撒砂系统设计

撒砂系统设计

刘应世席军德廖畅杨守焕李寒冰

株洲联诚集团控股股份有限公司湖南省株洲市412001

摘要：撒砂系统是机车、动车的重要部件，其可靠性关系行车安全。本文从总体、电控、气控、结构等方面综合论述了撒砂系统的设计。

关键词机车；动车；撒砂系统；设计

Abstract：Sandingsystemistheimportantcomponentinlocomotiveandmultipleunit，anditsreliabilityrelatestotrafficsafety.Therearecomprehensivedesigndiscussionsreferringtooveralldesign，electrical-control,air-controlandstructureinthispaper.

Keywords：Locomotive，Multipleunit，Sandingsystem，Design

1引言

机车、动车的两侧轮对处装有撒砂系统，在车辆启动、制动、上下大长坡、雨雪天气等特殊情况下，在轮对前方将符合要求的砂子喷砂在车轮与轨面之间，以增强轮/轨接触处的摩擦粘着系数，从而增加车轮与轨面的粘着力，避免车轮空转和轮滑，以实现顺畅起步、缩短制动距离、增加攀斜摩擦力，保证车辆正常运行。安全可靠的撒砂系统保障了行车安全，撒砂系统设计是机车、动车制动系统设计的重要内容。

2撒砂系统设计

撒砂系统主要由砂箱、撒砂器、撒砂管、控制系统及线缆等组成，撒砂方式分重力式（利用砂子重力自然撒砂）、压差式（利用正压或负压原理强制喷砂）。现行标准TB/T3254-2011[1]规定了撒砂系统技术要求、试验方法、检验规则等。撒砂系统设计包含总体设计、电控设计、气控设计、结构设计。

总体设计。按设备布置总体要求，确定砂箱的安装位置及安装方式：确定安装接口尺寸、确定安装在车体上还是转向架上、确定直接焊接在车体上还是采用螺栓连接。确定砂箱的容积以及撒砂系统的重量限制（主要是砂箱的重量），确定砂箱盖的形式，确定是否需要设置砂位检测装置。

电控设计。设计砂位监测装置、控制撒砂器的线路即控制策略、通信设计。砂位监测装置及电控盒的设计划入电控设计。图1是撒砂系统的一种典型的电控、通信方式，由电源总线、网络总线（与主机通信）、报警线（预警砂位）组成，一并与组机相连。

气控设计。对于压差式撒砂系统，需设计压缩空气的管路连接及控制。

结构设计。结构设计可以现行标准EN12663-1[2]为指导。结构包括砂箱设计、砂箱盖设计、撒砂装置（含撒砂器、喷砂管等附件）、砂位监测装置及其电控盒的安装接口及位置。砂箱用于储砂，设计成斗装，下部斗口与撒砂器连接。便于落砂顺畅，砂箱收口处斜面的斜度最好不低于40°。砂箱在便于观察的位置还设置显示砂位面的安装透明有机玻璃观察窗。砂箱盖的形式多样，要求打开砂箱盖不与其他部件干涉，且方便手工或砂枪补充砂；在砂箱盖与砂箱体的接口处，可以设置钢丝漏斗状滤网，过滤砂中的粗大颗粒或枯枝败叶。滤网也可坐车一个随车使用的独立部件，在加砂中使用。采用自动加砂对砂子要求更高，也不宜采用滤网（不利于加砂枪深入砂箱中）。

压力差式撒砂系统能实现撒砂的精确控制而为主流。在文献[2]中，提出新的结构，即将阀门式撒砂装置改为摇摆式撒砂装置，砂箱为活动式，通过在司机室控制操作把手摇晃砂箱撒砂，解决了阀门式撒砂装置清理维修困难、容易堵砂、故障率高的问题。

在轨道交通车辆重载高速的背景，轻量化日益重要，对各部件重量的控制更加严格。因此传统钢结构砂箱、砂箱盖等，更多的采用铝合金，从而减中、增大砂箱容积。

3撒砂系统的强度校核及试验

撒砂系统各结构部件在设计过程中，需利用有限元分析软件依据相关标准[3]进行强度校核，考核材料本体强度、焊缝强度、安装接口强度。

撒砂系统需通过气密性试验、撒砂试验、冲击振动模拟长寿命试验、电池兼容试验等，以验证其可靠性。

气密性试验主要针对砂箱、撒砂器。对于压差式撒砂系统，装上砂箱盖的砂箱要能满足不低于50kPa的压缩空气气密性要求，撒砂器满足不低于1000kPa的压缩空气气密性要求。

如果安装了电控装置（如超声波砂位传感器及其控制设备）需做电磁兼容试验、高低温湿热交变试验。按IEC61373:2010[4]的规定进行有限元分析及冲击振动模拟长寿命试验，试验时需完全真实模拟砂箱的安装，并装满砂子其其他安装在砂箱上的装置（如撒撒砂器、电控盒、砂位传感器等），在试验中能正常撒砂，试验中及试验后各气路、电路、电控设备都无可测损伤，砂箱的焊缝无裂纹等。

4结束语

撒砂系统是重要的制动部件，撒砂顺利、安全可靠、轻量化是主要的指标，要严格按技术要求做好各部分的设计及验证，建议采用摇摆式撒砂、采用铝合金清理话结构，同时根据实际需要增加砂位监测装置。

参考文献

[1]TB/T3254-2011,机车、动车用撒砂装置[S].

[2]彭庆存等.电机车撒砂装置技术改造[J].中国高新技术企业,2015(3):15-16.

[3]EN12663-1:2010,铁道车辆的车体结构要求-第1部分：机车和客车（及货车的替换法）[S].

[4]IEC61373:2010,轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验[S].