CRH6A型動(dòng)車組電笛加裝改造研究

摘要 國(guó)家鐵路局頒布的《鐵路機(jī)車車輛鳴笛噪聲污染防治監(jiān)督管理辦法》中第十五條明確規(guī)定，需加快落實(shí)動(dòng)車組電笛加裝改造方案。因此文章通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)軌道車輛所使用的風(fēng)笛與電笛在技術(shù)要求、檢測(cè)手段及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面的不同。同時(shí)結(jié)合CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組上現(xiàn)有風(fēng)笛的控制邏輯、安裝位置及操作方式，并綜合考慮CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組的數(shù)量、改造周期及費(fèi)用等綜合因素。在保障改造后電笛的功能性的前提下，盡可能地減少不必要的改動(dòng)，最終提出了針對(duì)國(guó)內(nèi)CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組風(fēng)笛改電笛的詳盡改造方案。

關(guān)鍵詞 城際動(dòng)車組；風(fēng)笛標(biāo)準(zhǔn)；電笛標(biāo)準(zhǔn)；CRH6A型動(dòng)車組；改造方案

中圖分類號(hào) U266 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）21-0016-04

0 引言

CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組是專門為中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市群興起的城際軌道交通需求而設(shè)計(jì)的一種新型交通工具，它填補(bǔ)了中國(guó)軌道交通客運(yùn)裝備領(lǐng)域的一項(xiàng)空缺。CRH6A城際動(dòng)車組主要采用風(fēng)笛作為聽(tīng)覺(jué)信號(hào)裝置，風(fēng)笛作為一種傳統(tǒng)的警示發(fā)聲裝置，在動(dòng)車組技術(shù)中起到了重要的作用，但在環(huán)保要求不斷提高的背景下，其笛聲因聲級(jí)大、傳播范圍廣的特點(diǎn)所造成的噪聲污染問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)。為了響應(yīng)國(guó)家鐵路局關(guān)于防治鐵路機(jī)車車輛鳴笛噪聲污染的相關(guān)要求，該文研究并制定了CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組電笛加裝改造方案，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)風(fēng)笛和電笛的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，同時(shí)，根據(jù)CRH6A城際動(dòng)車組在公司內(nèi)生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)風(fēng)笛改電笛的電氣線路改造、氣路改造以及安裝布置方式進(jìn)行了研究分析。研究成果可為今后國(guó)內(nèi)CRH6A城際動(dòng)車組的風(fēng)笛改電笛改造方案提供了一些參考意見(jiàn)。

1 動(dòng)車組鳴笛規(guī)律及其作用

1.1 動(dòng)車組的鳴笛規(guī)律

機(jī)動(dòng)車和動(dòng)車組鳴笛的主要不同點(diǎn)在于其目的和規(guī)律性。公路上機(jī)動(dòng)車的鳴笛通常比較隨意，主要用于引起行人或其他車輛的注意，或者表達(dá)某種情緒，如不滿、催促等，這種鳴笛并沒(méi)有固定的規(guī)律，主要取決于駕駛員的判斷和需要。而動(dòng)車組的鳴笛則具有較強(qiáng)的規(guī)律性，除了在遇到行人或者機(jī)動(dòng)車試圖跨越線路，或是有閑雜人員在線路周邊活動(dòng)時(shí)，動(dòng)車組會(huì)隨機(jī)鳴笛進(jìn)行警示外，其余時(shí)候，動(dòng)車組的鳴笛都是嚴(yán)格按照鐵路技術(shù)規(guī)定來(lái)執(zhí)行的[1]。鳴笛分為長(zhǎng)聲和短聲，長(zhǎng)聲三秒，短聲一秒，音響間隔一秒，重復(fù)鳴笛時(shí)須間隔五秒以上，不同的節(jié)奏代表不同的意義。例如，一長(zhǎng)聲?shū)Q笛表示動(dòng)車組即將啟動(dòng)或正在前進(jìn)，二長(zhǎng)聲?shū)Q笛表示動(dòng)車組在退行，三長(zhǎng)聲?shū)Q笛是要求防護(hù)人員撤回的信號(hào)等。這種規(guī)律性確保了動(dòng)車組在運(yùn)行過(guò)程中的安全，并幫助人們更清晰地了解動(dòng)車組的狀態(tài)。

1.2 動(dòng)車組鳴笛的作用

動(dòng)車組鳴笛作用主要有兩個(gè)：（1）聯(lián)絡(luò)作用，主要用于動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)司機(jī)與相關(guān)作業(yè)人員聯(lián)絡(luò)使用；（2）警示作用，主要用于警示動(dòng)車組運(yùn)行前方的行人、線路工作人員及車輛[1，5]。

2 國(guó)內(nèi)風(fēng)笛、電笛標(biāo)準(zhǔn)比較

2.1 《機(jī)車、動(dòng)車用電笛、風(fēng)笛 第2部分：風(fēng)笛》（TB/T 3051.2—2016）標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 聲壓級(jí)要求

（1）在指定的測(cè)點(diǎn)上動(dòng)車高音風(fēng)笛應(yīng)能產(chǎn)生不低于107 dB（A）的聲音[2][4]；

（2）在指定的測(cè)點(diǎn)上動(dòng)車低音風(fēng)笛應(yīng)能產(chǎn)生94～98 dB（A）的聲音[2，4]；

（3）在指定的測(cè)點(diǎn)上動(dòng)車和音風(fēng)笛應(yīng)能產(chǎn)生115～123 dB（A）的聲音[2]；

（4）測(cè)試點(diǎn)之間的聲級(jí)允差為±4 dB（A）[2][4]。

2.1.2 工作頻率要求

在保持風(fēng)笛發(fā)聲和諧的前提下，發(fā)聲頻率可由多個(gè)頻率組成。可采用下列方式進(jìn)行頻率組合[2][4]：

（1）由2種喇叭組成的風(fēng)笛：

370 Hz±15 Hz、660 Hz±15 Hz；

311 Hz±15 Hz、470 Hz±15 Hz；

370 Hz±15 Hz、622 Hz±15 Hz。

（2）由3種喇叭組成的風(fēng)笛：

311 Hz±15 Hz、370 Hz±15 Hz、470 Hz±15 Hz；

311 Hz±15 Hz、370 Hz±15 Hz、494 Hz±15 Hz；

311 Hz±15 Hz、470 Hz±15 Hz、622 Hz±15 Hz。

（3）由5種喇叭組成的風(fēng)笛：

311 Hz±15 Hz、370 Hz±15 Hz、470 Hz±15 Hz、512 Hz±

15 Hz、622 Hz±15 Hz。

2.1.3 測(cè)點(diǎn)位置

按現(xiàn)車風(fēng)笛安裝高度，并距風(fēng)笛前方5 m的相同高度位置進(jìn)行測(cè)量，如圖1所示[2]。

2.2 《機(jī)車車輛視聽(tīng)警示裝置 第3部分：電笛》（TB/T 2325.3—2020）標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 聲壓級(jí)要求

（1）晝間：測(cè)點(diǎn)A不低于94 dB（A）；測(cè)點(diǎn)B、C不高于85 dB（A）[3]。

（2）夜間：測(cè)點(diǎn)A不低于80 dB（A）；測(cè)點(diǎn)B、C不高于70 dB（A）[3]。

2.2.2 工作頻率要求

單電笛其聲響頻率為630 Hz±15 Hz、1 000 Hz±15 Hz、1 600 Hz±15 Hz三個(gè)頻率的組合，以1 000 Hz±15 Hz聲響頻率為基準(zhǔn)，三個(gè)聲響頻率的幅值偏差在3 dB（A）內(nèi)。其他雜音頻率比聲響頻率的幅值低30 dB（A）[3]。

2.2.3 測(cè)點(diǎn)位置

測(cè)點(diǎn)A位于軌道中心線上，距離風(fēng)笛30 m處，具體位置見(jiàn)圖2。測(cè)點(diǎn)B和C與A在一直線，位置為《鐵路邊界噪聲限值及其測(cè)量方法》（GB 12525—1990）規(guī)定的鐵路軌道外側(cè)，距軌道中心線30 m處，具體位置見(jiàn)圖2[3]。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

動(dòng)車組風(fēng)笛按《機(jī)車、動(dòng)車用電笛、風(fēng)笛 第2部分：風(fēng)笛》（TB/T 3051.2—2016）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，電笛按《機(jī)車車輛視聽(tīng)警示裝置 第3部分：電笛》（TB/T 2325.3—2020）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，從風(fēng)笛標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)點(diǎn)位置及聲壓級(jí)要求中可看出，其并未像電笛標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)軌道兩側(cè)的聲級(jí)有所要求，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)聲壓級(jí)和測(cè)試點(diǎn)位置的要求不同。風(fēng)笛測(cè)試距離為5 m，電笛的測(cè)試距離為30 m；風(fēng)笛的聲壓級(jí)要求為測(cè)點(diǎn)上動(dòng)車高音風(fēng)笛產(chǎn)生不低于107 dB（A）的聲音，低音風(fēng)笛產(chǎn)生94～98 dB（A）的聲音，和音風(fēng)笛產(chǎn)生115～123 dB（A）的聲音；電笛的聲壓級(jí)要求為晝間測(cè)點(diǎn)A不低于94 dB（A），測(cè)點(diǎn)B/C不高于85 dB（A），夜間測(cè)點(diǎn)A不低于80 dB（A），測(cè)點(diǎn)B/C不高于70 dB（A）。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)風(fēng)笛、電笛的工作頻率要求也存在一定差異。

3 CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組既有風(fēng)笛

3.1 既有風(fēng)笛聲壓級(jí)性能

空氣壓力為800 kPa時(shí)，風(fēng)笛處無(wú)遮擋，距離風(fēng)笛口5 m處測(cè)量高音風(fēng)笛聲壓級(jí)為122 dB，低音風(fēng)笛聲壓級(jí)為124 dB。

3.2 既有風(fēng)笛噪聲調(diào)查

為對(duì)比現(xiàn)CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組既有風(fēng)笛與電笛的鳴笛噪聲污染，因此需消除風(fēng)笛、電笛測(cè)點(diǎn)位置的不同所造成的差異，按《機(jī)車車輛視聽(tīng)警示裝置 第3部分：電笛》（TB/T 2325.3—2020）電笛標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件測(cè)試既有風(fēng)笛在A、B、C三點(diǎn)的聲壓級(jí)大小。測(cè)試結(jié)果如表1所示：高音風(fēng)笛測(cè)試點(diǎn)A聲壓級(jí)114 dB（A），測(cè)試點(diǎn)B聲壓級(jí)112 dB（A），測(cè)試點(diǎn)C聲壓級(jí)111 dB（A）；低音風(fēng)笛測(cè)試點(diǎn)A聲壓級(jí)117 dB（A），測(cè)試點(diǎn)B聲壓級(jí)116 dB（A），測(cè)試點(diǎn)C聲壓級(jí)114 dB（A）。

表1的測(cè)試結(jié)果顯示：既有風(fēng)笛A點(diǎn)聲壓級(jí)滿足電笛標(biāo)準(zhǔn)，但B、C兩點(diǎn)聲壓級(jí)均高于《機(jī)車車輛視聽(tīng)警示裝置 第3部分：電笛》（TB/T 2325.3—2020）電笛標(biāo)準(zhǔn)中晝間測(cè)點(diǎn)A不低于94 dB（A），測(cè)點(diǎn)B/C不高于85 dB（A），夜間測(cè)點(diǎn)A不低于80 dB（A），測(cè)點(diǎn)B/C不高于70 dB（A）的晝夜聲壓級(jí)測(cè)試要求。由此可見(jiàn)目前CRH6A城際動(dòng)車組上所使用的風(fēng)笛在鳴笛時(shí)所產(chǎn)生的噪聲污染相對(duì)較大。

3.3 既有風(fēng)笛的控制原理及操作方式

現(xiàn)CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組既有風(fēng)笛采用高音風(fēng)笛和低音風(fēng)笛分別控制發(fā)聲的方式。風(fēng)笛氣路控制原理見(jiàn)圖3所示，風(fēng)笛電氣控制原理見(jiàn)圖4所示。

雙控笛閥由車輛輔助電源（DC110V）供電，司機(jī)在操作操縱臺(tái)上的“高音”選擇旋鈕后，在需要鳴笛時(shí)，司機(jī)腳踩“風(fēng)笛腳踏板”，高音電磁閥線圈得電動(dòng)作，氣路導(dǎo)通，高音風(fēng)笛響，當(dāng)司機(jī)松開(kāi)“風(fēng)笛腳踏板”則電磁閥失電氣路斷開(kāi)，風(fēng)笛停止工作。司機(jī)在操作操縱臺(tái)上的“低音”選擇旋鈕后，在需要鳴笛時(shí)，司機(jī)腳踩“風(fēng)笛腳踏板”，低音電磁閥線圈得電動(dòng)作，氣路導(dǎo)通，低音風(fēng)笛響，當(dāng)司機(jī)松開(kāi)“風(fēng)笛腳踏板”則電磁閥失電氣路斷開(kāi)，風(fēng)笛停止工作。

3.4 既有風(fēng)笛的安裝布置

現(xiàn)CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組既有風(fēng)笛安裝位置如圖5所示。安裝于每輛頭車的一位側(cè)和二位側(cè)。使用螺栓固定在司機(jī)室氣密隔墻外的風(fēng)笛安裝座上。

4 電笛加裝改造方案

4.1 電笛加裝改造方案概述

為響應(yīng)國(guó)家鐵路局的號(hào)召，落實(shí)鳴笛噪聲污染的防治，降低鳴笛噪聲，電笛性能按《機(jī)車車輛視聽(tīng)警示裝置 第3部分：電笛》（TB/T 2325.3—2020）執(zhí)行。每個(gè)司機(jī)室各配置一個(gè)電笛控制器和兩個(gè)電笛，電笛控制器安裝于車內(nèi)，供電方式與雙控笛閥一致，由列車輔助電源裝置（DC110V）進(jìn)行供電。為了司機(jī)在進(jìn)行鳴笛操作時(shí)更加便捷，在司機(jī)操縱臺(tái)上配置一個(gè)電笛按鈕，并且保留原有司機(jī)腳踏處的腳踏開(kāi)關(guān)，電笛按鈕與腳踏開(kāi)關(guān)均可將鳴笛指令發(fā)送到電笛控制器，電笛控制器收到鳴笛指令后，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電笛鳴笛。電笛晝夜工況的切換由電笛控制器根據(jù)列車網(wǎng)絡(luò)所發(fā)送的時(shí)間信息來(lái)進(jìn)行控制。改造后，由原先風(fēng)笛的氣電混合驅(qū)動(dòng)改為電笛的純電驅(qū)動(dòng)。

考慮現(xiàn)有的CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組數(shù)量、改造周期及費(fèi)用、現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境等因素，在確保功能的完整性前提下需盡可能減少多余的改動(dòng)，避免造成資源浪費(fèi)。改造工作主要包括既有風(fēng)笛及供風(fēng)管路拆卸、電路及配線改造、電笛與電笛控制器安裝等。

4.2 電笛控制原理及電路改造

將風(fēng)笛空氣開(kāi)關(guān)替換為電笛空氣開(kāi)關(guān)，原風(fēng)笛腳踏開(kāi)關(guān)保留作為電笛腳踏開(kāi)關(guān)，將原高低音選擇開(kāi)關(guān)改為電笛按鈕，拆除高、低音電磁閥，安裝新設(shè)備電笛控制器，新增電笛控制器與電笛相接的相關(guān)配線。增加電笛控制器與列車網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)間信號(hào)采集及高低音狀態(tài)發(fā)送的相關(guān)配線，電笛控制原理見(jiàn)圖6。

圖6 電笛控制原理圖

4.3 電笛的安裝布置改造

4.3.1 既有風(fēng)笛及供風(fēng)管路的拆卸

8562fe7a7d39b5e8fe81bacb39ccef773d3b592b824e5a641de38aa0c270c4e1在進(jìn)行電笛安裝前，需要拆除高低音風(fēng)笛、雙控笛閥及其司機(jī)室內(nèi)的部分供風(fēng)管路，并使用螺堵對(duì)拆除的管路進(jìn)行封堵處理，如圖7所示。

4.3.2 電笛控制器的安裝

在司機(jī)室操縱臺(tái)下部右臺(tái)體內(nèi)空余空間較大，位置合適，可選在操縱臺(tái)右臺(tái)體內(nèi)加裝電笛控制器，安裝位置如圖8所示。

4.3.3 電笛的安裝

高低音風(fēng)笛拆卸后，在司機(jī)室氣密隔墻兩側(cè)的原風(fēng)笛安裝座上進(jìn)行開(kāi)孔處理，使用螺栓連接的方式將新電笛安裝于風(fēng)笛安裝座上，在原風(fēng)笛加熱器布線路徑上進(jìn)行布線，穿過(guò)氣密隔墻上的布線孔與操縱臺(tái)右臺(tái)體內(nèi)的電笛控制器相接，布線到位后，在布線孔處使用U-09FL密封膠進(jìn)行密封處理，如圖9所示。

4.4 電笛的操作方式變更

在需要進(jìn)行鳴笛操作時(shí)，司機(jī)按下電笛按鈕或者踩下腳踏開(kāi)關(guān)，兩個(gè)電笛同時(shí)發(fā)聲。電笛控制器通過(guò)采集列車網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間信號(hào)，根據(jù)相應(yīng)的時(shí)間去判斷現(xiàn)車的晝夜?fàn)顟B(tài)。若處于晝間，則電笛發(fā)出高音；若處于夜間，則電笛發(fā)出低音。隨后電笛控制器會(huì)將當(dāng)前電笛所處的高低音狀態(tài)發(fā)送至列車網(wǎng)絡(luò)，列車網(wǎng)絡(luò)會(huì)將相應(yīng)的信息發(fā)送到司機(jī)屏幕上，以便在高低音轉(zhuǎn)換功能出現(xiàn)故障時(shí)，工作人員能更加清晰直觀地辨別出當(dāng)前電笛的高低音狀態(tài)。避免工作人員因聲音辨別失誤，造成車輛當(dāng)前的高低音狀態(tài)識(shí)別錯(cuò)誤，無(wú)法及時(shí)對(duì)電笛設(shè)備進(jìn)行故障處理。從而導(dǎo)致夜間笛聲偏大影響周邊居民的工作與生活。

5 結(jié)語(yǔ)

由于國(guó)家鐵路局近年來(lái)對(duì)鐵路機(jī)車車輛的鳴笛噪聲污染防治要求在不斷提高，為了降低現(xiàn)有城際動(dòng)車組上的風(fēng)笛在鳴笛時(shí)所帶來(lái)的噪聲污染，該文提出了將風(fēng)笛改造成笛聲更為柔和的電笛的加改方案，通過(guò)結(jié)合CRH6A平臺(tái)城際動(dòng)車組既有風(fēng)笛的工作原理以及安裝方式，從控制原理、電路改造、安裝布置改造以及操作方式調(diào)整四個(gè)方面，詳細(xì)闡述了風(fēng)笛改電笛的加改方案，研究成果對(duì)批量城際動(dòng)車組日后的電笛加裝改造工作具有一定的參考意義。

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