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        淺談重慶As地鐵車輛撒砂裝置設計

        2019-07-19 06:03:19王元貴
        山東工業(yè)技術 2019年18期
        關鍵詞:砂箱坡道輪軌

        摘 要:為了使車輛適應山地城市坡陡彎小的地形特點,保障地鐵車輛在大坡道、小曲線半徑線路上的安全和可靠運營。本文研究了地鐵車輛在大坡道線路工況下車輛粘著利用的問題,首先介紹了重慶As車輛技術參數(shù)和技術特點,重點研究了As車撒砂裝置的配置、組成、功能及控制邏輯,最后通過裝車在實際線路上進行實驗,驗證撒砂裝置在As車輛上的應用效果。

        關鍵詞:As型;地鐵車輛;撒砂裝置;設計

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.041

        0 引言

        由于國內通用地鐵車輛主要爬坡能力為35‰[1]。山地城市地鐵線路普遍存在坡道多、轉彎半徑小、車站埋深深的情況。為了克服通用列車車輛在山地城市應用產生的爬坡能力不足、建設和運營成本大、運營能耗高等問題,借鑒國內外城市軌道交通車輛先進經(jīng)驗,研制了適合山地城市特點的一種新車型“山地城市A型車車輛”,簡稱As車。As車采用了A型車寬度、B型車長度及單軌車內空高度,最大爬坡能力達50‰,正線最小轉彎半徑300m[2-4]。但是As車輛在坡道50‰的線路上運行,牽引時存在空轉或滑行風險,除了使運營安全性降低和能量浪費外,還會使車輪和軌道磨耗量增加。根據(jù)國內外對輪軌粘著的研究,在軌道條件較差時,撒砂裝置能改善輪軌粘著系數(shù)[5-8]。通過對重慶As車輛安裝撒砂裝置,車輛運行時通過對軌道噴砂增加輪軌間的粘著,減少車輛的空轉和滑行,提升As車運營品質。本文主要介紹了國內首創(chuàng)的As車輛技術參數(shù)和特點,重點研究了As車輛撒砂裝置的配置、組成、功能及控制邏輯,通過裝車實測數(shù)據(jù)分析,驗證撒砂裝置在As車輛上的應用效果。

        1 As地鐵車輛介紹

        1.1 As車輛主要技術參數(shù)

        As車輛是國內首創(chuàng)的山地A型車,是在標準地鐵A型車和B型車的基礎上,通過優(yōu)化車輛參數(shù)和動力配置,以適應重慶山地城市坡道多、轉彎半徑小、車站埋深大的實際情況而研制的一種新車型,As車輛的主要技術參數(shù)見表1。As車輛運行的線路最大坡度為區(qū)間正線坡度不宜大于45‰,困難地段可采用50‰;聯(lián)絡線、出入線的最大坡度不宜大于50‰;洞口以內及露天地面線和高架線不宜大于35‰[2]。

        1.2 主要技術特點和優(yōu)點

        (1)改善列車通過小曲線半徑的性能。最小曲線半徑為正線250m,有利于線路的選線和設計。列車設計時采取的措施如下:1)轉向架固定軸距為2200m;2)安裝干式輪緣潤滑裝置來降低噪聲和減少輪緣磨耗及鋼軌磨耗。

        (2)提高列車的爬坡能力。車輛最大爬坡能力由35‰提高到50‰,線路最大坡道提升后,降低了車站埋深,減少了車站電扶梯使用,方便乘客出入站,在建設階段減少拆遷和土建費用。列車設計時采取的措施如下:1)車輛采用5動1拖的動力配置;2)牽引和制動均采用架控方式,提高牽引力和制動力的控制精度;3)基礎制動裝置采用輪盤制動,確保車輪在長大坡道上的制動安全性;4)每個車輪設置踏面清掃器,提高了車輪粘著和保護踏面。

        (3)全列車采用4個受電弓受電,每個Mp車安裝2個受電弓,提高車輛受電能力,降低車輛受電弓離線率,減少受電弓碳滑條和接觸線的電磨耗。

        (4)車體結構的重要改進,主要措施如下:1)采用A型車寬度3000m;B型車長度;單軌車的車內凈空高2.2m;2)全列車車門等間距布置,便于車站屏蔽門的設置;3)車體結構斷面為矩形,便于鋁合金車體采用攪拌摩擦焊,提高了焊接質量,降低了焊接難度和成本。

        (5)列車加裝撒砂裝置,提高了高架露天區(qū)段的粘著利用率,降低了列車出現(xiàn)空轉和滑行的幾率。

        2 撒砂裝置設計

        2.1 總體方案

        As車輛撒砂裝置的布置原則:

        (1)輪軌粘著:頭車相對尾車粘著惡劣,考慮布置在列車兩端車輛上;(2)牽引空轉:輪軌粘著惡劣時列車牽引空轉,考慮部分動車加裝;(3)對稱布置:保證兩端控車時,撒砂效果一致性。

        為便于撒砂,撒砂裝置設置在靠近轉向架輪對附近。6編組As車有4個動車和2個半動車,在每輛車配置一套撒砂裝置,包括一個撒砂控制箱、兩個砂箱及撒砂單元和兩個撒砂口(在每輛車靠近三軸的位置安裝)。每列設6套撒砂裝置。

        2.2 撒砂裝置技術

        撒砂裝置使成比例的砂子通過砂管噴灑到鋼軌上,撒砂量根據(jù)要求進行調整。具有如下功能:(1)具有烘干功能,采用熱空氣將砂箱內的砂子烘干;(2)具備加熱功能,防止低溫時砂管凍結;(3)具有隔離裝置,發(fā)生故障時可以人為切斷撒砂器。

        撒砂裝置供電電壓為DC110V(+25%~-30%),功耗約為110W,工作壓力為2.7bar,耗風量約為3L/min,出沙量為800~1200g/min。主要由撒砂控制箱、撒砂單元、撒砂口、砂箱、砂箱蓋等組成。

        2.2.1 撒砂控制箱

        撒砂控制箱主要由氣路板及安裝在氣路板上的溢流閥、減壓閥、撒砂電磁閥、干燥電磁閥等部件。與整車總風風源連接,為撒砂單元提供風源。車輛總風管提供撒砂風源,同時提供干燥供風風源。由車輛提供DC110V的工作電源,工作壓力為0~900kPa。

        2.2.2 撒砂單元

        撒砂單元具有撒砂、干燥功能,工作原理圖如圖3所示。執(zhí)行干燥工作時,通過干燥供風口dD提供的干燥風分成氣流 A 和 B 流經(jīng)砂箱,確保砂箱內始終保持在干燥狀態(tài)。執(zhí)行撒砂工作時,通過撒砂供風口S提供的風分成氣流A和B流經(jīng)砂箱,氣流A和砂礫混合,形成氣砂混合物,與氣流B一起最終由R口流出。因為氣流A和B的總量一定,撒砂單元可以通過控制氣流B的流量來調節(jié)氣流A的流量,從而實現(xiàn)撒砂量的調節(jié)。

        砂箱容積為12L,根據(jù)輕量化設計要求,砂箱采用鋁合金材料的鈑金焊接而成,沙箱結構圖如圖4所示。砂箱不僅具有存儲撒沙所需的沙子的功能,還具有承載整個撒沙裝置的作用。為保證整體強度,砂箱內部增加了加強支架。砂箱上設置了沙位視窗,便于操作人員觀察砂箱內剩余沙量,判斷加砂時間。砂位視窗分為雙層,內層選用耐磨的鋼化玻璃,外層選用抗擊打能力較強的PC板。砂箱蓋同時也安置在砂箱上,撒砂裝置安裝時,砂箱蓋應靠近車側,當需要添加砂子時,打開砂箱蓋,通過注砂口向砂箱內注入砂子。

        2.2.3 撒砂噴嘴

        撒砂噴嘴安裝在轉向架構架的支架上,進砂口與撒砂單元的出砂口相連。安裝示意圖如圖5。當列車運行的環(huán)境溫度≤5℃時,列車對撒砂噴嘴的加熱棒通電,以避免噴砂管內部結冰,影響撒砂效果。

        2.3 電氣控制策略

        撒砂控制分為手動和自動,手動撒砂通過按鈕實現(xiàn),自動撒砂由列車網(wǎng)絡控制。

        2.3.1 手動撒砂

        手動撒砂是通過司機臺上的“撒砂”按鈕,按鈕采用自復位按鈕帶燈,按下時按鈕燈亮起,進行前向撒砂。手動撒砂分為網(wǎng)絡正常模式和網(wǎng)絡故障模式。

        (1)在網(wǎng)絡正常模式下,撒砂指令傳輸至網(wǎng)絡由網(wǎng)絡發(fā)布撒砂指令,控制撒砂繼電器得電撒砂,撒砂時間控制邏輯為:車輛速度≤5km/h時,允許最長連續(xù)手動撒砂時間為10s;當車輛速度>5km/h時,手動撒砂時間與“撒砂裝置”按鈕被按壓的時間相同。

        (2)在緊急牽引模式下直接通過硬線發(fā)布撒砂指令,控制撒砂裝置撒砂,手動撒砂時間與“撒砂裝置”按鈕被按壓的時間相同。

        (3)手動撒砂提示,列車網(wǎng)絡每200ms檢測所有車的滑行狀態(tài),當檢測到不少于4個轉向架處于滑行狀態(tài)后進行手動撒砂提示,TCMS彈出提示畫面,該信號保持5s,5s后不符合撒砂提示條件撒砂提示自動清除。

        2.3.2 自動撒砂

        自動撒砂在以下情況被激活:(1)正常運行過程中,制動級位≥85%最大常用制動且連續(xù)滑行超過3s;(2)緊急制動且滑行時,由列車網(wǎng)絡發(fā)布撒砂指令,控制撒砂繼電器得電撒砂,列車前進方向的撒砂單元執(zhí)行撒砂指令。

        2.3.3 砂箱干燥和加熱控制

        列車升受電弓后,車輛上具有高壓電后,自動施加370KPa壓縮空氣干燥砂子。溫度低于5℃,砂箱加熱器和沙嘴加熱器自動啟動,每軸對應設置2個砂箱加熱器和2個沙嘴加熱器;溫度高于7℃,停止工作。需要TCMS從空調控制器采集車外溫度,參與控制。

        2.4 氣路控制

        撒砂控制單元與總風管相連,通過溢流閥、減壓閥、電磁閥給撒砂裝置供風。當列車總風壓力大于700KPa時,溢流閥打開,列車撒砂功能可用;當總風壓力小于700KPa時,溢流閥關閉,列車撒砂功能不可用。主控信號投入,VCB閉合后,撒砂干燥電磁閥處于常得電狀態(tài),持續(xù)施加370KPa的壓縮空氣,自動干燥砂子。

        3 試驗結果

        As列車分別以100km/h、50km/h初速度施加最大常用制動(純空氣),在整個試驗過程中一直噴灑降低粘著的液體。將相同速度下撒砂裝置工作與不工作的制動距離、平均減速度進行對比,分析撒砂對粘著的改善效果。試驗結果見下表2,安裝了撒砂裝置的比無撒砂裝置的制動距離減少,平均減速度增大。

        4 結束語

        從上述試驗結果可知,在As車輛上安裝撒砂裝置,能有效提高輪軌間的粘著利用率,保證As車輛的制動距離,對As車輛在濕滑軌道上的空轉或滑行有改善作用,確保了As車輛在大坡道上運營的安全可靠性。

        參考文獻:

        [1]GB/T 7928-2003 地鐵車輛通用技術條件[S].

        [2]DBJ50/T-259-2017 山地城市A型地鐵車輛通用技術標準[S].

        [3]陳金龍.As型地鐵車輛的研制與應用探討[J].鐵道車輛,2018,56(11):28-30+6.

        [4]馮伯欣.山地城市A型地鐵車的特點[J].都市快軌交通,2018,31(04):40-44+57.

        [5]陳國清,鄭玄.地鐵車輛輪軌低粘著問題改善措施探討[J].機車電傳動,2016(03):95-98.

        [6]邵軍.機車撒沙與提高黏著牽引力關系試驗研究[J].鐵道機車車輛,2016,36(06):39-41.

        [7]張冬冬,陳磊,陳玄圣,王振宏.不同速度等級動車組撒砂裝置對比分析[J].中國高新科技,2017,1(02):87-89.

        [8]蔣紅果,徐紅星.撒砂裝置在低地板車輛上的應用[J].鐵路技術創(chuàng)新,2013(06):93-95+114.

        作者簡介:王元貴(1987-),女,重慶人,碩士研究生,工程師,研究方向:地鐵車輛建設。

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