铁道车辆节能技术研究及展望

伍赛特

（上海汽车集团股份有限公司 上海 200438）

引言

铁路作为国民经济的大动脉，担负着全国很大一部分的运输任务，在国民经济生活中起着重要的作用，其具有能耗少、占地面积小、对环境的污染少及运送旅客或货物多等优点。铁道车辆是铁路运输中直接运载旅客和货物的工具，是铁路运输中的一个重要环节。而在当前的能源环境及经济形势影响下，针对铁道车辆开展的节能措施可谓势在必行。

1 重载货车节能技术研究

为进一步促进国民经济发展，需开发70t级货车，并把时速提高到120km，可采用如下措施。

1.1 轻量化车体

70t新型货车采用了屈服强度为450MPa的高强度耐候钢制造型钢、板材和中梁[1]，为提高货车的载重能力和降低自重提供了材料保证。大量采用合理断面的冷弯型钢，通过结构优化设计，提高了强度储能，降低了车辆自重。

1.2 25t轴重转向架

目前我国自主研发的转K6型交叉型式和K5型摆动式转向架，尤其是转K6型转向架已安装在C76型、C80型敞车和X2K型平车上。经数十万公里的运营试验后[2]，表明K6转向架技术成熟、安全可靠，可以成为70t货车的主型转向架。

2 铁路保温车节能技术研究

为了储运鲜货，冷藏保温车是不可缺少的一种货物运输车。我国从无到有建立了专业生产基地，已成批生产了单节、五节、七节式机械冷藏车、冰保车、冷板车等许多品种，其中有机械、冷板、冷藏、集装箱等保温车，用以满足人民生活和进出口的需要由于保温冷藏都和热量散发有关，因此提高车体隔热性能的重要性不言而喻。

2.1 夹层结构

保温车车体隔热性能优劣，直接影响到运输货物的质量和能耗大小。为此，采用夹层结构，可有效改善车辆运用性能，延长使用期限，并能减少热桥、空气间隙以及空气的渗透作用，因而提高了车体的隔热性能。夹层结构为钢一聚氨酯作隔热板，采用现场发泡工艺，隔热性好。

2.2 制冷通风系统

由于要货物能保持在-20℃～+12℃温度范围内。为适应外界环境温度变化，国外采用双转速(2200r/min和1400r/min)压缩机，由恒温控制器控制速度电磁阀自动换速。

利用控制压缩机转速，可使制冷机组处于最佳工作状态，而且可以有效实现节能。车辆采用中梁薄壁整体承载结构，用耐候钢制作，强度高、耐腐蚀，可以大大延长冷藏车的使用寿命。

近年，国内开发的一种机械冷板冷藏车，车上冷板一次充冷后，可在120h以上不间断放冷，使货间温度稳定，不受人为因素的影响，保证鲜货质量，优良可靠。

3 高原客车节能技术研究

高原铁路客车也存在其自身技术问题，一是缺氧，二是严寒。因而，要采取相应措施才能保证客车旅客的安全，其重点措施就是供氧和保暖。

3.1 高原客车的供氧问题

青藏铁路就是典型的高原铁路，高原气压低，含氧量少。为了满足旅客的需求，必须配备制氧设备，可以依靠制氧机增氧，同时也可以在车内配备增压器，以提高车内气压。

青藏铁路采用一种内弥散式与分布式相结合的供氧机供氧方式。弥散式供氧是将制氧机生产出来的富氧与空调新风混合，通过空调送风口均匀送到车厢内，使车厢内空气氧浓度达到23%～25%[3]。同时，在餐车、座椅上设有吸氧接口。如旅客还感到缺氧，可以连接吸氧口或通过氧气面罩，直接吸到浓度为40%的富氧。

青藏铁路客车供氧系统釆用膜分离方案，即从空气中先分离出氮，去油、去杂质并加热后进入制氧机，制成浓度约为40%的富氧。

车内氧浓度是通过调节空调的进风量予以控制。当车内氧浓度高于目标值时，就加大进风量；反之，就减少进风量，使车内氧浓度稳定在23%～25%之间。

为了防止停电等突发事件，必须配备储氧罐，并及时维修、保养压缩机和空调，如空压机要经常更换过滤器和加机油。制氧机膜前过滤器和测氧传感器也有规定的使用寿命和更换周期，需及时进行维护保养和更换。制氧系统防冻也十分重要。为了保证安全过冬，应及时检查保温层是否有破损潮湿、脱落的处所，并及时修复，保证进入车内制氧机的压缩空气的温度在5℃以上。

青藏铁路的客车供氧系统能否保持正常运用可谓至关重要。不像普通客车的空调系统，损坏了至多影响到旅客的体感。而高原客车车辆的供氧系统一旦失灵，即会危及旅客生命安全，千万马虎不得。

3.2 高原客车的防寒

客车的防寒也是一项重大课题。由于地处高寒地区，要保证客车室内温度达到铁道部规定的标准难度很大。同时，给排水系统配件的防寒也十分重要。由于客车室内墙、顶、地板所占的面积很大，因此，改善高寒地区客车的防寒性能和提高室内温度是一项系统工程。既要从改善保温性能、防止热量泄漏出发，还要从提高供热功率、使用效率综合起来考虑才能事半功倍地解决客车的防寒问题[4]。要改善客车的防寒性能，先要了解隔热性能较差的及散热量较多的部件，方能有的放矢地予以解决。

一般客车防寒材料采用硬质聚材料，不易进行严密安装，厚度又相对较薄，以至车体、侧墙、顶墙、顶板、地板散热量较多。采用超细玻璃丝棉，隔热性能及压缩、弯曲性能均较为出色，可确保铁、木间保温材料密实安装，不留间隙并加以固定，防止脱落。这样就可以提高这些部位的防寒性能。

考虑到部分部件泄漏热量较多，如门窗缝隙泄漏热量多，普通的折页门与门框接触不严密，门下部采用防风胶皮无法有效地密封，采用铁风挡的车辆密封性较差，活动式车窗密封也有待提升，上述均为客车热量泄漏的重要影响因素。

车顶通风系统也是造成热量损失的一个方面。车辆在运行中，客车内要不断补充新鲜空气，排除车内废气。空气的交换是通过车顶自然通风器进行的，空调从风口吸入的新风是冷的，而排出的废气温度则较高，以此造成热量的大量损失。

为此，采取一系列措施来改进客车的防寒性能：

（2）采用封闭式中空玻璃车窗，以提高隔热效果；

（3）在水箱铁质顶盖内填塞超细玻璃丝棉，填塞严密，无缝隙，并加以固定；

（4）顶板内所有水管及厕洗上下水管包扎防寒保温材料和电伴热线；

（5）排便导筒加装封闭盖装置或采用集便器。

为了进一步提高高原客车的防寒性能，还将从填充材料以及采暖、空调入口设备更新上采取以下的更严格的防寒措施，归纳如下：

（1）全面采用超细玻璃丝棉防寒材料代替传统的聚乙烯等防寒材料。在客车墙、顶、地板、铁、木之间填塞严密，不留间隙，以提高这些部位的防寒性能；

（2）采用热管锅炉代替传统燃煤采暖锅炉，热效率高达75%以上另外，还采用带压筋散热片型散热器，散热面积达2.54m2/m，散热效率提高十分明显；

贷款抵押质押方面，各类金融机构大胆探索土地“三权”和农业设施抵押贷款，果树等生物资产和经营主体产权、股权、债权质押贷款等形式；借鉴河南省经验推行土地承包经营协议项下应收账款质押担保贷款；借鉴江苏省泰州市将高标准农田建设中整理出的新增耕地指标挂牌上市，其转让收益用于贷款资金的还本付息或转让收益权用于贷款质押。大力推广政策性、商业性等各类农业保险，在拓宽保险覆盖面的同时，开展保单质押业务，降低农业经营风险，拓宽高标准农田建设贷款途径。

（3）空调机组入口的冷新风可用电热管先进行加热，可从-20℃加热到18℃，为此需要较高的热功率。因此在进风管道内安装铝制或铜制的废热排风管，利用废热来加热温度较低的新空气。以此可节约电暖器功率，节能效果显著。

4 轻轨车辆节能技术研究

4.1 夹层板车顶结构

为了实现轨道列车轻量化，轨道车辆采用夹层板结构是一种有效途径。夹层板结构不仅要比钢板结构轻很多，而且具有混合各种机械特性的功能，并可组织大规模生产，节约材料和降低能耗。因此，世界各国都致力于开发夹层板结构的轻轨车辆。在欧洲，夹层板结构不仅已广泛应用在一般的结构件上，而且还研发了一批新型轻轨车辆。所谓夹层结构就是由两块相同的薄面板，和一块厚的轻质的中间层组成。

在轨道车辆结构中使用较多的，是以铝合金或玻璃纤维塑料板作为面板，夹层为聚氯乙烯（PVC）和聚甲苯丙酰亚胺（PMI）泡沫塑料。由于PMI具有良好的强度，在高温下机械性能稳定，并具有良好耐火性和性价比，因而更多地被优先选用。

4.2 铝合金车体

当前，由于轨道车辆提速的需要，车辆轻量化成为重要课题。目前，世界各国正大力发展和制造铝合金车体，国内以武汉市轨道交通一号线为代表的铁道车辆首次采用全焊接铝合金结构车体。

武汉市轨道交通一号线车辆采用全铝合金焊接车体，具有自主的知识产权，不仅结束了国产城轨车辆无铝合金车体的历史[5]，而且为我国大力发展快速、轻型城市轨道车辆提供了宝贵经验。

铝合金铁道车辆选用的材料是根据车辆不同部位对使用的要求综合强度、制造工艺和耐腐蚀等多方面的因素选择不同的铝合金材料。般选用 6005A、6060、6082、5083、7005、7020 作为车辆结构用材。材料能否国产化是我国能否批量生产高速列车、地铁、城市轻型车辆的关键所在。

在国家的大力支持下，国内不少铝厂进行技术改造，增添了3000t、4000t、8000t、10000t铝型挤压设备，为大力发展铝合金车体奠定了资源基础。同时铁道车辆部门已建成多条铝合金车体自动化焊接和生产线。前述的武汉轨道号线车辆全铝合金焊接结构车体，也是在该生产线上生产的。

结语

铁道车辆是铁路运输的重要组成部分，随着相关节能技术措施的不断完善与优化，其会长期作为陆用运输设备的中坚力量，为国家经济建设起到不可或缺的推动作用。