关键词：动车组，撒砂装置，现车改造
机车车辆制动力的施加依靠轮轨间的黏着实现,而轮轨间的黏着系数除受车辆的运行速度及轴重影响外,还受轨道和车轮踏面状态（生锈、油脂或尘埃）的影响[1]。当轮轨黏着力小于车轮制动力时,轮对将产生滑行,严重时会造成车轮踏面擦伤，影响列车的运行品质和运营安全。向轨道撒砂作为一种改善轮轨黏着状态的有效方式，已被广泛认可并应用于国内外铁道机车及动车组[2]。故为提高列车的运营品质和运营安全，动车组均设置了撒砂系统，撒砂系统有砂箱、撒砂控制系统、撒砂软管及喷嘴组成。某些动车组没有设置砂量观察装置，检修人员不能直接看到砂箱内的剩余砂量，不知何时需要添加砂子，造成司机操作撒砂时，砂箱内无砂。根据中国铁路总公司要求，现研究在现有动车组上安装砂量显示装置的方案。
1撒砂系统现有方案
现有某型动车组在01、08车第1根轴和03、06车第1根和第4根轴设置撒砂装置，具体
配置见图1。
2 撒砂装置改造方案
由于头车砂箱采用铝板与车体前端焊接为整体，中间车砂箱采用不锈钢板拼焊，砂箱上没有设置观察窗，故无法在外侧直接观察到砂箱内的砂量，头车可以打开砂箱盖观察，中间车由于砂箱结构，不能从砂箱盖处观察，因此有必要对现车撒砂装置进行改造，增加砂量观察装置，以便及时提醒检修人员及时注砂，防止司机撒砂时无砂可撒的情况。制定了两种撒砂装置现车改造方案：增加砂量观察窗和增加电子砂量显示装置。
2.1 增加砂量观察窗方案
2.1.1头车砂箱改造方案
在砂箱上增加透明观察窗，同时需要在该观察窗的对应裙板位置上安装透明观察窗，可以通过这两个观察窗查看砂箱内的砂量，故需要对砂箱和裙板进行改造，砂箱改造有两个方案。
2.1.1.1方案一
现车砂箱底部有一个工艺口，上面使用一块不锈钢的盖板通过螺栓固定封盖，可使用现有的工艺开口，对不锈钢盖板进行改造，在盖板上开长条孔并安装有机玻璃，最后再将改造后的盖板安装在工艺开口上，经计算，该视窗下限容积约为有效容积的4%，上限容积约为20%，可见该方案所能够显示的砂位范围为4%～20%，具体结构见图4。车体裙板须在砂位视窗对应位置增加观察窗，如图5所示，观察窗位置已在裙板的下沿，裙板强度会受到削弱，还会出现振动等问题，使裙板产生裂纹，且视窗安装位置比较低，位于车头区域，因此存在被异物击打破碎的风险。 故该方案不可行。 2
2.1.2中间车砂箱改造方案
中间车砂箱吊装在底架前端下方，砂箱注砂口外侧是底架自带的弧形板材，和底架型材一体，无法在其上开口并安装观察窗，故将砂箱的砂量观察窗安装在侧面，检修时可通过转向架侧观察砂箱中的砂量。需要将砂箱拆卸，返回生产商处进行改造，在砂箱侧面开长圆口，并在砂箱外表面焊接砂箱观察窗安装座，然后将双层有机玻璃视窗用螺栓固定在安装座上，砂箱改造后需进行气密性测试，改造后的砂箱结构见图7。该砂位视窗的下限容积约为有效容积的30%，上限容积约为80%，因此该方案所能够显示的砂位范围为30%～80%。
优点：改造方案操作相对简单，工作量小，周期短、成本相对较低。
缺点：需要对砂箱结构进行更改，操作难度较大，改造周期较长，成本较高，同时由于手工开口并焊接，工艺精度无法保证，可能导致砂箱变形，影响砂箱气密性。
3增加电子砂位显示装置方案
3.1 电子砂位显示装置原理
电子砂位显示装置主要由砂位传感器、砂位显示器及相关连接电缆组成，通过砂位显示器指示灯可分阶段显示剩余砂量，各部件的连接关系如图8所示，砂位显示器电气原理如图9所示。
因此砂箱安装电子砂位显示装置需要砂箱提供砂位传感器接口，底架增加砂位显示器安装接口，电气增加供电接口及配线。
3.2头车改造方案
需要对砂箱、车体、裙板和电气布线进行更改。在砂箱有效容积90%和50%处打两个孔，并焊接砂位传感器安装座；砂位传感器安装在该安装座上，砂位显示器需要吊装在车下，需要在司机室底架边梁下焊接C槽，在裙板对应的位置开口并安装观察窗，头车该位置裙板重新投产，在“总风管截断阀”和“注砂口”检查门之间加一个大小为50X95的观察窗，用于观察电子砂位显示器状态，具体见图10。
需要为砂位显示器接电源线，电源线为DC110V，而CRH3系列动车组撒砂伴热电源为AC230V，无法为砂位显示器供电，故只能从车上电气柜引线。可启动电气柜到车下车载电源箱的备用线，备用线线号为990802.01和990803.01，备用线位于设备舱内，在备用线附近增加分线盒，用于电源线的分线，线缆出分线盒后，经过BB174/3，BS04，BB171/1和BB174/4，BS13，BB171/2的路径分别到达终端箱的右侧和左侧砂位显示器，详见图11；砂位传感器线束直接接到砂位显示器上，电气柜内新增砂位显示器供电空开，电子砂位显示新增供电电路见图12。
3.3中间车改造方案
需要对砂箱、裙板和电气进行更改。将砂箱拆卸，返回生产商处改造，在砂箱的适当位置（砂箱容积90%和50%左右处）打两个孔，并焊接砂位传感器安装座；砂位传感器安装在该安装座上，砂位显示器需要吊装在车下合适位置，可吊装在设备舱内一位端和二位端的两侧，现车在底架边梁上焊接C槽，砂箱开孔位置见图13，设备舱一位端一位侧和二位端二位侧的第1块裙板进行改造，调整裙板锁位置，开口并安装观察窗。设备舱一位端二位侧和二位端一位侧的第1块裙板，由于牵引电机通风机有通风需求，所以该裙板带有通风格栅，无法再增加观察窗，因此观察窗位置只能向车体中心移动。
根据车型不同，需对每个安装砂箱的车辆进行核实，根据速度传感器安装座的位置确定砂箱的打孔位置，防止速度传感器安装座遮挡砂位传感器的出线。确定打孔位置后，做好标记，将砂箱拆下，返回生产商处按照标记打孔并焊接砂位传感器安装座。砂位显示器安装在设备舱内，砂位传感器线缆从砂箱引出，连接到砂位显示器上，砂位显示器的电源线从车上电气柜引出，电源线启用电气柜到车下车载电源箱的备用线，备用线线号为990702.01，备用线位于设备舱内，在备用线附近增加分线盒，用于电源线的分线，线缆出分线盒后经车下线槽和绑线架到达砂位显示器，线束采用波纹管防护。砂位传感器线束横跨转向架区域，在BS01和BS16型腔开孔，孔大小参考尺寸为150mm*50mm，并且去除开孔附近底架阻尼浆，粘接边缘防护；线束采用波纹管防护。线束出型腔到设备舱隔墙，在隔墙开直径21的圆孔，安装尼龙软管接头，与传感器软管连接，并进行密封处理；电气柜内新增砂位显示器供电空开，砂位指示器电源线供电原理图见图13。由于砂位传感器线缆和电源线是成品电缆，为方便维修便于拆卸，需要在型腔内布置线缆，在型腔开孔外预留插头，一端从砂位传感器引出，通过插头与型腔内线缆连接，另一端型腔外通过插头与砂位显示器连接。
优点：
（1）砂箱内的砂量可以通过指示灯直接观察，红灯亮起时及时添加砂子；
（2）司机可以在司机屏上查看砂箱内的砂量，及时知道砂箱的砂量。
缺点：
（1）头车砂箱和车体是一体的，无法拆卸，只能在现车手工打孔并焊接，由于该面是弧面，并且手工打孔，无法保证孔的位置及尺寸精度，一旦打废可能会无法修补，造成砂箱报废，对车体伤害较大；同时打孔产生的铝屑进入砂箱不易清除，随压缩空气进入撒砂装置，会造成撒砂装置堵塞；焊接砂位传感器安装座仅能在外侧现场焊接，可能造成砂箱变形，影响砂箱的气密性。
（2）在底架隔墙上打孔，需要核实具体位置，由于现车隔墙上已经安装了管路和线缆，手工打孔一旦破坏其他部件，将会造成很大影响，同时空间狭小，操作较为困难，无法保证打孔精度，影响安装。
（3）现车底架型腔开孔、穿电缆操作困难，工作量大。
4 结论
通过以上对两种增加砂位观察装置现车改造方案的对比分析可知，第一种改造方案即增加观察窗方案（方案一）相对容易，操作简单，但由于裙板结构制约，不可行；增加观察窗方案（方案二）需要对砂箱结构更改，操作相对简单，且对电气系统无影响，改造成本较低，改造周期较短；第二种改造方案即增加电子砂位显示装置较为困难，操作难度大，涉及车体、裙板、电气、制动系统的改造，改造成本较高，改造周期较长，操作风险较大。动车组运用部门可根据需要选择合适的方案。
参考文献
[1] 韦皓.动车组超低黏着轨面制动防滑性能试验研究[J].铁道学报，2017，39（9）：67-73.
[2] 马永靖，张笑凡，郑魏婧. 城际动车组压差式撒砂系统设计简介[J].铁道车辆，2017，55（1）：13-15.
[3] 申鹏，王文健，张鸿斐，郭俊，刘启跃. 撒砂对轮轨粘着特性的影响[J].机械工程学报，2010，46：74-77.
论文作者:朱立强，郭小行，张义文
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/31
标签：观察窗论文; 方案论文; 装置论文; 车组论文; 传感器论文; 底架论文; 显示器论文; 《科学与技术》2019年第05期论文;