行時撒沙時間與撒沙開關(guān)激活時間相同；列車靜止時，手動一次激活撒沙持續(xù)時間最大為20 s。

3.2 自動撒沙邏輯

(1)制動工況下，當(dāng)安裝有撒沙裝置車輛的本車EBCU檢測到本車深度滑行時，會根據(jù)運行方向進行相應(yīng)軸的撒沙，最長持續(xù)時間為20 s。

(2)牽引工況下，當(dāng)牽引控制單元(TCU)檢測到因空轉(zhuǎn)導(dǎo)致牽力輸出不足時，會通過硬線信號“激活撒沙”通知本車EBCU，本車EBCU通過網(wǎng)絡(luò)通知列車占用端頭車MBCU激活全列撒沙。

3.3 高低壓撒沙邏輯

本車EBCU接收到撒沙指令后，根據(jù)本車速度變化進行高低壓撒沙控制，當(dāng)本車速度>160 km/h時，EBCU激活電磁閥(F06.07)進行高壓撒沙。本車速度<150 km/h時，EBCU激活電磁閥(F06.06)進行低壓撒沙。

3.4 撒沙干燥及加熱邏輯

3.4.1撒沙干燥吹風(fēng)邏輯

(1)滿足以下條件之一時，則全列切除撒沙干燥吹風(fēng)。

②所有可用空壓機都在運行；

③所有空壓機都被禁用；

④總風(fēng)壓力低故障時。

(2)當(dāng)滿足以下全部條件時，本車EBCU控制電磁閥(F06.05)進行干燥吹風(fēng)。

①車下撒沙隔離塞門(B20)未隔離；

②本車撒沙控制模塊中撒沙隔離塞門(F06.02)未隔離；

③本車檢測總風(fēng)壓力>700 kPa；

④本車總風(fēng)壓力傳感器正常。

3.4.2撒沙加熱邏輯

當(dāng)環(huán)境溫度低于5 ℃時，撒沙單元和撒沙噴嘴的加熱棒通電加熱；當(dāng)環(huán)境溫度高于7 ℃時，加熱棒斷電停止加熱。

4 典型故障

CRH380CL型動車組檢修返廠車輛需要對撒沙裝置的功能進行確認(rèn)，調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)部分撒沙裝置動作失靈。撒沙及撒沙干燥時，發(fā)現(xiàn)出沙口只有微弱的風(fēng)甚至沒有風(fēng)排出。經(jīng)現(xiàn)場拆卸撒沙單元發(fā)現(xiàn)，撒沙模塊中隔沙板(參看圖5)上的用于出風(fēng)的大量出氣孔被堵死，由于壓縮空氣無法通過，導(dǎo)致撒沙以及撒沙干燥過程中都無壓縮空氣和沙子從撒沙口排出。分析發(fā)現(xiàn)此前對于撒沙裝置所使用的沙子沒有具體的技術(shù)要求，由于裝入撒沙箱內(nèi)的沙子含泥量過大(參看圖6左)，經(jīng)過長時間的沉積以及水氣的存在，最終導(dǎo)致隔沙板氣孔堵死。通過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)新采用的沙子(參看圖6右)效果良好，后續(xù)使用中未再出現(xiàn)過類似問題，這個問題的解決找出了調(diào)試過程中故障存在的原因，而且節(jié)省了很多人力和資金，同時也去除了撒沙裝置堵塞問題的根源。

圖6 撒沙系統(tǒng)所使用的沙子

更換后的沙子具體標(biāo)準(zhǔn)要求如下：

①采自沙坑，河道，或湖泊的巖石沙，二氧化硅的含量(質(zhì)量)應(yīng)不小于50%。

②莫式(Mohs)硬度礦物等級≥5。

③顆粒應(yīng)多為銳棱，尺寸應(yīng)符合：小于0.1 mm的質(zhì)量比例小于0.5%；小于0.63 mm的質(zhì)量比例小于5%；大于0.63 mm，小于0.8 mm的質(zhì)量比例小于30%；大于0.8 mm，小于1.6 mm 的質(zhì)量比例大于50%；大于1.6 mm，小于2 mm的質(zhì)量比例小于30%；大于2 mm的質(zhì)量比例小于5%；大于2.5 mm的質(zhì)量比例小于0.1%。

④沙子中不允許含有金屬顆粒、黏土、土壤顆粒和其他有機雜質(zhì)及液體雜質(zhì)。

5 結(jié)束語

通過從CRH380CL型動車組撒沙系統(tǒng)的配置、組成、功能及控制邏輯以及出現(xiàn)的典型故障等幾個方面開展的分析，能夠為車輛撒沙系統(tǒng)的運用服務(wù)、故障查找提供相關(guān)依據(jù)，為動車組撒沙系統(tǒng)的正常有效的工作提供保證，也為后續(xù)高速動車組撒沙系統(tǒng)的設(shè)計提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗。撒沙量對車輛輪軌黏著改善有重要影響，撒沙量和黏著系數(shù)之間的關(guān)系將是下一步重點研究的課題。