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浅谈重庆As地铁车辆撒砂装置设计

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摘要：为了使车辆适应山地城市坡陡弯小的地形特点，保障地铁车辆在大坡道、小曲线半径线路上的安全和可靠运营。本文研究了地铁车辆在大坡道线路工况下车辆粘着利用的问题，首先介绍了重庆As车辆技术参数和技术特点，重点研究了As车撒砂装置的配置、组成、功能及控制逻辑，最后通过装车在实际线路上进行实验，验证撒砂装置在As车辆上的应用效果。

关键词：As型;地铁车辆;撒砂装置;设计

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

0 引言

由于国内通用地铁车辆主要爬坡能力为35‰[1]。山地城市地铁线路普遍存在坡道多、转弯半径小、车站埋深深的情况。为了克服通用列车车辆在山地城市应用产生的爬坡能力不足、建设和运营成本大、运营能耗高等问题，借鉴国内外城市轨道交通车辆先进经验，研制了适合山地城市特点的一种新车型“山地城市A型车车辆”，简称As车。As车采用了A型车宽度、B型车长度及单轨车内空高度，最大爬坡能力达50‰，正线最小转弯半径300m[2-4]。但是As车辆在坡道50‰的线路上运行，牵引时存在空转或滑行风险，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。根据国内外对轮轨粘着的研究，在轨道条件较差时，撒砂装置能改善轮轨粘着系数[5-8]。通过对重庆As车辆安装撒砂装置，车辆运行时通过对轨道喷砂增加轮轨间的粘着，减少车辆的空转和滑行，提升As车运营品质。本文主要介绍了国内首创的As车辆技术参数和特点，重点研究了As车辆撒砂装置的配置、组成、功能及控制逻辑，通过装车实测数据分析，验证撒砂装置在As车辆上的应用效果。

1 As地铁车辆介绍

1.1 As车辆主要技术参数

As车辆是国内首创的山地A型车，是在标准地铁A型车和B型车的基础上，通过优化车辆参数和动力配置，以适应重庆山地城市坡道多、转弯半径小、车站埋深大的实际情况而研制的一种新车型，As车辆的主要技术参数见表1。As车辆运行的线路最大坡度为区间正线坡度不宜大于45‰，困难地段可采用50‰;联络线、出入线的最大坡度不宜大于50‰;洞口以内及露天地面线和高架线不宜大于35‰[2]。

1.2 主要技术特点和优点

（1）改善列车通过小曲线半径的性能。最小曲线半径为正线250m，有利于线路的选线和设计。列车设计时采取的措施如下：1）转向架固定轴距为2200m;2）安装干式轮缘润滑装置来降低噪声和减少轮缘磨耗及钢轨磨耗。

（2）提高列车的爬坡能力。车辆最大爬坡能力由35‰提高到50‰，线路最大坡道提升后，降低了車站埋深，减少了车站电扶梯使用，方便乘客出入站，在建设阶段减少拆迁和土建费用。列车设计时采取的措施如下：1）车辆采用5动1拖的动力配置;2）牵引和制动均采用架控方式，提高牵引力和制动力的控制精度;3）基础制动装置采用轮盘制动，确保车轮在长大坡道上的制动安全性;4）每个车轮设置踏面清扫器，提高了车轮粘着和保护踏面。

（3）全列车采用4个受电弓受电，每个Mp车安装2个受电弓，提高车辆受电能力，降低车辆受电弓离线率，减少受电弓碳滑条和接触线的电磨耗。

（4）车体结构的重要改进，主要措施如下：1）采用A型车宽度3000m;B型车长度;单轨车的车内净空高2.2m;2）全列车车门等间距布置，便于车站屏蔽门的设置;3）车体结构断面为矩形，便于铝合金车体采用搅拌摩擦焊，提高了焊接质量，降低了焊接难度和成本。

（5）列车加装撒砂装置，提高了高架露天区段的粘着利用率，降低了列车出现空转和滑行的几率。

2 撒砂装置设计

2.1 总体方案

As车辆撒砂装置的布置原则：

（1）轮轨粘着：头车相对尾车粘着恶劣，考虑布置在列车两端车辆上;（2）牵引空转：轮轨粘着恶劣时列车牵引空转，考虑部分动车加装;（3）对称布置：保证两端控车时，撒砂效果一致性。

为便于撒砂，撒砂装置设置在靠近转向架轮对附近。6编组As车有4个动车和2个半动车，在每辆车配置一套撒砂装置，包括一个撒砂控制箱、两个砂箱及撒砂单元和两个撒砂口（在每辆车靠近三轴的位置安装）。每列设6套撒砂装置。

2.2 撒砂装置技术

撒砂装置使成比例的砂子通过砂管喷洒到钢轨上，撒砂量根据要求进行调整。具有如下功能：（1）具有烘干功能，采用热空气将砂箱内的砂子烘干;（2）具备加热功能，防止低温时砂管冻结;（3）具有隔离装置，发生故障时可以人为切断撒砂器。

撒砂装置供电电压为DC110V（+25%～-30%），功耗约为110W，工作压力为2.7bar，耗风量约为3L/min，出沙量为800～1200g/min。主要由撒砂控制箱、撒砂单元、撒砂口、砂箱、砂箱盖等组成。

2.2.1 撒砂控制箱

撒砂控制箱主要由气路板及安装在气路板上的溢流阀、减压阀、撒砂电磁阀、干燥电磁阀等部件。与整车总风风源连接，为撒砂单元提供风源。车辆总风管提供撒砂风源，同时提供干燥供风风源。由车辆提供DC110V的工作电源，工作压力为0～900kPa。

2.2.2 撒砂单元

撒砂单元具有撒砂、干燥功能，工作原理图如图3所示。执行干燥工作时，通过干燥供风口dD提供的干燥风分成气流 A 和 B 流经砂箱，确保砂箱内始终保持在干燥状态。执行撒砂工作时，通过撒砂供风口S提供的风分成气流A和B流经砂箱，气流A和砂砾混合，形成气砂混合物，与气流B一起最终由R口流出。因为气流A和B的总量一定，撒砂单元可以通过控制气流B的流量来调节气流A的流量，从而实现撒砂量的调节。

砂箱容积为12L，根据轻量化设计要求，砂箱采用铝合金材料的钣金焊接而成，沙箱结构图如图4所示。砂箱不仅具有存储撒沙所需的沙子的功能，还具有承载整个撒沙装置的作用。为保证整体强度，砂箱内部增加了加强支架。砂箱上设置了沙位视窗，便于操作人员观察砂箱内剩余沙量，判断加砂时间。砂位视窗分为双层，内层选用耐磨的钢化玻璃，外层选用抗击打能力较强的PC板。砂箱盖同时也安置在砂箱上，撒砂装置安装时，砂箱盖应靠近车侧，当需要添加砂子时，打开砂箱盖，通过注砂口向砂箱内注入砂子。

2.2.3 撒砂喷嘴

撒砂喷嘴安装在转向架构架的支架上，进砂口与撒砂单元的出砂口相连。安装示意图如图5。当列车运行的环境温度≤5℃时，列车对撒砂喷嘴的加热棒通电，以避免喷砂管内部结冰，影响撒砂效果。

2.3 电气控制策略

撒砂控制分为手动和自动，手动撒砂通过按钮实现，自动撒砂由列车网络控制。

2.3.1 手动撒砂

手动撒砂是通过司机台上的“撒砂”按钮，按钮采用自复位按钮带灯，按下时按钮灯亮起，进行前向撒砂。手动撒砂分为网络正常模式和网络故障模式。

（1）在网络正常模式下，撒砂指令传输至网络由网络发布撒砂指令，控制撒砂继电器得电撒砂，撒砂时间控制逻辑为：车辆速度≤5km/h时，允许最长连续手动撒砂时间为10s;当车辆速度>5km/h时，手动撒砂时间与“撒砂装置”按钮被按压的时间相同。

（2）在紧急牵引模式下直接通过硬线发布撒砂指令，控制撒砂装置撒砂，手动撒砂时间与“撒砂装置”按钮被按压的时间相同。

（3）手动撒砂提示，列车网络每200ms检测所有车的滑行状态，当检测到不少于4个转向架处于滑行状态后进行手动撒砂提示，TCMS弹出提示画面，该信号保持5s，5s后不符合撒砂提示条件撒砂提示自动清除。

2.3.2 自动撒砂

自动撒砂在以下情况被激活：（1）正常运行过程中，制动级位≥85%最大常用制动且连续滑行超过3s;（2）紧急制动且滑行时，由列车网络发布撒砂指令，控制撒砂继电器得电撒砂，列车前进方向的撒砂单元执行撒砂指令。

2.3.3 砂箱干燥和加热控制

列车升受电弓后，车辆上具有高压电后，自动施加370KPa压缩空气干燥砂子。溫度低于5℃，砂箱加热器和沙嘴加热器自动启动，每轴对应设置2个砂箱加热器和2个沙嘴加热器;温度高于7℃，停止工作。需要TCMS从空调控制器采集车外温度，参与控制。

2.4 气路控制

撒砂控制单元与总风管相连，通过溢流阀、减压阀、电磁阀给撒砂装置供风。当列车总风压力大于700KPa时，溢流阀打开，列车撒砂功能可用;当总风压力小于700KPa时，溢流阀关闭，列车撒砂功能不可用。主控信号投入，VCB闭合后，撒砂干燥电磁阀处于常得电状态，持续施加370KPa的压缩空气，自动干燥砂子。

3 试验结果

As列车分别以100km/h、50km/h初速度施加最大常用制动（纯空气），在整个试验过程中一直喷洒降低粘着的液体。将相同速度下撒砂装置工作与不工作的制动距离、平均减速度进行对比，分析撒砂对粘着的改善效果。试验结果见下表2，安装了撒砂装置的比无撒砂装置的制动距离减少，平均减速度增大。

4 结束语

从上述试验结果可知，在As车辆上安装撒砂装置，能有效提高轮轨间的粘着利用率，保证As车辆的制动距离，对As车辆在湿滑轨道上的空转或滑行有改善作用，确保了As车辆在大坡道上运营的安全可靠性。

参考文献：

[1]GB/T 7928-2003 地铁车辆通用技术条件[S].

[2]DBJ50/T-259-2017 山地城市A型地铁车辆通用技术标准[S].

[3]陈金龙.As型地铁车辆的研制与应用探讨[J].铁道车辆，2018，56（11）：28-30+6.

[4]冯伯欣.山地城市A型地铁车的特点[J].都市快轨交通，2018，31（04）：40-44+57.

[5]陈国清，郑玄.地铁车辆轮轨低粘着问题改善措施探讨[J].机车电传动，2016（03）：95-98.

[6]邵军.机车撒沙与提高黏着牵引力关系试验研究[J].铁道机车车辆，2016，36（06）：39-41.

[7]张冬冬，陈磊，陈玄圣，王振宏.不同速度等级动车组撒砂装置对比分析[J].中国高新科技，2017，1（02）：87-89.

[8]蒋红果，徐红星.撒砂装置在低地板车辆上的应用[J].铁路技术创新，2013（06）：93-95+114.

作者简介：王元贵（1987-），女，重庆人，硕士研究生，工程师，研究方向：地铁车辆建设。

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