伍賽特

（上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司 上海 200438）

引言

鐵路作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，擔(dān)負(fù)著全國(guó)很大一部分的運(yùn)輸任務(wù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中起著重要的作用，其具有能耗少、占地面積小、對(duì)環(huán)境的污染少及運(yùn)送旅客或貨物多等優(yōu)點(diǎn)。鐵道車(chē)輛是鐵路運(yùn)輸中直接運(yùn)載旅客和貨物的工具，是鐵路運(yùn)輸中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。而在當(dāng)前的能源環(huán)境及經(jīng)濟(jì)形勢(shì)影響下，針對(duì)鐵道車(chē)輛開(kāi)展的節(jié)能措施可謂勢(shì)在必行。

1 重載貨車(chē)節(jié)能技術(shù)研究

為進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需開(kāi)發(fā)70t級(jí)貨車(chē)，并把時(shí)速提高到120km，可采用如下措施。

1.1 輕量化車(chē)體

70t新型貨車(chē)采用了屈服強(qiáng)度為450MPa的高強(qiáng)度耐候鋼制造型鋼、板材和中梁[1]，為提高貨車(chē)的載重能力和降低自重提供了材料保證。大量采用合理斷面的冷彎型鋼，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了強(qiáng)度儲(chǔ)能，降低了車(chē)輛自重。

1.2 25t軸重轉(zhuǎn)向架

目前我國(guó)自主研發(fā)的轉(zhuǎn)K6型交叉型式和K5型擺動(dòng)式轉(zhuǎn)向架，尤其是轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架已安裝在C76型、C80型敞車(chē)和X2K型平車(chē)上。經(jīng)數(shù)十萬(wàn)公里的運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)后[2]，表明K6轉(zhuǎn)向架技術(shù)成熟、安全可靠，可以成為70t貨車(chē)的主型轉(zhuǎn)向架。

2 鐵路保溫車(chē)節(jié)能技術(shù)研究

為了儲(chǔ)運(yùn)鮮貨，冷藏保溫車(chē)是不可缺少的一種貨物運(yùn)輸車(chē)。我國(guó)從無(wú)到有建立了專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)基地，已成批生產(chǎn)了單節(jié)、五節(jié)、七節(jié)式機(jī)械冷藏車(chē)、冰保車(chē)、冷板車(chē)等許多品種，其中有機(jī)械、冷板、冷藏、集裝箱等保溫車(chē)，用以滿足人民生活和進(jìn)出口的需要由于保溫冷藏都和熱量散發(fā)有關(guān)，因此提高車(chē)體隔熱性能的重要性不言而喻。

2.1 夾層結(jié)構(gòu)

保溫車(chē)車(chē)體隔熱性能優(yōu)劣，直接影響到運(yùn)輸貨物的質(zhì)量和能耗大小。為此，采用夾層結(jié)構(gòu)，可有效改善車(chē)輛運(yùn)用性能，延長(zhǎng)使用期限，并能減少熱橋、空氣間隙以及空氣的滲透作用，因而提高了車(chē)體的隔熱性能。夾層結(jié)構(gòu)為鋼一聚氨酯作隔熱板，采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡工藝，隔熱性好。

2.2 制冷通風(fēng)系統(tǒng)

由于要貨物能保持在-20℃～+12℃溫度范圍內(nèi)。為適應(yīng)外界環(huán)境溫度變化，國(guó)外采用雙轉(zhuǎn)速(2200r/min和1400r/min)壓縮機(jī)，由恒溫控制器控制速度電磁閥自動(dòng)換速。

利用控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，可使制冷機(jī)組處于最佳工作狀態(tài)，而且可以有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能。車(chē)輛采用中梁薄壁整體承載結(jié)構(gòu)，用耐候鋼制作，強(qiáng)度高、耐腐蝕，可以大大延長(zhǎng)冷藏車(chē)的使用壽命。

近年，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的一種機(jī)械冷板冷藏車(chē)，車(chē)上冷板一次充冷后，可在120h以上不間斷放冷，使貨間溫度穩(wěn)定，不受人為因素的影響，保證鮮貨質(zhì)量，優(yōu)良可靠。

3 高原客車(chē)節(jié)能技術(shù)研究

高原鐵路客車(chē)也存在其自身技術(shù)問(wèn)題，一是缺氧，二是嚴(yán)寒。因而，要采取相應(yīng)措施才能保證客車(chē)旅客的安全，其重點(diǎn)措施就是供氧和保暖。

3.1 高原客車(chē)的供氧問(wèn)題

青藏鐵路就是典型的高原鐵路，高原氣壓低，含氧量少。為了滿足旅客的需求，必須配備制氧設(shè)備，可以依靠制氧機(jī)增氧，同時(shí)也可以在車(chē)內(nèi)配備增壓器，以提高車(chē)內(nèi)氣壓。

青藏鐵路采用一種內(nèi)彌散式與分布式相結(jié)合的供氧機(jī)供氧方式。彌散式供氧是將制氧機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的富氧與空調(diào)新風(fēng)混合，通過(guò)空調(diào)送風(fēng)口均勻送到車(chē)廂內(nèi)，使車(chē)廂內(nèi)空氣氧濃度達(dá)到23%～25%[3]。同時(shí)，在餐車(chē)、座椅上設(shè)有吸氧接口。如旅客還感到缺氧，可以連接吸氧口或通過(guò)氧氣面罩，直接吸到濃度為40%的富氧。

青藏鐵路客車(chē)供氧系統(tǒng)釆用膜分離方案，即從空氣中先分離出氮，去油、去雜質(zhì)并加熱后進(jìn)入制氧機(jī)，制成濃度約為40%的富氧。

車(chē)內(nèi)氧濃度是通過(guò)調(diào)節(jié)空調(diào)的進(jìn)風(fēng)量予以控制。當(dāng)車(chē)內(nèi)氧濃度高于目標(biāo)值時(shí)，就加大進(jìn)風(fēng)量；反之，就減少進(jìn)風(fēng)量，使車(chē)內(nèi)氧濃度穩(wěn)定在23%～25%之間。

為了防止停電等突發(fā)事件，必須配備儲(chǔ)氧罐，并及時(shí)維修、保養(yǎng)壓縮機(jī)和空調(diào)，如空壓機(jī)要經(jīng)常更換過(guò)濾器和加機(jī)油。制氧機(jī)膜前過(guò)濾器和測(cè)氧傳感器也有規(guī)定的使用壽命和更換周期，需及時(shí)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和更換。制氧系統(tǒng)防凍也十分重要。為了保證安全過(guò)冬，應(yīng)及時(shí)檢查保溫層是否有破損潮濕、脫落的處所，并及時(shí)修復(fù)，保證進(jìn)入車(chē)內(nèi)制氧機(jī)的壓縮空氣的溫度在5℃以上。

青藏鐵路的客車(chē)供氧系統(tǒng)能否保持正常運(yùn)用可謂至關(guān)重要。不像普通客車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)，損壞了至多影響到旅客的體感。而高原客車(chē)車(chē)輛的供氧系統(tǒng)一旦失靈，即會(huì)危及旅客生命安全，千萬(wàn)馬虎不得。

3.2 高原客車(chē)的防寒

客車(chē)的防寒也是一項(xiàng)重大課題。由于地處高寒地區(qū)，要保證客車(chē)室內(nèi)溫度達(dá)到鐵道部規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)難度很大。同時(shí)，給排水系統(tǒng)配件的防寒也十分重要。由于客車(chē)室內(nèi)墻、頂、地板所占的面積很大，因此，改善高寒地區(qū)客車(chē)的防寒性能和提高室內(nèi)溫度是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。既要從改善保溫性能、防止熱量泄漏出發(fā)，還要從提高供熱功率、使用效率綜合起來(lái)考慮才能事半功倍地解決客車(chē)的防寒問(wèn)題[4]。要改善客車(chē)的防寒性能，先要了解隔熱性能較差的及散熱量較多的部件，方能有的放矢地予以解決。

一般客車(chē)防寒材料采用硬質(zhì)聚材料，不易進(jìn)行嚴(yán)密安裝，厚度又相對(duì)較薄，以至車(chē)體、側(cè)墻、頂墻、頂板、地板散熱量較多。采用超細(xì)玻璃絲棉，隔熱性能及壓縮、彎曲性能均較為出色，可確保鐵、木間保溫材料密實(shí)安裝，不留間隙并加以固定，防止脫落。這樣就可以提高這些部位的防寒性能。

考慮到部分部件泄漏熱量較多，如門(mén)窗縫隙泄漏熱量多，普通的折頁(yè)門(mén)與門(mén)框接觸不嚴(yán)密，門(mén)下部采用防風(fēng)膠皮無(wú)法有效地密封，采用鐵風(fēng)擋的車(chē)輛密封性較差，活動(dòng)式車(chē)窗密封也有待提升，上述均為客車(chē)熱量泄漏的重要影響因素。

車(chē)頂通風(fēng)系統(tǒng)也是造成熱量損失的一個(gè)方面。車(chē)輛在運(yùn)行中，客車(chē)內(nèi)要不斷補(bǔ)充新鮮空氣，排除車(chē)內(nèi)廢氣。空氣的交換是通過(guò)車(chē)頂自然通風(fēng)器進(jìn)行的，空調(diào)從風(fēng)口吸入的新風(fēng)是冷的，而排出的廢氣溫度則較高，以此造成熱量的大量損失。

為此，采取一系列措施來(lái)改進(jìn)客車(chē)的防寒性能：

（2）采用封閉式中空玻璃車(chē)窗，以提高隔熱效果；

（3）在水箱鐵質(zhì)頂蓋內(nèi)填塞超細(xì)玻璃絲棉，填塞嚴(yán)密，無(wú)縫隙，并加以固定；

（4）頂板內(nèi)所有水管及廁洗上下水管包扎防寒保溫材料和電伴熱線；

（5）排便導(dǎo)筒加裝封閉蓋裝置或采用集便器。

為了進(jìn)一步提高高原客車(chē)的防寒性能，還將從填充材料以及采暖、空調(diào)入口設(shè)備更新上采取以下的更嚴(yán)格的防寒措施，歸納如下：

（1）全面采用超細(xì)玻璃絲棉防寒材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的聚乙烯等防寒材料。在客車(chē)墻、頂、地板、鐵、木之間填塞嚴(yán)密，不留間隙，以提高這些部位的防寒性能；

（2）采用熱管鍋爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤采暖鍋爐，熱效率高達(dá)75%以上另外，還采用帶壓筋散熱片型散熱器，散熱面積達(dá)2.54m2/m，散熱效率提高十分明顯；

貸款抵押質(zhì)押方面，各類(lèi)金融機(jī)構(gòu)大膽探索土地“三權(quán)”和農(nóng)業(yè)設(shè)施抵押貸款，果樹(shù)等生物資產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)主體產(chǎn)權(quán)、股權(quán)、債權(quán)質(zhì)押貸款等形式；借鑒河南省經(jīng)驗(yàn)推行土地承包經(jīng)營(yíng)協(xié)議項(xiàng)下應(yīng)收賬款質(zhì)押擔(dān)保貸款；借鑒江蘇省泰州市將高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中整理出的新增耕地指標(biāo)掛牌上市，其轉(zhuǎn)讓收益用于貸款資金的還本付息或轉(zhuǎn)讓收益權(quán)用于貸款質(zhì)押。大力推廣政策性、商業(yè)性等各類(lèi)農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)，在拓寬保險(xiǎn)覆蓋面的同時(shí)，開(kāi)展保單質(zhì)押業(yè)務(wù)，降低農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，拓寬高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)貸款途徑。

（3）空調(diào)機(jī)組入口的冷新風(fēng)可用電熱管先進(jìn)行加熱，可從-20℃加熱到18℃，為此需要較高的熱功率。因此在進(jìn)風(fēng)管道內(nèi)安裝鋁制或銅制的廢熱排風(fēng)管，利用廢熱來(lái)加熱溫度較低的新空氣。以此可節(jié)約電暖器功率，節(jié)能效果顯著。

4 輕軌車(chē)輛節(jié)能技術(shù)研究

4.1 夾層板車(chē)頂結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)軌道列車(chē)輕量化，軌道車(chē)輛采用夾層板結(jié)構(gòu)是一種有效途徑。夾層板結(jié)構(gòu)不僅要比鋼板結(jié)構(gòu)輕很多，而且具有混合各種機(jī)械特性的功能，并可組織大規(guī)模生產(chǎn)，節(jié)約材料和降低能耗。因此，世界各國(guó)都致力于開(kāi)發(fā)夾層板結(jié)構(gòu)的輕軌車(chē)輛。在歐洲，夾層板結(jié)構(gòu)不僅已廣泛應(yīng)用在一般的結(jié)構(gòu)件上，而且還研發(fā)了一批新型輕軌車(chē)輛。所謂夾層結(jié)構(gòu)就是由兩塊相同的薄面板，和一塊厚的輕質(zhì)的中間層組成。

在軌道車(chē)輛結(jié)構(gòu)中使用較多的，是以鋁合金或玻璃纖維塑料板作為面板，夾層為聚氯乙烯（PVC）和聚甲苯丙酰亞胺（PMI）泡沫塑料。由于PMI具有良好的強(qiáng)度，在高溫下機(jī)械性能穩(wěn)定，并具有良好耐火性和性價(jià)比，因而更多地被優(yōu)先選用。

4.2 鋁合金車(chē)體

當(dāng)前，由于軌道車(chē)輛提速的需要，車(chē)輛輕量化成為重要課題。目前，世界各國(guó)正大力發(fā)展和制造鋁合金車(chē)體，國(guó)內(nèi)以武漢市軌道交通一號(hào)線為代表的鐵道車(chē)輛首次采用全焊接鋁合金結(jié)構(gòu)車(chē)體。

武漢市軌道交通一號(hào)線車(chē)輛采用全鋁合金焊接車(chē)體，具有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不僅結(jié)束了國(guó)產(chǎn)城軌車(chē)輛無(wú)鋁合金車(chē)體的歷史[5]，而且為我國(guó)大力發(fā)展快速、輕型城市軌道車(chē)輛提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

鋁合金鐵道車(chē)輛選用的材料是根據(jù)車(chē)輛不同部位對(duì)使用的要求綜合強(qiáng)度、制造工藝和耐腐蝕等多方面的因素選擇不同的鋁合金材料。般選用 6005A、6060、6082、5083、7005、7020 作為車(chē)輛結(jié)構(gòu)用材。材料能否國(guó)產(chǎn)化是我國(guó)能否批量生產(chǎn)高速列車(chē)、地鐵、城市輕型車(chē)輛的關(guān)鍵所在。

在國(guó)家的大力支持下，國(guó)內(nèi)不少鋁廠進(jìn)行技術(shù)改造，增添了3000t、4000t、8000t、10000t鋁型擠壓設(shè)備，為大力發(fā)展鋁合金車(chē)體奠定了資源基礎(chǔ)。同時(shí)鐵道車(chē)輛部門(mén)已建成多條鋁合金車(chē)體自動(dòng)化焊接和生產(chǎn)線。前述的武漢軌道號(hào)線車(chē)輛全鋁合金焊接結(jié)構(gòu)車(chē)體，也是在該生產(chǎn)線上生產(chǎn)的。

結(jié)語(yǔ)

鐵道車(chē)輛是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，隨著相關(guān)節(jié)能技術(shù)措施的不斷完善與優(yōu)化，其會(huì)長(zhǎng)期作為陸用運(yùn)輸設(shè)備的中堅(jiān)力量，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到不可或缺的推動(dòng)作用。