CRH380CL型动车组撒沙系统分析

刘芳铭， 亢 磊， 杨 川

(中车长春轨道客车股份有限公司， 长春 130062)

我国350 km/h速度级的高铁的开通，列车在运营平稳、安全性能、速度等级上都有非常大的提高。车辆运行距离远，气候变化大的特点对车辆的制动性能提出更高的要求，尤其是冰雪、冻雨等恶劣天气对车辆的制动性能要求更加严格，高速动车组的撒沙系统对于车辆制动性能有着良好的改善作用，通过改善轮轨之间的黏着系数实现防止车辆空转和滑行的目的，可有效避免擦轮的故障发生。文中重点对我国自主研制生产制造的CRH380CL型高速动车组撒沙系统的配置、组成、功能及控制逻辑进行了阐述，并举例说明系统在运用过程中出现的典型故障，方便进行故障的识别、判断和预防。

1 撒沙系统配置及组成

1.1 撒沙装置车辆配置

CRH380CL型动车组为16辆固定编组列车，8辆动车和8辆拖车，每列车共有10根动力轴安装有撒沙装置，分别位于EC01/EC16车的1轴，IC03/IC06/IC11/IC14车的1、4轴，撒沙装置在全列车上的布置见图1。

图1 CRH380CL型动车组撒沙系统配置

1.2 撒沙控制系统

撒沙系统用于改善轮轨间的黏着条件，属于增黏系统。CRH380CL型动车组撒沙的实施信号由牵引控制单元(TCU)发出或通过头车司机室撒沙开关发出，撒沙系统由列车的制动控制系统中的撒沙控制系统实施，撒沙控制系统包括撒沙气路控制模块和电子制动控制单元(EBCU)中的撒沙控制功能组。

(1)撒沙气路控制模块

撒沙气路控制模块(F06)由截断塞门(F06.02)、减压阀(F06.03、F06.04)以及电磁阀(F06.05、F06.06、F06.07)组成。来自总风管MRP的压缩空气，经过塞门(F06.02)后分成2路，一路经减压阀(F06.03)到达电磁阀(F06.05、F06.06)，另一路经减压阀(F06.04)到达电磁阀(F06.07)。减压阀(F06.03)的设定值为270 kPa，此通路用来实现低压撒沙(电磁阀F05.06)和撒沙干燥(电磁阀F06.05)功能。减压阀(F06.04)的设定值为630 kPa，此通路用来实现高压撒沙功能。撒沙和干燥压缩空气通向撒沙装置。干燥压缩空气用于带走沙子中的水分，IC03/IC06/IC11/IC14车可以根据列车运行方向激活换向电磁阀实现1轴或4轴撒沙，见图2。

(2)电子制动控制单元(EBCU)中的撒沙控制功能组

占用端头车(EC01或EC16)的列车制动控制管理器(TBM)接收来自司机室撒沙开关发出的撒沙指令和列车网络中央控制单元(CCU)的发送的列车行驶方向信息，并通过制动系统单元制动管理器(SBM)转发至占用端头车和中间带撒沙装置动车的本地制动控制单元(LBCU)相应的撒沙控制功能组，撒沙控制功能组根据列车运行方向和撒沙指令进行相应车轴撒沙气路控制模块激活，实现对运行方向的轮对进行撒沙控制。

图2 撒沙气路原理图

当动车牵引控制单元(TCU)检测到本车车轮空转时，会通过硬线信号通知本车电子制动控制单元(EBCU)中的撒沙控制功能组，该功能组会将信号反馈给占用端头车的的制动控制管理器(TBM)，TBM将通知占用端头车和中间带撒沙装置动车的本地制动控制单元(LBCU)相应的撒沙控制功能组进行按运行方向的撒沙。

具体撒沙控制功能组工作方式见图3：

图3 撒沙控制功能示意图

1.3 撒沙装置组成

撒沙装置为撒沙功能最终的执行部件，由沙箱(含沙箱盖)、撒沙单元、带软管和电缆的撒沙加热喷嘴组成，沙箱主要固定在相应轮轴附近的车体底架上，撒沙单元固定在沙箱下部并与来自撒沙气路控制模块的撒沙供风管和干燥供风管连接，带软管和电缆的撒沙加热喷嘴固定在转向架的构架上并与轨面保持相应高度，见图4所示。

1.3.1沙箱

沙箱材质为主要采用不锈钢焊接而成，CRH380CL型动车组EC01/16车沙箱容积约为55L，装沙量约为35L；IC03/IC06/IC11/IC14车沙箱容积约为80 L，装沙量约为64.5 L。沙箱的容积大小需要根据运用线路气候条件，运营里程及时间长短以及司机操作习惯而定，需要尽量设置容积较大的沙箱来满足撒沙量和撒沙频率的要求。

图4 撒沙装置组成示意图

1.3.2撒沙单元

如图5所示，撒沙单元由壳体K、撒沙气路接口S1、撒沙气路缩孔S1C、干燥气路接口S2、干燥气路缩孔S2C，撒沙出口S3、沙罩SZ1,沙罩SZ2,沙罩SZ2管路缩孔SZ2C、加热棒G和隔沙板D组成。撒沙单元安装在沙箱下部后，沙罩SZ1应在最低沙位线hmin以下，沙罩SZ2应在最高沙位线hmax以上。撒沙气路缩孔S1C、干燥气路缩孔S2C、沙罩SZ2管路SZG及缩孔SZ2C用于调整压缩空气流量。撒沙气路接口S1和干燥气路接口S2的压缩空气可穿过隔沙板D进入沙箱，而沙子不会通过隔沙板D进入撒沙单元壳体K内。隔沙板D内的干燥棒G用于加热流经隔沙板D的压缩空气。

图5 撒沙单元结构及工作原理示意图

1.3.3撒沙喷嘴

2 撒沙系统功能

2.1 撒沙激活

CRH380CL型动车组撒沙激活可以通过司机进行手动撒沙，也可以根据牵引、制动工况下出现的空转、滑行进行自动撒沙。

2.1.1手动撒沙激活

通过司机台撒沙开关可实现手动的前轮对撒沙和全列撒沙，当开关激活前轮对撒沙时，按运行方向占用端头车的1轴进行撒沙。

当撒沙开关激活全列撒沙时，具体如下：

(1)EC01车占用时，根据运行方向IC03/IC11车的4轴、IC06/IC14车的1轴撒沙；

(2)EC16车占用时，根据运行方向IC14/IC06车的4轴、IC03/IC11车的1轴撒沙。

2.1.2自动撒沙激活

(1)制动工况下，当安装有撒沙装置车辆的本车制动控制单元(EBCU)检测到本车滑行时，将按照运行方向激活相应轴进行本车自动撒沙。

(2)牵引工况下，当单车牵引控制单元(TCU)检测到本车空转时，将通过硬线信号通知本车EBCU，本车EBCU通过网络通知列车占用端头车MBCU激活全列撒沙。

2.2 高低压撒沙

撒沙指令激活后，当车辆运行速度大于160 km/h时，激活撒沙控制模块上的高压撒沙电磁阀(F06.07)，施加630 kPa的压缩空气进行撒沙；当动车组运行速度小于150 km/h时，激活撒沙控制模块上的低压撒沙电磁阀(F06.06)，施加270 kPa的压缩空气进行撒沙。

2.3 撒沙干燥和加热

撒沙单元具有沙子干燥吹风和加热功能，防止沙箱里的沙子潮湿结块；撒沙喷嘴具有加热功能，防止冬季撒沙喷嘴因雨雪冻结而被堵塞。

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3 撒沙系统控制逻辑

3.1 手动撒沙逻辑

(1)手动激活前轮对撒沙开关时，占用端头车MBCU接收到“前轮对撒沙激活”的开关硬线指令请求后激活本车1轴进行撒沙。

(2)手动激活全列撒沙开关时，CCU收到“全列撒沙激活”的开关硬线指令请求后，将“全列撒沙控制信号”和“列车方向信号”发送给列车占用端头车MBCU，列车占用端头车MBCU将撒沙激活指令和列车运行方向信号发给有撒沙装置的单车EBCU进行撒沙。

列车运行时撒沙时间与撒沙开关激活时间相同；列车静止时，手动一次激活撒沙持续时间最大为20 s。

3.2 自动撒沙逻辑

(1)制动工况下，当安装有撒沙装置车辆的本车EBCU检测到本车深度滑行时，会根据运行方向进行相应轴的撒沙，最长持续时间为20 s。

(2)牵引工况下，当牵引控制单元(TCU)检测到因空转导致牵力输出不足时，会通过硬线信号“激活撒沙”通知本车EBCU，本车EBCU通过网络通知列车占用端头车MBCU激活全列撒沙。

3.3 高低压撒沙逻辑

本车EBCU接收到撒沙指令后，根据本车速度变化进行高低压撒沙控制，当本车速度>160 km/h时，EBCU激活电磁阀(F06.07)进行高压撒沙。本车速度<150 km/h时，EBCU激活电磁阀(F06.06)进行低压撒沙。

3.4 撒沙干燥及加热逻辑

3.4.1撒沙干燥吹风逻辑

(1)满足以下条件之一时，则全列切除撒沙干燥吹风。

②所有可用空压机都在运行；

③所有空压机都被禁用；

④总风压力低故障时。

(2)当满足以下全部条件时，本车EBCU控制电磁阀(F06.05)进行干燥吹风。

①车下撒沙隔离塞门(B20)未隔离；

②本车撒沙控制模块中撒沙隔离塞门(F06.02)未隔离；

③本车检测总风压力>700 kPa；

④本车总风压力传感器正常。

3.4.2撒沙加热逻辑

当环境温度低于5 ℃时，撒沙单元和撒沙喷嘴的加热棒通电加热；当环境温度高于7 ℃时，加热棒断电停止加热。

4 典型故障

CRH380CL型动车组检修返厂车辆需要对撒沙装置的功能进行确认，调试过程中发现部分撒沙装置动作失灵。撒沙及撒沙干燥时，发现出沙口只有微弱的风甚至没有风排出。经现场拆卸撒沙单元发现，撒沙模块中隔沙板(参看图5)上的用于出风的大量出气孔被堵死，由于压缩空气无法通过，导致撒沙以及撒沙干燥过程中都无压缩空气和沙子从撒沙口排出。分析发现此前对于撒沙装置所使用的沙子没有具体的技术要求，由于装入撒沙箱内的沙子含泥量过大(参看图6左)，经过长时间的沉积以及水气的存在，最终导致隔沙板气孔堵死。通过实际应用发现新采用的沙子(参看图6右)效果良好，后续使用中未再出现过类似问题，这个问题的解决找出了调试过程中故障存在的原因，而且节省了很多人力和资金，同时也去除了撒沙装置堵塞问题的根源。

图6 撒沙系统所使用的沙子

更换后的沙子具体标准要求如下：

①采自沙坑，河道，或湖泊的岩石沙，二氧化硅的含量(质量)应不小于50%。

②莫式(Mohs)硬度矿物等级≥5。

③颗粒应多为锐棱，尺寸应符合：小于0.1 mm的质量比例小于0.5%；小于0.63 mm的质量比例小于5%；大于0.63 mm，小于0.8 mm的质量比例小于30%；大于0.8 mm，小于1.6 mm 的质量比例大于50%；大于1.6 mm，小于2 mm的质量比例小于30%；大于2 mm的质量比例小于5%；大于2.5 mm的质量比例小于0.1%。

④沙子中不允许含有金属颗粒、黏土、土壤颗粒和其他有机杂质及液体杂质。

5 结束语

通过从CRH380CL型动车组撒沙系统的配置、组成、功能及控制逻辑以及出现的典型故障等几个方面开展的分析，能够为车辆撒沙系统的运用服务、故障查找提供相关依据，为动车组撒沙系统的正常有效的工作提供保证，也为后续高速动车组撒沙系统的设计提供了宝贵的借鉴经验。撒沙量对车辆轮轨黏着改善有重要影响，撒沙量和黏着系数之间的关系将是下一步重点研究的课题。