和諧號動車組撒沙裝置及控制

李邦國，孫棟棟，孫正軍，張 寶

（中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081）

鐵路周圍的環境對輪軌黏著性能具有很大影響，包括樹葉、植物、油脂、水、冰和雪等［1］。當這些污染物附著在鋼軌上時，會使輪軌黏著急劇下降，從而導致列車的車輪滑行，造成車輪與鋼軌的擦傷［2］。此外，諸如車輪踏面與鋼軌表面的狀態、線路質量等也是影響黏著的重要因素。增加輪軌黏著的主要措施是改變輪軌接觸界面的狀態。實際中有很多方法用于清除污染，如空氣或水流噴射，它們都可以掃除樹葉等輪軌接觸面間的污染物。此外，輪軌增黏劑也常用來提高輪軌黏著性能，其中撒沙是最常用的增黏方法，也是増黏效果和經濟性較為理想的一種［3］。在CRH3型動車組中，通過撒沙裝置向輪軌接觸面撒沙，從而改善輪軌間的黏著系數，提高動車組的運行品質。本文針對CRH3型動車組撒沙裝置及控制進行了分析研究。

1 撒沙的作用

軌道車輛的運動是靠在輪軌之間接觸點施加切向力實現的。根據黏著系數的不同，與法向力成比例的切向力是沿與法向力垂直的方向產生的，其大小因黏著系數而不同。對于軌道車輛，這種切向力既可用于加速，亦可用于減速。如果車輪和軌道都是清潔而又干燥的，即使不撒沙，可用黏著系數也是足夠的。但是，如果接觸表面潮濕或不清潔，黏著系數可能就會過低。在這種情況下，產生的切向力會小于牽引電動機或制動機施加的力，于是車輪開始空轉或滑行。這種情況會使加速或制動列車所需要的距離增加。除了存在運行安全性降低的危險以及能量浪費外，還會使軌道或車輪磨損量增大，使維修成本大大提高，旅客舒適度也會受影響。解決這類問題最主要的方法就是防止軌道車輛在正常運行過程中發生車輪空轉或打滑。撒沙使其黏著系數有一定程度的提高［4］。

2 撒沙裝置

2.1 撒沙裝置的組成

在和諧號CRH3動車組上，撒沙裝置主要由沙箱蓋、沙箱、輔助控制單元、沙量指示器、撒沙設備、撒沙加熱管等組成。位于轉向架上的撒沙裝置如圖1所示。

圖1 轉向架上的撒沙裝置

其中，撒沙設備如圖2所示。

圖2 撒沙設備

2.2 撒沙裝置的布置

在CRH3動車組中，撒沙裝置位于EC01／EC08車的輪對1處及IC03／IC06車的輪對1和4處，如圖3所示。

圖3 撒沙裝置在列車上的布置

2.3 沙質的要求

CRH3動車組上撒沙裝置使用的沙有明確的技術要求。沙粒應該有棱角，且必須干燥、干凈。沙粒的直徑要求見表1：

2.4 撒沙設備工作原理

如圖4所示，P1為撒沙供氣接口，壓縮空氣由P1口進入，經加熱設備32加熱后進入沙箱，在壓縮空氣的推動下，沙流經Sg沙帽到達P3口。P2口為烘干供風，壓縮空氣由P2口進入后，經加熱設備32加熱，進入沙箱，對沙箱內的沙子進行烘干。烘干后的壓縮空氣如圖示1）經排氣噴嘴排出。沙箱內的沙位應為于hmin和hmax之間。

表1 沙粒直徑及含量

圖4 撒沙設備的工作原理

3 撒沙控制

撒沙系統輔助控制模塊（F06）的氣動原理圖如圖5所示。

圖5 撒沙輔助控制模塊氣動原理圖

從總風來的壓縮空氣通過1口進入輔助控制模塊F06。輔助控制模塊內的空氣可通過F06.02塞門進行隔離。經過F06.02塞門后，壓縮空氣到達兩個減壓閥，F06.03減壓閥的壓力設定值為0.27MPa，為低壓撒沙；F06.04減壓閥的壓力設定值為0.63MPa，為高壓撒沙。為了使沙保持流暢和干燥，電磁閥F06.05控制到撒沙裝置用于干燥作用的氣流。F06.06電磁閥和F06.07電磁閥為速度控制電磁閥。如果列車速度達到高壓撒沙的速度值，BCU控制F06.07電磁閥動作進行高壓撒沙；如果列車速度達不到高壓撒沙的速度值，BCU控制F06.06電磁閥動作進行低壓撒沙。通過高低壓撒沙也實現了撒沙量的優化。

圖6 撒沙功能圖

撒沙系統可分信號的產生、信號的分配和執行三部分，如圖6所示。當司機按下撒沙按鈕時撒沙開始，中央控制單元CCU（即圖示列車控制）接受由按鈕產生的撒沙信號后，檢測列車行駛方向并分配相應地信號，通過車輛總線MVB和列車總線WTB將指令信號傳遞給局部控制單元（BCU），BCU控制F06模塊上的電磁閥動作進而實現相應的功能。

4 可能存在的問題及需要進一步研究的問題

在撒沙設備中，當沙箱內壓力達到一定值時，沙箱蓋打開。撒沙設備在裝配及實際應用過程中，沙箱蓋與填料管的配合要求很高，見圖7、圖8所示。因加工誤差及法蘭焊接變形等因素導致填料管故障的概率較高。

此外，撒沙作為一種增黏的方式，增黏效果是一個重要問題。當撒沙量過于少時，輪軌的增黏效果不理想，達不到預期目的。當撒沙量過大時，壓不完的沙子留在軌道上，后面車輛的車輪壓在沙子上會起到增加阻力的作用。此外撒沙還對車輪磨耗有一定的影響。撒沙量及磨耗等問題需要進一步的研究和分析。

圖7 填料管正面

圖8 填料管背面

5 結束語

撒沙裝置是和諧號動車組上增加輪軌黏著的一種方式。基于CRH3型動車組，對撒沙裝置的組成、撒沙的作用、沙質要求、撒沙設備的工作原理及撒沙控制進行了闡述。對可能出現的故障進行了預測與分析，并對撒沙系統存在的需要進一步研究的問題進行了闡述。

［1］申 鵬，王文建，張鴻斐，等.撒沙對輪軌黏著特性的影響［J］.機械工程學報，2010，46（16）：74－78.

［2］ZHANG Weihua，CHEN Jianzheng，WU Xuejie，et al.Wheel／rail adhesion and analysis by using full scale rollerrig［J］.Wear，2002（253）：82－88.

［3］OSCAR A C，LI Zili，LEWIS R.A Laboratory investigation on the influence of the particle size and slip during sanding on the adhesion and wear in the wheel－rail contact［C］∥The CM2009Organizing Committee.The 8th Inernational Conference on Contact Mechanics and wear of Rail／Wheel Systems，September 15－18，Firenze，Italy：CM2009，2009：175－184.

［4］Wemer Bartling.鐵路車輛新型撒沙系統［J］.國外內燃機車，2010（1）：10－14.