真空加壓式集便裝置的研制

1、車輛產(chǎn)品與零部件鐵道車輛第43卷第1期2005年1月文章編號(hào)：10027602(200501001903真空加壓式集便裝置的研制陳思國，婁嘉駿，吳明光(浙江大學(xué)系統(tǒng)工程研究所，浙江杭州)摘要：分析了集便裝置的國內(nèi)需求和國外發(fā)展應(yīng)用的現(xiàn)狀，提出了鐵路客車真空加壓式集便裝里設(shè)計(jì)方案，并介紹了該裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)和試驗(yàn)情況。關(guān)鍵詞：鐵路客車；真空加壓式；集便裝里中圍分類號(hào)：U270.385文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B隨著鐵路客車不斷提速和人

2、們環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，客車直排式便器對(duì)鐵路沿線環(huán)境危害日益凸現(xiàn)，同時(shí)也造成了高速列車內(nèi)空氣嚴(yán)重污染，車輛走行裝置和鋼軌使用壽命縮短，列車維修人員工作環(huán)境惡化。為此，許多國家的客車都裝備了密閉式集便裝置。1國外集便裝置現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1960年，日本東海道新干線客車率先配置儲(chǔ)留式廁所，凈水沖洗便池后直接把污物導(dǎo)人車下的_留箱。由于沖水量大(6L次），導(dǎo)致儲(chǔ)污量大，影響了輛使用率和車輛的動(dòng)力學(xué)性能，各國客車已棄而不用。1970年一1980年，

3、日本、法國、韓國等國家的客車使用循環(huán)式集便裝置。循環(huán)式集便裝置采用化學(xué)藥液混合人體排泄物來沖洗便池，其突出優(yōu)點(diǎn)是幾乎沒有水量消耗，但由于添加了化學(xué)藥劑，容易造成二次污染，給糞便的后期處理帶來了不便。鑒于現(xiàn)有技術(shù)條件下無法解決循環(huán)式集便裝置的缺陷，各國的新造客車一般不再使用。我國廣深線客車引進(jìn)循環(huán)式集便裝置，投入運(yùn)用后因氣味太大，乘客無法接受。目前，發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)開發(fā)和廣泛使用的是基于真空密閉技術(shù)的集便裝置。真空密閉式集便裝置大致可分為真空

4、保持式和真空推拉式2種類型。我國使用的EVAC2000P(瑞典）集便裝置屬于前者，MAGVAC(美國）、SANIVAC(德國）屬后者。EVAC2000P的工作原理為：列宇高壓空氣經(jīng)噴射器將集便箱抽成30kPa?40kPa負(fù)壓，高壓水沖洗便池，排污閥打開，污物在壓差和重力雙重作用下迅速進(jìn)人集便箱。MAGVAC、SANIVAC的工作原理與EVAC2000P不同，艮P在便池與集便箱之間設(shè)一個(gè)小隔離器，噴射器只對(duì)隔收稿日期：20040528基金

5、項(xiàng)目：浙江省科技廳資助項(xiàng)目（、)作者簡介：陳思國（1979)男，碩士研究生。萬方數(shù)據(jù)離器抽真空，污物一旦進(jìn)入隔離器，MAGVAC利用列車風(fēng)壓，而SANIVAC依靠液壓杲將污物輸送至常壓集便箱。真空保持式集便裝置對(duì)污物和管路的密閉性要求高，氣量消耗較大。真空推拉式集便裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)部件多，不易維修。真空密閉式集便裝置具有明顯的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢，環(huán)保衛(wèi)生指標(biāo)優(yōu)于循環(huán)式，適合高速列車，耗水量少，因此已成為發(fā)達(dá)國家客車集便裝置的主流技術(shù)。我

6、國共有旅客列車4萬列，每列配置30個(gè)廁所，共計(jì)120萬個(gè)廁所亟待改造。進(jìn)口廁所1臺(tái)價(jià)格為20余萬元，僅車載廁所改造費(fèi)用就高達(dá)2400億元。而車站污物后端處理設(shè)備亦耗資巨大。顯然，單純依靠進(jìn)口，經(jīng)濟(jì)上難以承受。另一方面，由于國外產(chǎn)品未考慮中國國情，導(dǎo)致相當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)品在中國運(yùn)用時(shí)出現(xiàn)故障。以金溫線列車為例，損壞率高達(dá)85%?90%。國外產(chǎn)品主要存在以下幾點(diǎn)問題：(1)排泄閥。污物中夾雜著旅客拋棄的筷子、飯盒等物品，容易堵塞排泄閥，從而影響污

7、物的排放。(2)真空度。由于排泄閥堵塞或真空管路泄漏，系統(tǒng)無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)真空度，使系統(tǒng)頻繁啟動(dòng)。(3)防寒。在寒冷環(huán)境下，如果得不到很好的防寒保護(hù)，污物和水經(jīng)過的管路可能形成冰堵。(4)維修保養(yǎng)。由于國外產(chǎn)品配件供貨不及時(shí)，價(jià)格昂貴，維修力量跟不上，使集便系統(tǒng)得不到有效的定期維修保養(yǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)故障率高。.2真空加壓式集便裝置的設(shè)計(jì)方案我國列車單節(jié)載客容量大（硬座定員118人），國土遼闊，列車運(yùn)行時(shí)間長，最長距離的列車要運(yùn)行3天(72h)以

8、上，而路局均未建固定式污物地面處理設(shè)施，因此，確定方案時(shí)必須立足于國情。現(xiàn)以定員118人，運(yùn)行時(shí)間18h，每人次排污0.27L(日本、歐洲為0.2L)人均4h使用1次廁所，沖水量0?3L次，計(jì)算得:.19?凈容量=118X(0.30.27)X184=302.67(L)總?cè)萘?302.670.9=336.3(L)(留出10%裕量）真空加壓式集便裝置的研制陳思國，婁嘉駿，旲明光?21.常運(yùn)行非常重要，包括電加熱功率的計(jì)算、保溫材料的選擇及其

9、具體的厚度等。集便箱的保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)避免出現(xiàn)防凍薄弱環(huán)節(jié)，特別是要切斷“熱橋”。列車運(yùn)行時(shí)的速度經(jīng)常變化，集便箱內(nèi)的污水形成的波浪對(duì)集便箱的壁板產(chǎn)生很大的沖擊作用，導(dǎo)致集便箱變形破裂。在集便箱內(nèi)部增加防波板可以有效地減小污水的沖擊作用。由于集便箱內(nèi)的污水不停地晃動(dòng)，因而機(jī)械式和觸電式液位儀都很難準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的測量。在設(shè)計(jì)中，采用硅壓阻式液位儀及電腦模糊控制原理來測量集便箱的水位。硅壓阻式液位儀是一種新型的固體測壓傳感器，它的核心是

10、一支硅壓阻壓力傳感器。水位的測量是通過檢測水柱造成的壓差來實(shí)現(xiàn)的。同常規(guī)的基于浮球和觸點(diǎn)水阻原理的液位儀相比具有良好的抗振性能，而且測量節(jié)點(diǎn)不發(fā)生抖動(dòng)，測量精度高，壽命長，可靠性高。同時(shí)，采用模糊控制原理對(duì)傳感器內(nèi)各布置測點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)檢測并分析處理，能有效消除車輛運(yùn)行過程中的誤指示現(xiàn)象。4.3控制板設(shè)計(jì)控制板設(shè)計(jì)中引進(jìn)了控制工程中的冷備份技術(shù)，一旦出現(xiàn)故障，切換到備份板即可。在實(shí)際使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)旅客多次沖洗便器的現(xiàn)象。由于在暫存腔的真空度

11、達(dá)不到設(shè)定值時(shí)無法沖洗便器，可能造成污物長時(shí)間滯留在衛(wèi)生間中。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)控制板做了如下改進(jìn)：(1)在控制板中增加記憶功能，可以在系統(tǒng)達(dá)到排放條件(真空度達(dá)到設(shè)定值）時(shí)，自動(dòng)完成前一次未完成的動(dòng)作。(2)在便器上設(shè)傳感器，當(dāng)便器中污物達(dá)到一定(上接第18頁）(4)改善車輛動(dòng)力學(xué)性能，研究重車重心高度和速度的關(guān)系，努力提高運(yùn)行速度，減少大件運(yùn)輸時(shí)對(duì)線路的干擾時(shí)間，適應(yīng)客運(yùn)高速、貨運(yùn)提速的發(fā)展趨勢，與我國鐵路技術(shù)政策速度相匹配。(5)加強(qiáng)大車運(yùn)

12、用裝載加固的研究，提出合理的裝載加固力值P(6)注重長大貨物車的安全功能創(chuàng)新。在保持可自行左右側(cè)移、起升、下降等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加能夠使貨物繞縱軸偏轉(zhuǎn)、行車時(shí)遇到上部障礙物時(shí)可以下降以及導(dǎo)向和輔助側(cè)移等功能。此外，還要增加結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測、自動(dòng)報(bào)警及公鐵聯(lián)運(yùn)等功能。(7)長大貨物車技術(shù)含量高，制造難度大，關(guān)系到國家重點(diǎn)工程的建設(shè)與發(fā)展。因此，應(yīng)加強(qiáng)與國外合液位時(shí)自動(dòng)沖洗，以避免由于水管路泄漏或其他故障引起便器中積水。5結(jié)束語真空加壓

13、式集便裝置已于2002年10月完成樣機(jī)，2003年6月完成功能測試和關(guān)鍵部件的壽命測試，2003年10月根據(jù)客車廠的意見進(jìn)行修改，2004年3月裝車試驗(yàn)，并取得滿意的結(jié)果。測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為：耗水量〇?25L次，耗氣量56L次，供風(fēng)壓力480kPa?780kPa污物箱容積400L。真空式集便裝置滿足了廣大乘客對(duì)乘車環(huán)境的要求，保障了鐵路員工以及廣大旅客的身體健康，減輕了對(duì)線路和車輛的維修工作量，在提速列車和即將制造的高速列車上安裝真空式集

14、便裝置勢在必行。參考文獻(xiàn)：[1]錢文偉.列車集便裝置發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)我國開發(fā)集便裝置的建議[J].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，20008(4)=41—45.[2]周敬宣，胡洪平，李艷萍，等.客車氣動(dòng)推拉式集便裝置的研制[J].鐵道車輛，200341(5):20—22.[3]劉瑨，王悅明，張聰敏，等.鐵路旅客列車污物處理系統(tǒng)的研究及設(shè)想[J].中國鐵路，1998(6):31—34.[4]任大慶.鐵路客車真空式集便系統(tǒng)淺析U].鐵道車輛，2001

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16、面的技術(shù)處理）以及與國外合作設(shè)計(jì)的可能性。參考文獻(xiàn)：[1]田葆栓.長大貨物車發(fā)展50a[〗].鐵道車輛，200038(2):1_8.[2]田葆栓，金城.開發(fā)鐵路特種貨車，滿足市場需求一論文集編后[C].特種貨車論文集，2002.[3]張進(jìn)德，田葆栓，等.中國鐵路長大貨物運(yùn)輸[M].北京：中國鐵道出版社，2001.[4]鐵道部運(yùn)輸局.鐵路貨物裝載加固規(guī)則[M]?北京：中國鐵道出版社，1995.[5]鐵道部建設(shè)司.鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北