城铁车下高温区域防护方案分析

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林 长春 130062

正文：

前言

针对北美轨道交通多应用自然风冷制动电阻，车辆的功能需求日益增多，车下空间狭小，制动电阻周边设备及布线存在温度过高，电缆过快老化问题。北美项目地铁在设计中采用多种防护措施对制动电阻周边的设备及布线进行防护。确保在全电阻制动工况下，电阻周边设备及电缆不被电阻的高温所影响。

1 车下设备的布置方案

由于现在轨道交通车辆的功能需求越来越多，为满足功能需求，车辆需集成安装的设备也越多，致使车下设备的非常拥挤，设备与设备间的间距非常小。在以下项目中，与制动电阻最近的设备为蓄电池箱，两个箱体的间距仅为120mm。

同时制动电阻箱周边需要给制动电阻的配线及其他设备的走线。图1为制动

图1 制动电阻周边电缆分布

2 制动电阻高温区域热量分析

在设计之初，针对制动电阻箱，在全电阻制动工况下，产生的热量，需要进行仿真计算，以确保有针对性的进行防护措施的设计。仿真计算的输入条件为：环境温度49℃，车辆运行速度为速度为25m/s（90 km/h），其中制动电阻的热功率与时间相关，非恒定值，制动电阻的热功率依据给定的热功率—时间曲线来施加。图2为600秒内制动电阻的热功率—时间曲线。

图2 600秒内制动电阻的热功率—时间曲线

按照以上条件及三维模型进行仿真，制动电阻周边温度分布如下。图3为电阻的表面温度仿真结果。

图3 为制动电阻的表面温度

3 车下制动电阻高温区域防护

鉴于制动电阻箱表面温度随着时间的增加，表面温度持续上升，在一个周期的运营工况下，有可能达到250℃。故对蓄电池箱及制动电阻周边电缆采用隔热的防护措施。

3.1 制动电阻上侧安装隔热板，隔热板材质为由不锈钢包裹的纳能材料，纳能材料的材料特性如下。确保制动电阻热量不会传递到车体底架，避免高温传导至客室地板，影响到客室的温度。

3.2 蓄电池箱的防护，由于高温会影响蓄电池特性，严重情况高温会导致电池爆炸，故为确保电池箱内的温度，在电池箱四周增加隔热板。隔热板材料与制动电阻上方隔热板材质一致。

3.3 制动电阻周边的电缆防护。由于电阻表面温度达到250℃，而电缆的工作最高温度为110℃，故在电缆外包裹隔热护套，隔热护套。

4 防护方案的实车测试

在实车的全电阻制动试验，用时约15分钟。图4为试验数据。最高点是制动电阻和蓄电池之间温度较高266.4℃（如0104点），但是在蓄电池隔热板和蓄电池箱体见仅为40°左右（如0202），隔热效果良好。电缆侧测试点未有超过110℃，隔热效果良好。

图4 实车电阻试验温度测试结果

5 结语

经过实车测试，对于蓄电池箱及电缆的防护措施满足设计的要求。此种制动电阻高温区域的防护方案已经在美国车辆上有了成功的应用，并且此种防护措施的应用前景广泛：可用于狭小空间的电缆高温防护、制动电阻周边设备的隔热板防护应用。鉴于北美市场及部分国内城铁用户的自然风冷电阻的需求，本文所描述的对设备及电缆的高温防护措施，有着良好的应用前景。