出口某國守車供水系統(tǒng)研制

魏明強(qiáng)，桑興華

(中車山東機(jī)車車輛有限公司，山東 濟(jì)南 250022)

0 引言

貨物守車(簡稱守車)是與貨物列車連掛以供貨物運(yùn)轉(zhuǎn)人員辦公、休息之用的工作車[1]。貨物守車上一般都設(shè)置有衛(wèi)生間、廚房、休息室及警衛(wèi)室等，在車輛運(yùn)行期間，車上的衛(wèi)生間和廚房要求全天不間斷供水，這就需要車上供水系統(tǒng)性能穩(wěn)定、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)便于檢修，從而確保貨物守車在運(yùn)行時(shí)的舒適性。

出口的貨物守車因各國的線路基礎(chǔ)設(shè)施和當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)慣的不同，對其供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能要求也各不相同，供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是該類車輛設(shè)計(jì)時(shí)必不可少的。本文針對出口某國貨物守車的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)對其供水系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1 軌道車輛主要供水方式

1.1 自重供水

自重供水方式是將水箱放置在高于車上用水設(shè)備的位置。其供水原理是利用水箱與各用水設(shè)備之間的高度差所產(chǎn)生的水壓將水箱中的水輸送到各用水設(shè)備完成供水。自重供水方式的優(yōu)點(diǎn)為:不需要外部能源干預(yù)，利用系統(tǒng)內(nèi)水壓即可完成供水，供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。其缺點(diǎn)為：需要將水箱高于用水設(shè)備設(shè)置，對供水系統(tǒng)的固定難度較大。

1.2 加壓供水

車下加壓供水系統(tǒng)是因受車輛內(nèi)空間限制，無法將水箱安裝在車內(nèi)或者車端，直接將水箱設(shè)置在車廂地板下部的供水方式。此時(shí)用水設(shè)備均高于水箱，無法通過自重供水方式供水。加壓供水方式的供水原理通常是在水箱處設(shè)置電動(dòng)水泵，利用電動(dòng)水泵產(chǎn)生水壓，將水箱中的水輸送到各用水設(shè)備完成供水。其優(yōu)點(diǎn)為:水箱設(shè)置在車下，方便了車上各設(shè)備的布局，且使整車重心低，車輛運(yùn)行可靠性大。其缺點(diǎn)為：加壓供水系統(tǒng)組裝工藝復(fù)雜，制造費(fèi)用高。

2 貨物守車供水系統(tǒng)組成

貨物守車內(nèi)的供水系統(tǒng)通常由供水水箱、水箱液面顯示裝置及連接管路等部分組成[2]。貨物守車供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。其中，水箱是該系統(tǒng)組成的核心部件。

1-注水設(shè)備；2-注水管路；3-供水水箱；4-空氣管路；5-連通管路；6-溢水管路；7-水箱液面顯示裝置；8-排水管路；9-供水管路；10-用水設(shè)備

2.1 水箱安裝位置設(shè)計(jì)

貨物守車因采用不同的供水形式，其供水水箱的安裝固定位置亦有所不同，當(dāng)貨物守車采用自重供水方式時(shí)，水箱可安裝在車頂、車端或者側(cè)墻部位，而水箱安裝在車端及側(cè)墻部位時(shí)，應(yīng)保證水箱的最低液面高于用水設(shè)備；當(dāng)貨物守車采用加壓供水方式時(shí)，水箱可視車內(nèi)空間情況安裝在車上或車下的合理部位。在進(jìn)行水箱安裝固定設(shè)計(jì)時(shí)，除了上面提到的常規(guī)設(shè)計(jì)外還應(yīng)遵循以下原則：

(1) 當(dāng)水箱總?cè)萘啃∮?00 L時(shí)，可采用車端托掛或車頂懸吊固定方式。

(2) 當(dāng)水箱總?cè)萘看笥?00 L時(shí)，應(yīng)盡量在車上對稱布置。

(3) 水箱的安裝位置應(yīng)盡量靠近用水設(shè)備。

(4) 水箱的固定安裝應(yīng)本著方便安裝和維護(hù)的原則。

本批次貨物守車水箱的安裝固定是在綜合考慮以上設(shè)計(jì)原則、出口貨物守車特點(diǎn)及車內(nèi)空間的前提下采用車頂支架懸吊方式，水箱安裝位置如圖2所示。

圖2 出口某國貨物守車水箱安裝位置圖

2.2 水箱設(shè)計(jì)

2.2.1 水箱容量及數(shù)量計(jì)算

在確定貨物守車的車上水箱容積時(shí)，須綜合考慮因天氣或運(yùn)行時(shí)的臨時(shí)停車等因素所導(dǎo)致的時(shí)間延誤。

水箱數(shù)量通常根據(jù)用水量來確定，且受車輛安裝空間的限制。水箱數(shù)量的確定須遵循以下原則：

(1) 當(dāng)車上安裝空間充足且用水量一定時(shí)，水箱越多，單個(gè)水箱體積越小，對水箱的強(qiáng)度要求越低，水箱結(jié)構(gòu)相對簡單，制造、維修、更換方便；但是水箱的連接管路增多，供水系統(tǒng)相對復(fù)雜。

(2) 當(dāng)車上安裝空間有限且用水量一定時(shí)，水箱越少，單個(gè)水箱體積越大，對水箱的強(qiáng)度要求越高，水箱結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，制造、維修、更換困難；但是供水系統(tǒng)連接管路減少，供水系統(tǒng)相對簡單。

綜上所述，水箱的容積、數(shù)量應(yīng)考慮制造、檢修的難易度合理設(shè)計(jì)。

水箱容積由式(1)計(jì)算得出：

(1)

其中：V為水箱容積，L；v為人均日用水量，L/天；N為人員總數(shù)，個(gè)；D為車輛運(yùn)行時(shí)間，天；n為水箱數(shù)量，個(gè)。

人均日用水量可參考表1計(jì)算得出[3]。

表1 家庭生活人均日用水量調(diào)查表 L

其中，人員總數(shù)及車輛運(yùn)行時(shí)間(天)與客戶溝通確定。

在綜合了客戶需求及制造檢修難易度后，本批次貨物守車水箱的容積設(shè)計(jì)為230 L,水箱個(gè)數(shù)為1個(gè)。

2.2.2 水箱材質(zhì)選取

貨物守車對供水水箱材質(zhì)選取有以下幾方面要求：

(1) 水箱材質(zhì)應(yīng)對水質(zhì)無污染。

(2) 水箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，剛度好。

(3) 水箱材質(zhì)的抗腐蝕能力強(qiáng)。

目前，SUS304不銹鋼材質(zhì)由于其具有較好的耐腐蝕性，且對水質(zhì)無污染，已經(jīng)成為貨物守車供水水箱結(jié)構(gòu)的首選材料。

綜上所述，在結(jié)合了客戶需求前提下，本批次貨物守車水箱的材質(zhì)選取為SUS304不銹鋼。

2.2.3 水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水箱結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)為規(guī)則的幾何形狀，如矩形、圓形等，設(shè)計(jì)為規(guī)則形狀的水箱制造、檢修方便，維護(hù)成本低；水箱結(jié)構(gòu)亦可以設(shè)計(jì)為不規(guī)則形狀，依據(jù)車上的安裝位置不同，可靈活設(shè)計(jì)為不同的形狀，設(shè)計(jì)為不規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)的水箱制造、檢修困難，但是水箱在車上的空間利用率大，能夠合理地運(yùn)用車上的空間。

本批次貨物守車水箱設(shè)計(jì)為規(guī)則形狀，所采用的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由箱體、各種接口、安裝座等組成。

1,4-注水管；2-水箱體；3-溢水管；5-安裝座；

2.3 供水管系設(shè)計(jì)

貨物守車的供水管系通常由注水管路、供水管路、連通管路和空氣管路4個(gè)部分組成。

注水管路可在車體的兩側(cè)對稱設(shè)置，利于車體兩側(cè)注水，管路通常采用DN20不銹鋼鋼管。

供水管路是指連接各用水設(shè)備的管路，要求設(shè)計(jì)時(shí)要做好固定，防止接頭松動(dòng)漏水，管路通常采用DN15不銹鋼鋼管。

連通管路設(shè)置在水箱的下部，用于連接多個(gè)水箱，管路通常采用DN25不銹鋼鋼管。

空氣管路是指設(shè)置在水箱的上表面用于水箱之間的空氣連通管路和水箱的溢水管路，管路直徑一般不能小于注水管路，通常采用DN20不銹鋼鋼管。

終上所述，結(jié)合供水管路的設(shè)計(jì)要求，本批次貨物守車的供水系統(tǒng)由注水、溢水和供水管路及各種管件組成，材質(zhì)均采用不銹鋼，注水管及溢水管直徑選用DN20，供水管直徑選用DN15。所采用的不銹鋼鋼管規(guī)格如表2所示。

表2 供水系統(tǒng)常用不銹鋼鋼管規(guī)格 mm

2.4 水位顯示裝置設(shè)計(jì)

水位顯示裝置應(yīng)能準(zhǔn)確地顯示出水箱的儲水水位，方便乘車人員了解水箱水位，及時(shí)為水箱加水。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)力求選取結(jié)構(gòu)簡單、拆換方便且性能可靠的水位顯示裝置[4]。

本批次貨物守車采用水位計(jì)觀察水箱當(dāng)前儲水量。

2.5 上水裝置設(shè)計(jì)

本批次貨物守車的上水接頭根據(jù)客戶要求選用TB/T 112-1974 B型錐形接頭，錐形接頭與注水管路之間采用G1-G3/4的轉(zhuǎn)換接頭連接。錐形接頭端部設(shè)有防護(hù)套，接頭注水完成后插入防護(hù)套以防水質(zhì)受到污染。

2.6 排水裝置設(shè)計(jì)

該車各用水設(shè)備是直接將生活用水排到車外。在進(jìn)行排水口位置設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到排到車下的生活用水可能會(huì)沖流到車下設(shè)備，將各設(shè)備的排水口位置設(shè)計(jì)得盡可能低，同時(shí)將其端部固定。

3 供水系統(tǒng)防冷凝水設(shè)計(jì)

貨物守車根據(jù)其運(yùn)用環(huán)境的差異，對其供水系統(tǒng)的防護(hù)要求也各不相同。當(dāng)貨物守車的運(yùn)用環(huán)境溫度較低時(shí)，需對水箱進(jìn)行加熱保溫處理；當(dāng)貨物守車的運(yùn)用環(huán)境溫度較高時(shí)，需對水箱進(jìn)行防冷凝水處理。

考慮到本批次貨物守車的運(yùn)用環(huán)境年平均氣溫為26 ℃～27 ℃，故需對水箱及管路外表面做防冷凝水的處理，防止冷凝水的產(chǎn)生。在水箱及管路外表面包裹防止產(chǎn)生冷凝水的防寒材，防止產(chǎn)生冷凝水對車輛內(nèi)設(shè)施造成破壞。

4 結(jié)語

本文采用自重供水方式，對出口某國貨物守車供水系統(tǒng)進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)，有效地保證了該類車輛的供水系統(tǒng)的使用性能，增強(qiáng)了守車在運(yùn)行過程中的舒適性，給企業(yè)帶來了更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。