時(shí)速250公里動車組空壓機(jī)供風(fēng)能力分析

李化明+崔任永+梁建全+陳磊

摘要：空壓機(jī)選型設(shè)計(jì)對動車組安全可靠運(yùn)行有著重要的影響，文章針對250公里動車組的用風(fēng)需求，對供風(fēng)能力進(jìn)行了分析，為空壓機(jī)的選型提供參照。實(shí)踐證明，該空壓機(jī)供風(fēng)能力滿足時(shí)速250公里動車組的用風(fēng)需求，空壓機(jī)充風(fēng)時(shí)間、工作率滿足技術(shù)指標(biāo)要求，在后續(xù)的試驗(yàn)中結(jié)果合格，在運(yùn)用過程中狀況良好，安全可靠。

關(guān)鍵詞：動車組；空氣壓縮機(jī)；控制邏輯；供風(fēng)能力；充風(fēng)時(shí)間；耗風(fēng)量計(jì)算

中圖分類號：U416文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0115-02

風(fēng)源系統(tǒng)為動車組的制動系統(tǒng)和其他用風(fēng)設(shè)備提供壓縮空氣，是動車組的重要組成部分。而作為其核心部件的空壓機(jī)，供風(fēng)能力直接關(guān)系到列車的安全運(yùn)行和用風(fēng)設(shè)備能否正常工作?，F(xiàn)以時(shí)速250公里動車組為例，對空壓機(jī)的供風(fēng)能力進(jìn)行分析。

1空壓機(jī)的種類

目前，動車組供風(fēng)系統(tǒng)中普遍采用的空壓機(jī)主要為活塞式或螺桿式?；钊綁嚎s機(jī)主要應(yīng)用在地鐵和CRH1、CRH2上，主要為VV120型、TC2000B型，在機(jī)車上應(yīng)用的主要為V-2.4/9型、NPT5型。此類空壓機(jī)主要是通過曲軸帶動活塞連桿機(jī)構(gòu)使活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，經(jīng)兩級氣缸壓縮，產(chǎn)生壓縮空氣。這類壓縮機(jī)噪聲和振動較大，壓縮的氣體有脈沖振動，檢修周期和壽命都較短。雙螺桿壓縮機(jī)是一種雙軸回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，電機(jī)通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子為兩個(gè)互相嚙合的螺桿，具有非對稱的嚙合型面，并在一個(gè)鑄鐵殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，即嚙合面與排氣口之間的齒輪空間逐漸減小，齒溝內(nèi)的氣體逐漸被壓縮，產(chǎn)生壓縮空氣。這類壓縮機(jī)因機(jī)頭采用進(jìn)口部件，故障率很低，同時(shí)噪聲和振動很小，檢修周期和壽命較長，易損易耗件少，其綜合運(yùn)用成本較活塞式空氣壓縮機(jī)低。在動車組中應(yīng)用的很多，如CRH3、CRH5動車組?；诳諌簷C(jī)的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，選擇螺桿式空壓機(jī)作為風(fēng)源系統(tǒng)的供風(fēng)設(shè)備。

2空壓機(jī)容積流量

空氣壓縮機(jī)的容積排量要滿足常用和緊急制動時(shí)用風(fēng)量要求，以及其他用風(fēng)設(shè)備的需求。

2.1管路和風(fēng)缸總?cè)莘e

=1382 L

式中：為總風(fēng)管內(nèi)徑；為總風(fēng)管長度與車長的比例；為列車的設(shè)計(jì)長度；為單個(gè)總風(fēng)缸容積，選擇125L；為估算的其他主要支管路和閥的容積。

2.2耗風(fēng)量計(jì)算

2.2.1空氣制動耗風(fēng)。一次最大常用制動的耗風(fēng)量：

式中：為每輛車制動缸數(shù)量；為每輛車給制動缸充風(fēng)所需管路和閥的容積；為最大常用制動時(shí)防滑激活系數(shù)。

一次緊急制動的耗風(fēng)量：

式中：為緊急制動時(shí)防滑激活系數(shù)。

運(yùn)行時(shí)列車制動總耗風(fēng)量：

式中：為最大常用制動總次數(shù)；為緊急制動次數(shù)。

2.2.2空簧耗風(fēng)量計(jì)算。車輛每次停靠站時(shí)，乘客上下車產(chǎn)生載荷變化引起的空簧靜態(tài)耗風(fēng)量：

式中：為每輛車空氣彈簧（考慮附加氣室）數(shù)量；為空氣彈簧容積；為列車最大載重時(shí)空簧壓力；為列車最小重量時(shí)空簧壓力；為每站車重變化平均百分比；為設(shè)計(jì)的車站數(shù)量，不包括線路端部站點(diǎn)。

同時(shí)需要考慮在車輛行駛過程中車體晃動會產(chǎn)生的空簧動態(tài)耗風(fēng)量：

式中：為每輛車高度閥數(shù)量；為高度閥的動態(tài)耗風(fēng)量；為列車進(jìn)站停車時(shí)間。

2.2.3撒砂耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用的撒砂裝置數(shù)量；為單個(gè)撒砂裝置的用風(fēng)量；每次撒砂持續(xù)時(shí)間；為列車運(yùn)行時(shí)撒砂次數(shù)。

2.2.4風(fēng)笛耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用風(fēng)笛數(shù)量；為單個(gè)風(fēng)笛用風(fēng)量；為每次鳴笛持續(xù)時(shí)間；為運(yùn)行時(shí)風(fēng)笛使用次數(shù)。

2.2.5運(yùn)行時(shí)廁所使用耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用的廁所數(shù)量；為單個(gè)廁所每次使用的耗風(fēng)量；為從控制裝置到廁所的管路容積；為廁所使用的工作壓力；為列車運(yùn)行時(shí)單個(gè)廁所使用次數(shù)；

2.2.6運(yùn)行時(shí)門的耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)單個(gè)方向使用的門數(shù)量；為單個(gè)門每次使用的耗風(fēng)量；為從控制裝置到門的管路容積；為門使用的工作壓力；為列車運(yùn)行時(shí)門使用次數(shù)。

2.2.7考慮的泄漏量。

式中：為泄漏壓降；為參考泄漏時(shí)間。

2.2.8列車耗風(fēng)量。

列車總耗風(fēng)量：

列車平均耗風(fēng)量：

=840.5 L/min

表1

表1耗風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

2.3空壓機(jī)容積流量的確定

在列車運(yùn)行中，要保證一臺空壓機(jī)工作就可以滿足列車的用風(fēng)要求，所有選擇的空壓機(jī)容積流量要大于理論計(jì)算的數(shù)值，空壓機(jī)理論計(jì)算的容積流量：

式中：為空壓機(jī)容積流量的輸出誤差；為干燥器再生耗風(fēng)量；為估算的空壓機(jī)效率。

考慮實(shí)際運(yùn)行工況可能出現(xiàn)得更加惡劣，同時(shí)方便選擇現(xiàn)有空壓機(jī)的機(jī)頭，對理論計(jì)算的空壓機(jī)排氣量進(jìn)行圓整，并留取一定的保有量，將選擇的空壓機(jī)容積流量1600 L/min。

3空壓機(jī)供風(fēng)能力分析

3.1空壓機(jī)技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)整車供電要求，空壓機(jī)供電制式為AC440V，60Hz，采用連續(xù)工作制設(shè)計(jì)?？諌簷C(jī)采用冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)列車中故障空壓機(jī)組的數(shù)量≤50%時(shí)，其余空壓機(jī)組也能保證動車組正常運(yùn)行?？諌簷C(jī)的充風(fēng)時(shí)間要滿足動車組整備要求，具體要求為兩臺空壓機(jī)同時(shí)工作，總風(fēng)壓力從0kPa上升到1000kPa的時(shí)間：在切除空簧時(shí)不大于15分鐘，在空簧供風(fēng)時(shí)不大于20分鐘。為避免空壓機(jī)長時(shí)間不工作引起潤滑油乳化等問題，要求空壓機(jī)工作率不低于30%。

3.2空壓機(jī)工作率

3.2.1每個(gè)工作周期內(nèi)空壓機(jī)打風(fēng)時(shí)間計(jì)算。當(dāng)總風(fēng)壓力低于最小壓力值時(shí)，空壓機(jī)將開始工作至充風(fēng)達(dá)到最大壓力值的時(shí)間：

3.2.2每個(gè)工作周期內(nèi)空壓機(jī)待機(jī)時(shí)間計(jì)算。待機(jī)時(shí)間是指空壓機(jī)停止工作至下次開始工作的時(shí)間。

3.2.3空壓機(jī)工作率?？諌簷C(jī)工作率是指在最大載荷工況下，充風(fēng)時(shí)間與空壓機(jī)整個(gè)工作周期的比值。

表2空壓機(jī)工作周期

計(jì)算結(jié)果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充風(fēng)時(shí)間

初充風(fēng)時(shí)，空載列車施加緊急制動，因此不僅要向風(fēng)缸和管路充風(fēng)，還要向制動缸和制動管充風(fēng)，不包含空簧時(shí)整列車的初充風(fēng)時(shí)間：

式中：為制動系統(tǒng)風(fēng)缸和管路總?cè)莘e；為在充風(fēng)過程中的平均泄漏量，即從0kPa到充風(fēng)結(jié)束的平均值。

包含空簧充風(fēng)時(shí)的充風(fēng)時(shí)間：

表3充風(fēng)時(shí)間計(jì)算結(jié)果

充風(fēng)時(shí)間/min 10.8 18.9

4結(jié)論

綜上所述，該空壓機(jī)供風(fēng)能力滿足時(shí)速250公里動車組的用風(fēng)需求，空壓機(jī)充風(fēng)時(shí)間、工作率滿足技術(shù)指標(biāo)要求。該空壓機(jī)在后續(xù)的試驗(yàn)中結(jié)果合格，在運(yùn)用過程中狀況良好，安全可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]董傳海，王樹海． 電力機(jī)車空氣壓縮機(jī)選型及參數(shù)確定[J]．電力機(jī)車與城軌車輛，2006，29（4）．

[2]劉豫湘，吳智，盧東濤． 機(jī)車風(fēng)源系統(tǒng)供風(fēng)能力的研究[J]．電力機(jī)車與城軌車輛，2003，26（5）．

基金項(xiàng)目：鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃（2012J003-C）

作者簡介：李化明（1986-），男，供職于唐山軌道客車有限責(zé)任公司，碩士，研究方向：軌道車輛制動研發(fā)設(shè)計(jì)。

endprint

摘要：空壓機(jī)選型設(shè)計(jì)對動車組安全可靠運(yùn)行有著重要的影響，文章針對250公里動車組的用風(fēng)需求，對供風(fēng)能力進(jìn)行了分析，為空壓機(jī)的選型提供參照。實(shí)踐證明，該空壓機(jī)供風(fēng)能力滿足時(shí)速250公里動車組的用風(fēng)需求，空壓機(jī)充風(fēng)時(shí)間、工作率滿足技術(shù)指標(biāo)要求，在后續(xù)的試驗(yàn)中結(jié)果合格，在運(yùn)用過程中狀況良好，安全可靠。

關(guān)鍵詞：動車組；空氣壓縮機(jī)；控制邏輯；供風(fēng)能力；充風(fēng)時(shí)間；耗風(fēng)量計(jì)算

中圖分類號：U416文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0115-02

風(fēng)源系統(tǒng)為動車組的制動系統(tǒng)和其他用風(fēng)設(shè)備提供壓縮空氣，是動車組的重要組成部分。而作為其核心部件的空壓機(jī)，供風(fēng)能力直接關(guān)系到列車的安全運(yùn)行和用風(fēng)設(shè)備能否正常工作?，F(xiàn)以時(shí)速250公里動車組為例，對空壓機(jī)的供風(fēng)能力進(jìn)行分析。

1空壓機(jī)的種類

目前，動車組供風(fēng)系統(tǒng)中普遍采用的空壓機(jī)主要為活塞式或螺桿式?；钊綁嚎s機(jī)主要應(yīng)用在地鐵和CRH1、CRH2上，主要為VV120型、TC2000B型，在機(jī)車上應(yīng)用的主要為V-2.4/9型、NPT5型。此類空壓機(jī)主要是通過曲軸帶動活塞連桿機(jī)構(gòu)使活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，經(jīng)兩級氣缸壓縮，產(chǎn)生壓縮空氣。這類壓縮機(jī)噪聲和振動較大，壓縮的氣體有脈沖振動，檢修周期和壽命都較短。雙螺桿壓縮機(jī)是一種雙軸回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，電機(jī)通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子為兩個(gè)互相嚙合的螺桿，具有非對稱的嚙合型面，并在一個(gè)鑄鐵殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，即嚙合面與排氣口之間的齒輪空間逐漸減小，齒溝內(nèi)的氣體逐漸被壓縮，產(chǎn)生壓縮空氣。這類壓縮機(jī)因機(jī)頭采用進(jìn)口部件，故障率很低，同時(shí)噪聲和振動很小，檢修周期和壽命較長，易損易耗件少，其綜合運(yùn)用成本較活塞式空氣壓縮機(jī)低。在動車組中應(yīng)用的很多，如CRH3、CRH5動車組?；诳諌簷C(jī)的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，選擇螺桿式空壓機(jī)作為風(fēng)源系統(tǒng)的供風(fēng)設(shè)備。

2空壓機(jī)容積流量

空氣壓縮機(jī)的容積排量要滿足常用和緊急制動時(shí)用風(fēng)量要求，以及其他用風(fēng)設(shè)備的需求。

2.1管路和風(fēng)缸總?cè)莘e

=1382 L

式中：為總風(fēng)管內(nèi)徑；為總風(fēng)管長度與車長的比例；為列車的設(shè)計(jì)長度；為單個(gè)總風(fēng)缸容積，選擇125L；為估算的其他主要支管路和閥的容積。

2.2耗風(fēng)量計(jì)算

2.2.1空氣制動耗風(fēng)。一次最大常用制動的耗風(fēng)量：

式中：為每輛車制動缸數(shù)量；為每輛車給制動缸充風(fēng)所需管路和閥的容積；為最大常用制動時(shí)防滑激活系數(shù)。

一次緊急制動的耗風(fēng)量：

式中：為緊急制動時(shí)防滑激活系數(shù)。

運(yùn)行時(shí)列車制動總耗風(fēng)量：

式中：為最大常用制動總次數(shù)；為緊急制動次數(shù)。

2.2.2空簧耗風(fēng)量計(jì)算。車輛每次?？空緯r(shí)，乘客上下車產(chǎn)生載荷變化引起的空簧靜態(tài)耗風(fēng)量：

式中：為每輛車空氣彈簧（考慮附加氣室）數(shù)量；為空氣彈簧容積；為列車最大載重時(shí)空簧壓力；為列車最小重量時(shí)空簧壓力；為每站車重變化平均百分比；為設(shè)計(jì)的車站數(shù)量，不包括線路端部站點(diǎn)。

同時(shí)需要考慮在車輛行駛過程中車體晃動會產(chǎn)生的空簧動態(tài)耗風(fēng)量：

式中：為每輛車高度閥數(shù)量；為高度閥的動態(tài)耗風(fēng)量；為列車進(jìn)站停車時(shí)間。

2.2.3撒砂耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用的撒砂裝置數(shù)量；為單個(gè)撒砂裝置的用風(fēng)量；每次撒砂持續(xù)時(shí)間；為列車運(yùn)行時(shí)撒砂次數(shù)。

2.2.4風(fēng)笛耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用風(fēng)笛數(shù)量；為單個(gè)風(fēng)笛用風(fēng)量；為每次鳴笛持續(xù)時(shí)間；為運(yùn)行時(shí)風(fēng)笛使用次數(shù)。

2.2.5運(yùn)行時(shí)廁所使用耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用的廁所數(shù)量；為單個(gè)廁所每次使用的耗風(fēng)量；為從控制裝置到廁所的管路容積；為廁所使用的工作壓力；為列車運(yùn)行時(shí)單個(gè)廁所使用次數(shù)；

2.2.6運(yùn)行時(shí)門的耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)單個(gè)方向使用的門數(shù)量；為單個(gè)門每次使用的耗風(fēng)量；為從控制裝置到門的管路容積；為門使用的工作壓力；為列車運(yùn)行時(shí)門使用次數(shù)。

2.2.7考慮的泄漏量。

式中：為泄漏壓降；為參考泄漏時(shí)間。

2.2.8列車耗風(fēng)量。

列車總耗風(fēng)量：

列車平均耗風(fēng)量：

=840.5 L/min

表1

表1耗風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

2.3空壓機(jī)容積流量的確定

在列車運(yùn)行中，要保證一臺空壓機(jī)工作就可以滿足列車的用風(fēng)要求，所有選擇的空壓機(jī)容積流量要大于理論計(jì)算的數(shù)值，空壓機(jī)理論計(jì)算的容積流量：

式中：為空壓機(jī)容積流量的輸出誤差；為干燥器再生耗風(fēng)量；為估算的空壓機(jī)效率。

考慮實(shí)際運(yùn)行工況可能出現(xiàn)得更加惡劣，同時(shí)方便選擇現(xiàn)有空壓機(jī)的機(jī)頭，對理論計(jì)算的空壓機(jī)排氣量進(jìn)行圓整，并留取一定的保有量，將選擇的空壓機(jī)容積流量1600 L/min。

3空壓機(jī)供風(fēng)能力分析

3.1空壓機(jī)技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)整車供電要求，空壓機(jī)供電制式為AC440V，60Hz，采用連續(xù)工作制設(shè)計(jì)?？諌簷C(jī)采用冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)列車中故障空壓機(jī)組的數(shù)量≤50%時(shí)，其余空壓機(jī)組也能保證動車組正常運(yùn)行?？諌簷C(jī)的充風(fēng)時(shí)間要滿足動車組整備要求，具體要求為兩臺空壓機(jī)同時(shí)工作，總風(fēng)壓力從0kPa上升到1000kPa的時(shí)間：在切除空簧時(shí)不大于15分鐘，在空簧供風(fēng)時(shí)不大于20分鐘。為避免空壓機(jī)長時(shí)間不工作引起潤滑油乳化等問題，要求空壓機(jī)工作率不低于30%。

3.2空壓機(jī)工作率

3.2.1每個(gè)工作周期內(nèi)空壓機(jī)打風(fēng)時(shí)間計(jì)算。當(dāng)總風(fēng)壓力低于最小壓力值時(shí)，空壓機(jī)將開始工作至充風(fēng)達(dá)到最大壓力值的時(shí)間：

3.2.2每個(gè)工作周期內(nèi)空壓機(jī)待機(jī)時(shí)間計(jì)算。待機(jī)時(shí)間是指空壓機(jī)停止工作至下次開始工作的時(shí)間。

3.2.3空壓機(jī)工作率?？諌簷C(jī)工作率是指在最大載荷工況下，充風(fēng)時(shí)間與空壓機(jī)整個(gè)工作周期的比值。

表2空壓機(jī)工作周期

計(jì)算結(jié)果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充風(fēng)時(shí)間

初充風(fēng)時(shí)，空載列車施加緊急制動，因此不僅要向風(fēng)缸和管路充風(fēng)，還要向制動缸和制動管充風(fēng)，不包含空簧時(shí)整列車的初充風(fēng)時(shí)間：

式中：為制動系統(tǒng)風(fēng)缸和管路總?cè)莘e；為在充風(fēng)過程中的平均泄漏量，即從0kPa到充風(fēng)結(jié)束的平均值。

包含空簧充風(fēng)時(shí)的充風(fēng)時(shí)間：

表3充風(fēng)時(shí)間計(jì)算結(jié)果

充風(fēng)時(shí)間/min 10.8 18.9

4結(jié)論

綜上所述，該空壓機(jī)供風(fēng)能力滿足時(shí)速250公里動車組的用風(fēng)需求，空壓機(jī)充風(fēng)時(shí)間、工作率滿足技術(shù)指標(biāo)要求。該空壓機(jī)在后續(xù)的試驗(yàn)中結(jié)果合格，在運(yùn)用過程中狀況良好，安全可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]董傳海，王樹海． 電力機(jī)車空氣壓縮機(jī)選型及參數(shù)確定[J]．電力機(jī)車與城軌車輛，2006，29（4）．

[2]劉豫湘，吳智，盧東濤． 機(jī)車風(fēng)源系統(tǒng)供風(fēng)能力的研究[J]．電力機(jī)車與城軌車輛，2003，26（5）．

基金項(xiàng)目：鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃（2012J003-C）

作者簡介：李化明（1986-），男，供職于唐山軌道客車有限責(zé)任公司，碩士，研究方向：軌道車輛制動研發(fā)設(shè)計(jì)。

endprint

摘要：空壓機(jī)選型設(shè)計(jì)對動車組安全可靠運(yùn)行有著重要的影響，文章針對250公里動車組的用風(fēng)需求，對供風(fēng)能力進(jìn)行了分析，為空壓機(jī)的選型提供參照。實(shí)踐證明，該空壓機(jī)供風(fēng)能力滿足時(shí)速250公里動車組的用風(fēng)需求，空壓機(jī)充風(fēng)時(shí)間、工作率滿足技術(shù)指標(biāo)要求，在后續(xù)的試驗(yàn)中結(jié)果合格，在運(yùn)用過程中狀況良好，安全可靠。

關(guān)鍵詞：動車組；空氣壓縮機(jī)；控制邏輯；供風(fēng)能力；充風(fēng)時(shí)間；耗風(fēng)量計(jì)算

中圖分類號：U416文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0115-02

風(fēng)源系統(tǒng)為動車組的制動系統(tǒng)和其他用風(fēng)設(shè)備提供壓縮空氣，是動車組的重要組成部分。而作為其核心部件的空壓機(jī)，供風(fēng)能力直接關(guān)系到列車的安全運(yùn)行和用風(fēng)設(shè)備能否正常工作?，F(xiàn)以時(shí)速250公里動車組為例，對空壓機(jī)的供風(fēng)能力進(jìn)行分析。

1空壓機(jī)的種類

目前，動車組供風(fēng)系統(tǒng)中普遍采用的空壓機(jī)主要為活塞式或螺桿式。活塞式壓縮機(jī)主要應(yīng)用在地鐵和CRH1、CRH2上，主要為VV120型、TC2000B型，在機(jī)車上應(yīng)用的主要為V-2.4/9型、NPT5型。此類空壓機(jī)主要是通過曲軸帶動活塞連桿機(jī)構(gòu)使活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，經(jīng)兩級氣缸壓縮，產(chǎn)生壓縮空氣。這類壓縮機(jī)噪聲和振動較大，壓縮的氣體有脈沖振動，檢修周期和壽命都較短。雙螺桿壓縮機(jī)是一種雙軸回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，電機(jī)通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子為兩個(gè)互相嚙合的螺桿，具有非對稱的嚙合型面，并在一個(gè)鑄鐵殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，即嚙合面與排氣口之間的齒輪空間逐漸減小，齒溝內(nèi)的氣體逐漸被壓縮，產(chǎn)生壓縮空氣。這類壓縮機(jī)因機(jī)頭采用進(jìn)口部件，故障率很低，同時(shí)噪聲和振動很小，檢修周期和壽命較長，易損易耗件少，其綜合運(yùn)用成本較活塞式空氣壓縮機(jī)低。在動車組中應(yīng)用的很多，如CRH3、CRH5動車組?；诳諌簷C(jī)的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，選擇螺桿式空壓機(jī)作為風(fēng)源系統(tǒng)的供風(fēng)設(shè)備。

2空壓機(jī)容積流量

空氣壓縮機(jī)的容積排量要滿足常用和緊急制動時(shí)用風(fēng)量要求，以及其他用風(fēng)設(shè)備的需求。

2.1管路和風(fēng)缸總?cè)莘e

=1382 L

式中：為總風(fēng)管內(nèi)徑；為總風(fēng)管長度與車長的比例；為列車的設(shè)計(jì)長度；為單個(gè)總風(fēng)缸容積，選擇125L；為估算的其他主要支管路和閥的容積。

2.2耗風(fēng)量計(jì)算

2.2.1空氣制動耗風(fēng)。一次最大常用制動的耗風(fēng)量：

式中：為每輛車制動缸數(shù)量；為每輛車給制動缸充風(fēng)所需管路和閥的容積；為最大常用制動時(shí)防滑激活系數(shù)。

一次緊急制動的耗風(fēng)量：

式中：為緊急制動時(shí)防滑激活系數(shù)。

運(yùn)行時(shí)列車制動總耗風(fēng)量：

式中：為最大常用制動總次數(shù)；為緊急制動次數(shù)。

2.2.2空簧耗風(fēng)量計(jì)算。車輛每次?？空緯r(shí)，乘客上下車產(chǎn)生載荷變化引起的空簧靜態(tài)耗風(fēng)量：

式中：為每輛車空氣彈簧（考慮附加氣室）數(shù)量；為空氣彈簧容積；為列車最大載重時(shí)空簧壓力；為列車最小重量時(shí)空簧壓力；為每站車重變化平均百分比；為設(shè)計(jì)的車站數(shù)量，不包括線路端部站點(diǎn)。

同時(shí)需要考慮在車輛行駛過程中車體晃動會產(chǎn)生的空簧動態(tài)耗風(fēng)量：

式中：為每輛車高度閥數(shù)量；為高度閥的動態(tài)耗風(fēng)量；為列車進(jìn)站停車時(shí)間。

2.2.3撒砂耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用的撒砂裝置數(shù)量；為單個(gè)撒砂裝置的用風(fēng)量；每次撒砂持續(xù)時(shí)間；為列車運(yùn)行時(shí)撒砂次數(shù)。

2.2.4風(fēng)笛耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用風(fēng)笛數(shù)量；為單個(gè)風(fēng)笛用風(fēng)量；為每次鳴笛持續(xù)時(shí)間；為運(yùn)行時(shí)風(fēng)笛使用次數(shù)。

2.2.5運(yùn)行時(shí)廁所使用耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)使用的廁所數(shù)量；為單個(gè)廁所每次使用的耗風(fēng)量；為從控制裝置到廁所的管路容積；為廁所使用的工作壓力；為列車運(yùn)行時(shí)單個(gè)廁所使用次數(shù)；

2.2.6運(yùn)行時(shí)門的耗風(fēng)量計(jì)算。

式中：為運(yùn)行時(shí)單個(gè)方向使用的門數(shù)量；為單個(gè)門每次使用的耗風(fēng)量；為從控制裝置到門的管路容積；為門使用的工作壓力；為列車運(yùn)行時(shí)門使用次數(shù)。

2.2.7考慮的泄漏量。

式中：為泄漏壓降；為參考泄漏時(shí)間。

2.2.8列車耗風(fēng)量。

列車總耗風(fēng)量：

列車平均耗風(fēng)量：

=840.5 L/min

表1

表1耗風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

2.3空壓機(jī)容積流量的確定

在列車運(yùn)行中，要保證一臺空壓機(jī)工作就可以滿足列車的用風(fēng)要求，所有選擇的空壓機(jī)容積流量要大于理論計(jì)算的數(shù)值，空壓機(jī)理論計(jì)算的容積流量：

式中：為空壓機(jī)容積流量的輸出誤差；為干燥器再生耗風(fēng)量；為估算的空壓機(jī)效率。

考慮實(shí)際運(yùn)行工況可能出現(xiàn)得更加惡劣，同時(shí)方便選擇現(xiàn)有空壓機(jī)的機(jī)頭，對理論計(jì)算的空壓機(jī)排氣量進(jìn)行圓整，并留取一定的保有量，將選擇的空壓機(jī)容積流量1600 L/min。

3空壓機(jī)供風(fēng)能力分析

3.1空壓機(jī)技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)整車供電要求，空壓機(jī)供電制式為AC440V，60Hz，采用連續(xù)工作制設(shè)計(jì)?？諌簷C(jī)采用冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)列車中故障空壓機(jī)組的數(shù)量≤50%時(shí)，其余空壓機(jī)組也能保證動車組正常運(yùn)行?？諌簷C(jī)的充風(fēng)時(shí)間要滿足動車組整備要求，具體要求為兩臺空壓機(jī)同時(shí)工作，總風(fēng)壓力從0kPa上升到1000kPa的時(shí)間：在切除空簧時(shí)不大于15分鐘，在空簧供風(fēng)時(shí)不大于20分鐘。為避免空壓機(jī)長時(shí)間不工作引起潤滑油乳化等問題，要求空壓機(jī)工作率不低于30%。

3.2空壓機(jī)工作率

3.2.1每個(gè)工作周期內(nèi)空壓機(jī)打風(fēng)時(shí)間計(jì)算。當(dāng)總風(fēng)壓力低于最小壓力值時(shí)，空壓機(jī)將開始工作至充風(fēng)達(dá)到最大壓力值的時(shí)間：

3.2.2每個(gè)工作周期內(nèi)空壓機(jī)待機(jī)時(shí)間計(jì)算。待機(jī)時(shí)間是指空壓機(jī)停止工作至下次開始工作的時(shí)間。

3.2.3空壓機(jī)工作率?？諌簷C(jī)工作率是指在最大載荷工況下，充風(fēng)時(shí)間與空壓機(jī)整個(gè)工作周期的比值。

表2空壓機(jī)工作周期

計(jì)算結(jié)果 6.5min 2.5min 72.2%

3.3充風(fēng)時(shí)間

初充風(fēng)時(shí)，空載列車施加緊急制動，因此不僅要向風(fēng)缸和管路充風(fēng)，還要向制動缸和制動管充風(fēng)，不包含空簧時(shí)整列車的初充風(fēng)時(shí)間：

式中：為制動系統(tǒng)風(fēng)缸和管路總?cè)莘e；為在充風(fēng)過程中的平均泄漏量，即從0kPa到充風(fēng)結(jié)束的平均值。

包含空簧充風(fēng)時(shí)的充風(fēng)時(shí)間：

表3充風(fēng)時(shí)間計(jì)算結(jié)果

充風(fēng)時(shí)間/min 10.8 18.9

4結(jié)論

綜上所述，該空壓機(jī)供風(fēng)能力滿足時(shí)速250公里動車組的用風(fēng)需求，空壓機(jī)充風(fēng)時(shí)間、工作率滿足技術(shù)指標(biāo)要求。該空壓機(jī)在后續(xù)的試驗(yàn)中結(jié)果合格，在運(yùn)用過程中狀況良好，安全可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]董傳海，王樹海． 電力機(jī)車空氣壓縮機(jī)選型及參數(shù)確定[J]．電力機(jī)車與城軌車輛，2006，29（4）．

[2]劉豫湘，吳智，盧東濤． 機(jī)車風(fēng)源系統(tǒng)供風(fēng)能力的研究[J]．電力機(jī)車與城軌車輛，2003，26（5）．

基金項(xiàng)目：鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃（2012J003-C）

作者簡介：李化明（1986-），男，供職于唐山軌道客車有限責(zé)任公司，碩士，研究方向：軌道車輛制動研發(fā)設(shè)計(jì)。

endprint