CRH380CL型動車組撒沙系統分析

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、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格，高速動車組的撒沙系統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實現防止車輛空轉和滑行的目的，可有效避免擦輪的故障發生。文中重點對我國自主研制生產制造的CRH380CL型高速動車組撒沙系統的配置、組成、功能及控制邏輯進行了闡述，并舉例說明系統在運用過程中出現的典型故障，方便進行故障的識別、判斷和預防。

1 撒沙系統配置及組成

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型動車組撒沙系統配置

1.2 撒沙控制系統

撒沙系統用于改善輪軌間的黏著條件，屬于增黏系統。CRH380CL型動車組撒沙的實施信號由牽引控制單元(TCU)發出或通過頭車司機室撒沙開關發出，撒沙系統由列車的制動控制系統中的撒沙控制系統實施，撒沙控制系統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。來自總風管MRP的壓縮空氣，經過塞門(F06.02)后分成2路，一路經減壓閥(F06.03)到達電磁閥(F06.05、F06.06)，另一路經減壓閥(F06.04)到達電磁閥(F06.07)。減壓閥(F06.03)的設定值為270 kPa，此通路用來實現低壓撒沙(電磁閥F05.06)和撒沙干燥(電磁閥F06.05)功能。減壓閥(F06.04)的設定值為630 kPa，此通路用來實現高壓撒沙功能。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車可以根據列車運行方向激活換向電磁閥實現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發出的撒沙指令和列車網絡中央控制單元(CCU)的發送的列車行駛方向信息，并通過制動系統單元制動管理器(SBM)轉發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)相應的撒沙控制功能組，撒沙控制功能組根據列車運行方向和撒沙指令進行相應車軸撒沙氣路控制模塊激活，實現對運行方向的輪對進行撒沙控制。

圖2 撒沙氣路原理圖

當動車牽引控制單元(TCU)檢測到本車車輪空轉時，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管和干燥供風管連接，帶軟管和電纜的撒沙加熱噴嘴固定在轉向架的構架上并與軌面保持相應高度，見圖4所示。

1.3.1沙箱

沙箱材質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運用線路氣候條件，運營里程及時間長短以及司機操作習慣而定，需要盡量設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應在最低沙位線hmin以下，沙罩SZ2應在最高沙位線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。隔沙板D內的干燥棒G用于加熱流經隔沙板D的壓縮空氣。

圖5 撒沙單元結構及工作原理示意圖

1.3.3撒沙噴嘴

2 撒沙系統功能

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，也可以根據牽引、制動工況下出現的空轉、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可實現手動的前輪對撒沙和全列撒沙，當開關激活前輪對撒沙時，按運行方向占用端頭車的1軸進行撒沙。

當撒沙開關激活全列撒沙時，具體如下：

(1)EC01車占用時，根據運行方向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軸進行本車自動撒沙。

(2)牽引工況下，當單車牽引控制單元(TCU)檢測到本車空轉時，將通過硬線信號通知本車EBCU，本車EBCU通過網絡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和加熱功能，防止沙箱里的沙子潮濕結塊；撒沙噴嘴具有加熱功能，防止冬季撒沙噴嘴因雨雪凍結而被堵塞。

第一代路虎發現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，駕乘體驗更為優秀的五門版車型。

3 撒沙系統控制邏輯

3.1 手動撒沙邏輯

(1)手動激活前輪對撒沙開關時，占用端頭車MBCU接收到“前輪對撒沙激活”的開關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時，CCU收到“全列撒沙激活”的開關硬線指令請求后，將“全列撒沙控制信號”和“列車方向信號”發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激活時間相同；列車靜止時，手動一次激活撒沙持續時間最大為20 s。

3.2 自動撒沙邏輯

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

(2)牽引工況下，當牽引控制單元(TCU)檢測到因空轉導致牽力輸出不足時，會通過硬線信號“激活撒沙”通知本車EBCU，本車EBCU通過網絡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，根據本車速度變化進行高低壓撒沙控制，當本車速度>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撒沙干燥吹風邏輯

(1)滿足以下條件之一時，則全列切除撒沙干燥吹風。

②所有可用空壓機都在運行；

③所有空壓機都被禁用；

④總風壓力低故障時。

(2)當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。

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本車檢測總風壓力>700 kPa；

④本車總風壓力傳感器正常。

3.4.2撒沙加熱邏輯

當環境溫度低于5 ℃時，撒沙單元和撒沙噴嘴的加熱棒通電加熱；當環境溫度高于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，調試過程中發現部分撒沙裝置動作失靈。撒沙及撒沙干燥時，發現出沙口只有微弱的風甚至沒有風排出。經現場拆卸撒沙單元發現，撒沙模塊中隔沙板(參看圖5)上的用于出風的大量出氣孔被堵死，由于壓縮空氣無法通過，導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。分析發現此前對于撒沙裝置所使用的沙子沒有具體的技術要求，由于裝入撒沙箱內的沙子含泥量過大(參看圖6左)，經過長時間的沉積以及水氣的存在，最終導致隔沙板氣孔堵死。通過實際應用發現新采用的沙子(參看圖6右)效果良好，后續使用中未再出現過類似問題，這個問題的解決找出了調試過程中故障存在的原因，而且節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 撒沙系統所使用的沙子

更換后的沙子具體標準要求如下：

①采自沙坑，河道，或湖泊的巖石沙，二氧化硅的含量(質量)應不小于50%。

②莫式(Mohs)硬度礦物等級≥5。

③顆粒應多為銳棱，尺寸應符合：小于0.1 mm的質量比例小于0.5%；小于0.63 mm的質量比例小于5%；大于0.63 mm，小于0.8 mm的質量比例小于30%；大于0.8 mm，小于1.6 mm 的質量比例大于50%；大于1.6 mm，小于2 mm的質量比例小于30%；大于2 mm的質量比例小于5%；大于2.5 mm的質量比例小于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及液體雜質。

5 結束語

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