高速动车组被动式压力保护系统舒适性测试与优化.pdf
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1、文章编号:1 0 0 2-7 6 0 2(2 0 2 3)0 4-0 0 3 3-0 5高速动车组被动式压力保护系统舒适性测试与优化孙玉昆,陈 垒(中车青岛四方机车车辆股份有限公司 技术中心,山东 青岛 2 6 6 1 1 1)摘 要:针对“复兴号”动车组在经过部分隧道多、海拔落差大的路线时出现乘客耳鸣及车体变形等问题,对西成线在线运营的“复兴号”动车组进行了实车跟踪测试,测试结果与理论分析结果一致,即当高速列车连续穿越海拔变化的隧道群时,为了保证车内压力处于相对稳定状态,压力保护阀长时间处于关闭状态。当列车驶出隧道后,因海拔高度和连续隧道的综合影响,车厢内外压差较大,若此时压力保护阀强制开启
2、,列车内外压力在短时间内会迅速达到平衡,从而导致车内压力变化剧烈。文章采用数据分析的方法对被动式压力保护系统的开闭阀、强制开阀逻辑进行了优化,并通过增加泄压模式来降低车内外压差。经测试,优化后的车内1 s、3 s、1 0 s和6 0 s的最大压力变化率分别降低了6 8%、8 0%、8 3%和5 9%,远低于车内压力控制标准,人体感受较好,提高了乘客的乘坐舒适性和列车的运行安全性。关键词:“复兴号”动车组;被动式压力保护系统;压力波;舒适性;优化中图分类号:U 2 7 0.3 8 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 2-7 6 0 2.2 0 2
3、3.0 4.0 0 6收稿日期:2 0 2 2-0 2-2 3第一作者:孙玉昆(1 9 8 4),男,硕士,高级工程师。C o m f o r t T e s t a n d O p t i m i z a t i o n o f P a s s i v e P r e s s u r e P r o t e c t i o n S y s t e m f o r H i g h-s p e e d EMU sS UN Y u k u n,CHE N L e i(T e c h n o l o g y C e n t e r o f C R R C Q i n g d a o S i f a
4、n g L o c o m o t i v e&R o l l i n g S t o c k C o.,L t d.,Q i n g d a o 2 6 6 1 1 1,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n g a t t h e p r o b l e m s o f p a s s e n g e r t i n n i t u s a n d c a r b o d y d e f o r m a t i o n w h e n t h e F u x i n g EMU p a s s e s t h r o u g h t h e r o u t
5、e w i t h m a n y t u n n e l s a n d l a r g e a l t i t u d e d r o p,t h e F u x i n g EMU o p e r a t e d o n t h e X ia n-C h e n g d u l i n e w a s t r a c k e d a n d t e s t e d.T h e t e s t r e s u l t s a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s r e s u
6、 l t s,t h a t i s,w h e n t h e h i g h-s p e e d t r a i n c o n t i n u o u s l y p a s s e s t h r o u g h t h e t u n n e l g r o u p s w i t h v a r y i n g a l t i t u d e s,t h e p r e s s u r e p r o t e c t i o n v a l v e i s c l o s e d f o r a l o n g t i m e t o e n s u r e t h a t t h
7、 e p r e s s u r e i n t h e v e h i c l e i s i n a r e l a t i v e l y s t a b l e s t a t e.Wh e n t h e t r a i n l e a v e s t h e t u n n e l,t h e p r e s s u r e o u t s i d e t h e t r a i n c h a n g e s g r e a t l y d u e t o c o m p r e h e n s i v e e f f e c t o f t h e a l t i t u d
8、e a n d c o n t i n u o u s t u n n e l s.I f t h e p r e s s u r e p r o t e c t i o n v a l v e i s f o r c e d t o o p e n a t t h i s t i m e,t h e p r e s s u r e i n s i d e a n d o u t s i d e t h e t r a i n w i l l q u i c k l y r e a c h b a l a n c e i n a s h o r t t i m e,w h i c h w i
9、l l l e a d t o d r a s t i c c h a n g e s i n t h e p r e s s u r e i n s i d e t h e t r a i n.I n t h i s p a p e r,t h e l o g i c o f o p e n i n g a n d c l o s i n g v a l v e s a n d f o r c e d o p e n i n g v a l v e s o f p a s s i v e p r e s s u r e p r o t e c t i o n s y s t e m i s
10、o p t i m i z e d b y u s i n g d a t a a n a l y s i s m e t h o d,a n d t h e p r e s s u r e d i f f e r e n c e b e t w e e n i n s i d e a n d o u t s i d e t h e v e h i c l e i s r e d u c e d b y a d d i n g p r e s s u r e r e l i e f m o d e.A f t e r t e s t i n g,t h e m a x i m u m p r
11、e s s u r e c h a n g e r a t e s o f 1 s,3 s,1 0 s a n d 6 0 s i n t h e o p t i m i z e d c a r a r e r e d u c e d b y 6 8%,8 0%,8 3%a n d 5 9%,r e s p e c t i v e l y,w h i c h a r e f a r l o w e r t h a n t h e p r e s s u r e c o n t r o l s t a n d a r d i n t h e c a r.T h i s m a k e s t h
12、 e p a s s e n g e r s f e e l b e t t e r a n d i m p r o v e s t h e c o m f o r t o f p a s s e n g e r s a n d t h e s a f e t y o f t r a i n o p e r a t i o n.K e y w o r d s:F u x i n g EMU;p a s s i v e p r e s s u r e p r o t e c t i o n s y s t e m;p r e s s u r e w a v e;c o m f o r t;o p
13、 t i m i z a t i o n33 研究与设计铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 我国幅员辽阔,地形地貌复杂多样,其中平原面积仅占我国总面积的1 2%。因此,铁路沿线必然要经过山地和丘陵地区,需要修建不同长度的隧道和隧道群以满足运行要求。高速动车组进出隧道、在隧道内运行和隧道内会车会产生强烈的压力波,由于高速动车组的气密性好,车外压力波动会通过空调进风口和废排口通道传入车内,引起车厢内的压力波动,影响乘客的乘坐舒适性1-3。为了减少车内压力波动,“复兴号”标准动车组采用被动式压力保护系统,通过设置在新风口、废排口的压力保护阀来控制列车内外的空气交换,以满足乘客的乘坐舒适性
14、要求4。但是,列车在某些线路运行过程中仍然存在车内压力波动过大的问题。例如,“复兴号”动车组在西安成都(西成线)上行过程中,列车出隧道后出现较大的压力波动,导致乘客产生耳鸣、耳痛等不良反应,同时伴随风挡变形(内鼓),严重影响乘客的乘坐舒适性和行车安全5-6。1 被动式压力保护系统1.1 系统组成及工作原理被动式压力保护系统主要由压差传感器、压力波控制器和压力波保护阀等组成。压差传感器在头尾车两侧各1个,压力波控制器安装于头尾车观光区后部通过台顶板上方7。压力波保护阀是压力保护系统中的执行机构,空调机组两侧新风吸入口处各设2组新风压力波保护阀(A阀-小阀、B阀-大阀)和1组废排压力波保护阀8。列
15、车高速通过隧道或在隧道内会车时,若车辆内外压差满足保护条件,压力波控制器驱动压力波保护阀动作(关闭),在压力波产生影响的瞬间关闭列车内外空气通路,从而保证客室内气压的相对稳定;当车辆内外压差或者其他开阀条件满足时,压力波控制器撤销压力波保护信号,空调控制器会根据车辆运行情况,打开压力波保护阀,进行列车内外的空气交换9。被动式压力保护系统工作原理如图1所示。图1 被动式压力保护系统工作原理1.2 压力波保护控制逻辑被动式压力波保护控制逻辑由压力波保护条件、压力波保护取消条 件和压力波 开阀顺序三 部分组成1 0。压力波保护(风阀关闭)条件为:(1)连续5 0 m s,|ADP(t)|5 0 0
16、P a;(2)|ADP(t)-ADP(t-5 0 m s)|1 2 0 P a;(3)|ADP(t)-ADP(t-3 0 0 m s)|1 8 0 P a;(4)|ADP(t)-ADP(t-2 0 0 m s)|1 2 0 P a且|ADP(t-2 0 0 m s)-ADP(t-4 0 0 m s)|1 2 0 P a且|ADP(t-4 0 0 m s)-ADP(t-6 0 0 m s)|1 2 0 P a。其中,ADP(t)表示车辆内部和外部之间的平均压力差,压力波控制器压差采集周期为2 m s。压力波保护取消(风阀打开)条件为:(1)连续1 0 0 0 m s,|ADP(t)|3 6 0
17、P a,且打开时列车内外瞬时压差5 0 0 P a”改为“连续5 0 m s,|ADP(t)|6 0 0 P a”;相应的压力波保护取消(风阀打开)条件的“连续1 0 0 0 m s,|ADP(t)|3 6 0 P a”改为“连续1 0 0 0 m s,|ADP(t)|5 0 0 0 P a持续5 s时,执行一档泄压(开2 s,关1 8 s);当2 0 0 0 P a 列车内外压差5 0 0 0 P a持续5 s时,执行二档泄压(开4 s,关1 6 s);当5 0 0 P a 5 0 0 0 P a持续5 s时,执行一档泄压(开2 s,关8 s);当2 0 0 0 P a 列车内外压差5 0
18、0 0 P a持续5 s时,执行二档泄压(开3 s,关7 s);当5 0 0 P a 1 0 0 0 P a持续5 s时,进入泄压模式一(1 m i n)。(2)当压力波保护时间满足1 0 m i n(包含泄压模式一的(5+1)m i n)或者车辆减速至1 9 0 k m/h(即使压力波保护时间未达到5 m i n或1 0 m i n),进入泄压模式二(3 m i n)。泄压模式一:泄压车厢在1 m i n内间断性打开新风压力波保护B阀和废排压力波保护阀(开3 s,关7 s)。泄压模式二:泄压车厢在3 m i n内根据列车内外压差进行分档泄压(间断性打开新风压力波保护B阀和废排压力波保护阀),
19、其他车厢的压力波保护阀处于关闭状态。具体如下:当列车内外压差5 0 0 0 P a持续5 s时,执行一档泄压(开2 s,关8 s);当2 0 0 0 P a 列车内外压差 5 0 0 0 P a持续5 s时,执行二档泄压(开3 s,关7 s);当5 0 0 P a 列车内外压差2 0 0 0 P a持续5 s时,执行三档泄压(开4 s,关6 s);当列车内外压差 5 0 0 P a持续5 s时,执行四档泄压(开0 s,关1 0 s)。4.3.2 验证分析采取上述优化方案后,选取“复兴号”动车组在西成线进行跟踪测试,测试结果如表4所示。表4 西成线“复兴号”动车组车内压力波测试结果行程运行区间车
20、速/(k mh-1)车内测点车内压力变化最大值/P a1 s3 s1 0 s6 0 s上行线(成都东 北京西)成都东西安西安郑州东郑州东北京西2 5 03 0 03 0 0测点13 3 53 9 35 8 61 8 0 8测点23 3 43 9 35 8 61 8 0 6测点13 3 94 3 66 1 41 1 3 8测点23 3 84 3 56 1 41 1 3 8测点11 2 82 1 03 0 93 5 1测点21 2 92 1 13 0 83 5 1 由表4可以看出:“复兴号”动车组在西成线运行时,优化后的车内6 0 s最大压力变化率较第2次优化降低了6 5%。车内的1 s、3 s、
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