不同速度等级动车组撒砂装置对比分析

不同速度等级动车组撒砂装置对比分析

作者：张冬冬陈磊陈玄圣王振宏

来源：《中国高新科技·下半月》2017年第01期

摘要：动车组具有较高的运行速度，如遇轨面湿滑易发生空转滑行。动车组速度越高，轮轨黏着越差，不同速度等级动车组对于撒砂功能的需求不同。文章选取两种速度等级的动车组，对其撒砂装置功能原理进行了分析，为动车组撒砂装置的设计提供了指导。

关键词：动车组；撒砂装置；运营速度文献标识码：A

中图分类号：U270 文章编号：2096-4137（2017）02-087-03 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2017.02.29

动车组在高速运行中，由于黏着系数过低，车辆产生空转或滑行，除了使运营安全性降低和能量浪费外，还会使车轮和轨道磨耗量增加。通过撒砂装置向轮轨接触面撒砂，增加轮轨表面的粗糙度，从而改善黏着，提高动车组运营品质。

列车的运营速度也是黏着系数的影响因素之一，动车组的速度等级不同，对撒砂功能需求也不相同。现以160km/h速度等级的城际动车组和300km/h速度等级的高速干线动车组为例，对其撒砂装置的功能原理进行阐述。

1 城际动车组撒砂装置

城际动车组在MC01和MC08两个头车的第一根轴设有撒砂装置，如图1所示：

1.1 撒砂装置结构组成

城际动车组由于其快启快停、经济舒适的市场定位，撒砂装置往往独立于制动控制装置，单独设立。撒砂装置主要由两部分组成：撒砂控制模块和撒砂单元。撒砂控制模块安装在司机室车上柜体内，控制撒砂动作，如图2所示。撒砂单元布置于车下，由车辆提供的DC 110V 电源驱动，受撒砂模块控制，执行撒砂动作。撒砂量与撒砂时间成正比。撒砂单元主要由砂箱、撒砂加热器及管路附件等组成，如图3所示。

撒砂单元为气动压差式，流量很大的撒砂气流从撒砂进风口进入，通过砂箱底板进入砂箱，此时砂箱内干燥的砂子会在气流的吹动下翻腾，翻腾的砂子和大量的气流一起通过撒砂口流出，通过出砂口进入加热箱再撒向钢轨。

砂箱干燥过程中，干燥时流量很小的气流从干燥进风口通过砂箱底板进入砂箱，气流缓慢穿过砂粒，最后从排气口排出。此时砂箱内的砂子不会翻腾，所以不会有砂粒撒出。在排气口

的底部有一个气堵，通过气堵可以调整撒砂过程中通过撒砂口和排气口的气流大小，来调节撒砂量的大小。

1.2 撒砂装置控制原理

撒砂控制气路工作原理如图4所示，基于列车控制层面，撒砂动作由列车中央控制单元（以下简称CCU）控制完成。由于城际动车组基于硬线控制为主，撒砂动作相应采取硬线指令控制。由于速度等级较低，动车组采用手动撒砂控制，未设置自动撒砂功能。

启动司机台撒砂按钮，撒砂指令信号通过输入输出采集模块进入CCU，由CCU发出硬线指令控制占用端头车撒砂电磁阀动作，经减压阀（设定值5bar）的压力空气通往撒砂单元，实现撒砂。同时CCU控制干燥电磁阀动作，用于控制通向撒砂单元的干燥空气。撒砂模块隔离塞门带有一个手柄，通过操作手柄可以将撒砂控制装置的控制气路切断并将隔离塞门以下气路中的空气排空。隔离塞门内部设有微动开关，列车监控系统（以下简称TCMS）通过隔离塞门的微动开关监控撒砂控制装置的状态。

为防止外温较低，撒砂装置冻结停止工作，撒砂装置设置低温加热装置。当低于一定温度时，CCU通过硬线指令控制撒砂伴热投入工作。伴热的电源为交流230V。施加额定电压时，撒砂加热管加热至运行温度。加热箱中的加热电偶根据外部条件由CCU控制，低于7℃开始工作，高于15℃停止工作。温度由CCU从车辆的温度传感器采集，从而控制加热棒工作，实现撒砂加热功能。

2 高速动车组撒砂装置

干线高速动车组为8辆编组的动力分散式电动车组，最高运营速度可达300km/h。为满足高速运行所需黏着力，在端车的1轴和中间车的1轴和4轴均设有撒砂装置，具体配置如图5所示。

2.1 撒砂装置组成

撒砂装置主要由砂箱、辅助控制单元、砂量指示器、撒砂设备、撒砂加热管等组成，如图6所示。撒砂设备同样基于压差式，辅助控制单元控制撒砂设备实现撒砂动作。当撒砂电磁阀激活时，系统将压缩空气充入连接的撒砂设备，使成比例数量的砂通过砂管输送到铁轨。砂的数量可以通过砂量指示器中的阻气阀进行调节，并通过供气压力的大小进行调节。撒砂器根据压力原理进行工作，砂箱需要采用带有降压保护作用的专用罩关闭密封。

2.2 撒砂装置控制原理

制动系统撒砂装置气路原理图（F06），如图7所示：

由于列车速度不同，轮轨黏着力不同，导致的空转滑行程度不同。为保证高速动车组全速段内的黏着系统可控，设置高低压撒砂功能。BCU可根据速度大小激活相应的电磁阀，自动调节砂箱内的压差，保证适量的砂子被撒到轮轨接触的部位，达到最优的增粘效果，有效防止轮对擦伤，保证列车的安全运行。

高速动车组采用网络控制，撒砂动作的实施也基于网络指令的传输。撒砂控制过程可分为如下三个部分：信号的产生、信号的分配和执行部分。如图8所示。

撒砂模块集成于制动控制单元（以下简称BCU）模块中，由司机台上撒砂扳钮实现前进/全列方向撒砂。其控制方案为：当司机按“撒砂”按钮前进位，产生的信号由BCU读取。由BCU控制总风管压力经由速度控制电磁阀流入砂箱底部的撒砂设备，完成前进方向撒砂动作。高速位时，扳动扳钮至后退位，CCU检测列车行驶方向，通过车辆总线“MVB”和列车总线“WTB”将网络指令控制信号相应地传递到本地本车气动控制单元BCU，完成全列撒砂动作。

除了撒砂的信号外，干燥砂子的信号也将由BCU分配给干燥电磁阀。撒砂管装有撒砂管加热器，以防止在零下温度时由于雪或结冰堵塞砂管。当环境温度低于5℃时，由CCU通过输入输出模块控制激活电加热功能。

由于高速动车组运营速度快，为了优化砂子的分配量，高速时的砂分配装置的加压压力比低速时的更大。这通过BCU从两个阶段进行控制，以速度为基础激活相应的高、低速电磁阀（F06.07）、（F06.06）。列车速度高于160km/h时，高速撒砂电磁阀得电，撒砂装置施加630kPa的压缩空气；若列车速度低于160km/h时，低速撒砂电磁阀得电，撒砂装置施加

270kPa的压缩空气。

为及时改善轮轨黏着，消除运行的不利因素，高速动车组设置自动撒砂功能。制动工况下，BCU检测出列车处于严重滑行时进行撒砂请求。CCU汇总全列的自动撒砂请求，并与后向撒砂开关指令合并后，通过MVB发给BCU。由BCU控制本车输出前进方向自动撒砂。

3 结语

两种不同速度等级的动车组均采用气动压差式撒砂装置，与传统重力撒砂装置相比，其下砂量控制精准、故障率低。两种撒砂系统均具有撒砂干燥和控制砂管加热功能。两种速度等级动车组的撒砂装置，基于整车设计输入及成本控制，功能执行上有所不同，但均可以满足动车组的轮轨黏着改善

需求。