城鐵車下高溫區(qū)域防護(hù)方案分析

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130062

正文：

前言

針對北美軌道交通多應(yīng)用自然風(fēng)冷制動電阻，車輛的功能需求日益增多，車下空間狹小，制動電阻周邊設(shè)備及布線存在溫度過高，電纜過快老化問題。北美項(xiàng)目地鐵在設(shè)計中采用多種防護(hù)措施對制動電阻周邊的設(shè)備及布線進(jìn)行防護(hù)。確保在全電阻制動工況下，電阻周邊設(shè)備及電纜不被電阻的高溫所影響。

1 車下設(shè)備的布置方案

由于現(xiàn)在軌道交通車輛的功能需求越來越多，為滿足功能需求，車輛需集成安裝的設(shè)備也越多，致使車下設(shè)備的非常擁擠，設(shè)備與設(shè)備間的間距非常小。在以下項(xiàng)目中，與制動電阻最近的設(shè)備為蓄電池箱，兩個箱體的間距僅為120mm。

同時制動電阻箱周邊需要給制動電阻的配線及其他設(shè)備的走線。圖1為制動

圖1 制動電阻周邊電纜分布

2 制動電阻高溫區(qū)域熱量分析

在設(shè)計之初，針對制動電阻箱，在全電阻制動工況下，產(chǎn)生的熱量，需要進(jìn)行仿真計算，以確保有針對性的進(jìn)行防護(hù)措施的設(shè)計。仿真計算的輸入條件為：環(huán)境溫度49℃，車輛運(yùn)行速度為速度為25m/s（90 km/h），其中制動電阻的熱功率與時間相關(guān)，非恒定值，制動電阻的熱功率依據(jù)給定的熱功率—時間曲線來施加。圖2為600秒內(nèi)制動電阻的熱功率—時間曲線。

圖2 600秒內(nèi)制動電阻的熱功率—時間曲線

按照以上條件及三維模型進(jìn)行仿真，制動電阻周邊溫度分布如下。圖3為電阻的表面溫度仿真結(jié)果。

圖3 為制動電阻的表面溫度

3 車下制動電阻高溫區(qū)域防護(hù)

鑒于制動電阻箱表面溫度隨著時間的增加，表面溫度持續(xù)上升，在一個周期的運(yùn)營工況下，有可能達(dá)到250℃。故對蓄電池箱及制動電阻周邊電纜采用隔熱的防護(hù)措施。

3.1 制動電阻上側(cè)安裝隔熱板，隔熱板材質(zhì)為由不銹鋼包裹的納能材料，納能材料的材料特性如下。確保制動電阻熱量不會傳遞到車體底架，避免高溫傳導(dǎo)至客室地板，影響到客室的溫度。

3.2 蓄電池箱的防護(hù)，由于高溫會影響蓄電池特性，嚴(yán)重情況高溫會導(dǎo)致電池爆炸，故為確保電池箱內(nèi)的溫度，在電池箱四周增加隔熱板。隔熱板材料與制動電阻上方隔熱板材質(zhì)一致。

3.3 制動電阻周邊的電纜防護(hù)。由于電阻表面溫度達(dá)到250℃，而電纜的工作最高溫度為110℃，故在電纜外包裹隔熱護(hù)套，隔熱護(hù)套。

4 防護(hù)方案的實(shí)車測試

在實(shí)車的全電阻制動試驗(yàn)，用時約15分鐘。圖4為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。最高點(diǎn)是制動電阻和蓄電池之間溫度較高266.4℃（如0104點(diǎn)），但是在蓄電池隔熱板和蓄電池箱體見僅為40°左右（如0202），隔熱效果良好。電纜側(cè)測試點(diǎn)未有超過110℃，隔熱效果良好。

圖4 實(shí)車電阻試驗(yàn)溫度測試結(jié)果

5 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)車測試，對于蓄電池箱及電纜的防護(hù)措施滿足設(shè)計的要求。此種制動電阻高溫區(qū)域的防護(hù)方案已經(jīng)在美國車輛上有了成功的應(yīng)用，并且此種防護(hù)措施的應(yīng)用前景廣泛：可用于狹小空間的電纜高溫防護(hù)、制動電阻周邊設(shè)備的隔熱板防護(hù)應(yīng)用。鑒于北美市場及部分國內(nèi)城鐵用戶的自然風(fēng)冷電阻的需求，本文所描述的對設(shè)備及電纜的高溫防護(hù)措施，有著良好的應(yīng)用前景。