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铁路冷藏货车基础技术发展研究

2015-02-10 来源:《世界轨道交通》杂志
本文摘要:随着铁道部机构改革,大交通部的成立,我们感觉到,突破以部门一己之力解决的思路,整体解决我国冷藏运输的时机已经成熟。当前做好深入细致工作,并在充分进行需求分析基础上进行顶层设计,确定顶层指标与要求,规划构建铁路冷藏运输技术体系;对各系统进行研究,研究系统技术要求,各系统之间的接口关系,并在开展技术攻关基础上,进行工程化实施。
 
  上世纪九十年代以来,由于运输组织及运输工具不能适应市场需求的变化,铁路冷藏运量跌入低谷,冷藏车保有量锐减,铁路冷藏运输几乎不再有产业意义。
 
  近二十年来,大量专家、学者从不同角度做了分析探讨,提出了一些方案试图打破发展僵局;原铁道部也在一个相当长时期内殚精竭虑,希望从体制修理、运用模式改进及运载工具改良方面探出一条发展之路。所有的理论和实践应该说都没有取得希望的成果,铁路冷藏运输在朝出局方向继续滑落。
 
  铁路冷藏运输遇阻原因何在?发展之路在哪里?
 
  随着铁道部机构改革,大交通部的成立,我们感觉到,突破以部门一己之力解决的思路,整体解决我国冷藏运输的时机已经成熟。
 
  当前做好深入细致工作,并在充分进行需求分析基础上进行顶层设计,确定顶层指标与要求,规划构建铁路冷藏运输技术体系;对各系统进行研究,研究系统技术要求,各系统之间的接口关系,并在开展技术攻关基础上,进行工程化实施。
 
  同时,冷藏车赖以发展的基础技术有许多不同于客货车,许多基础技术来源于其它行业技术,在运用于冷藏车时又有自己的特点,需要在进行市场需求分析的同时预作研究,将技术的适用性研究透,以避免上世纪末发展单节冷藏车时,许多不成熟技术的引入给后期运用带来问题,阻碍产品的顺利推广。
 
  有关产品需求及顶层分析将另文分析,本文重点探讨冷藏车基础技术及其发展思路。
 
  冷藏车基础技术源流回顾
 
  我国冷藏车技术发展有一个相当长的历史过程,其基础技术有一个当时较有实力的团队支撑。其中核心技术由原武昌车辆厂主导,形成一个较有实力的研究团队,当时也是湖北制冷业技术上的中心之一。西安电子学院研发控制技术;上海柴油机厂研发柴油发电系统;与铁道科学研究院、西南交通大学合作研发转向架;与四方车辆研究所合作,依托亚洲最大,技术含量最高的青岛整车热工试验室开展车体隔热性能检测与研究。此外,长沙铁道学院、上海铁道学院、华中工学院等也大量参与冷藏车技术研究。冷藏车由于技术含量远高于当时机客车和货车,发展过程中吸引了大量优质技术资源的参与,得到较快较好的发展。
 
  上世纪九十年代后,机客车等得到跨越式发展,而冷藏车则由于市场的巨大变化崩溃式下滑,在此过程中原来形成的技术力量也星散。以至于在发展单节车、冷藏集装箱和气调车等新型冷藏载运工具时,由于基础技术研究的不足,在迫切希望突破时,反遭雪上加霜。有感于此,希望冷藏车基础技术快速得到突破和整合,并在此基础上发展新一代铁路冷藏载运工具。
 
  冷藏车基础技术分析
 
  预冷及补冷技术研究
 
  冷藏运输的一个基础就是货物的预冷,水果和蔬菜的未预冷运输时的热负荷非常大,其田间热在总负荷中超过50%,呼吸热在总负荷中超过30%。未预冷运输,既易造成货物运输过程中腐烂变质,又常常在运输时被迫限量装载。
 
  典型的如美国开利公司大凤凰机组,在美国采用单台用于机冷车和公路半挂车,运用情况非常好,但在国内机冷车试用时,用户单位普遍反映冷量不足。调查显示,根本原因在于,装运未预冷货物需要的制冷时间和制冷量要远远高于预冷货物。
 
  我国铁路冷藏运输中发展过程的一个误区就是大量货物,特别是水果和蔬菜的未预冷运输。其最大的弊病一是由于极大的提高了运输成本,降低了冷藏运输的经济效益;二是提高了对承运工具的要求,使多种承运工具的发展受到限制;三是不利于快捷运输的发展。
 
  开展预冷及补冷技术研究,根本解决货物运输的预冷难题,是冷藏运输有序健康发展的一个重要基础。
 
  货物车隔热性能及其实现技术
 
  开展隔热材料、材料填装模式、材料厚度等与K值的研究,实现技术性与经济性结合,为不同承运工具选择做好基础性研究,是发展机冷车、无冷源隔热车等的技术基础,是节能最重要的保证。
 
  目前,填装、喷涂发泡、夹心结构发泡预制件均为实现隔热性要求的主要工艺及实施手段。在此基础上的技术改良措施也不断出现。所以,分析各因素对传热系数和隔热层厚度的影响趋势与影响程度,对影响冷藏车传热系数的因素进行全面系统的分析,建立传热系数与隔热层厚度的优化计算模型,计算采用最优传热系数和隔热层厚度时的技术性能与经济效益,从而确定最优传热系数和隔热层厚度这些冷藏车的顶层设计指标与要求。
 
  各种制冷剂运用技术及机组研制
 
  制冷剂性能直接影响到制冷装置是否安全、有效和经济地工作,故需要从制冷剂热力学性质、物理性质、化学性质、生理性性质等方面分析,合理选择和正确使用。
 
  制冷机组在不同工况下产冷量差值不应过大,能满足承运温度的要求。标准工况下与最大压差工况下产冷量差值太大,对我国气温条件不适应,不利于冷藏运输的开展。
 
  通风、换气技术研究
 
  承运工具温度均匀性是通过通风系统实现的,既有车通风系统有单机单侧送风、双机单侧送风、双机双侧送风等,均存在一些问题。特别是双机双侧送风在单机运行时的均匀性更是难以保证。通风、换气技术是必须研究解决的重要技术难题。
 
  转向架性能及其对机电产品适配性研究
 
  承运工具转向架在满足机电产品,特别是制冷机组冲击振动性能要求下,尽可能简单经济。在上世纪,由于选择性小,主型转向架Z8性能不能满足机冷车需要,故采用在客车两系转向架基础上改进的转向架用于机冷车,成本较高。随着K5、K6等较高品质转向架的成功研制,其大部分性能已能满足机冷车的需求。在此基础上改进,使其适用于机冷车,不仅可以大幅降低车辆的制造成本,还能有效降低车辆自重,提高货物载重。
 
  在提高转向架性能同时,也要研究冷藏车载机电设备的防振性,特别是仪器仪表的防振结构措施。
 
  堆码及货物二次保温技术研究
 
  装载方式对易腐货物的运输质量有重要的影响,应在技术发展基础上完善《铁路货物运输规程》、《铁路货物装载加固规则》的相关规定,选择合理的装载与加固方法,保证车内有良好的空气循环贯通通道,使货物在运输全过程中处于适宜的温度场;选用合适的加固材料,保证货物重量均衡、稳定、合理地分布在车地板上,不超载、偏载,不集重、偏重;能够经受正常调车作业以及列车运行中所产生各种力的作用,在运输全过程中,不发生移动、滚动、倾覆、倒塌或坠落等情况,以保证货物运输安全。
 
  车辆供电技术(整流、逆变及自发电技术)
 
  由于部分冷藏货物运输短期内尚不能取消人员押运,在没有稳定电源供应情况下,由自发电装置(如车轴发电机)、电瓶、整流器及逆变器组成的小容量电源供应系统就显得很重要了,目前国内所需容量(2KVA)下的器件均没有成熟稳定的产品,需要预作研究。
 
  制冷机组快速维修技术
 
  国外机冷车在采用预冷基础上,多采用一台机组的配置。但这是建立在机组高可靠性及地面快速维修基础上的。
 
  由于制冷机组占车辆成本比例高,采用一台机组可以大幅度降低成本,而且利于风道设计,便于车辆保持高性能状态。但需要有完善的维修机制和货物预冷制度匹配,以最大限度降低运用风险。
 
  部件标准化要求
 
  车辆、机组及机电配件等力求标准化、系列化与通用性,使承运工具在不同编组条件下有较好的通用性。有利于一定时期的生产与维修的相对稳定,为发展系列车型创造条件。
 
  总之,路冷藏运输体系的建立,应预先研究解决冷藏运输中的基础技术。这样,一旦解决了市场问题,可以迅速发展承运工具,有效占领并扩大市场。
 
  作者 王高 南车长江车辆有限公司
 

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铁路冷藏货车基础技术发展研究

《世界轨道交通》杂志

 
  上世纪九十年代以来,由于运输组织及运输工具不能适应市场需求的变化,铁路冷藏运量跌入低谷,冷藏车保有量锐减,铁路冷藏运输几乎不再有产业意义。
 
  近二十年来,大量专家、学者从不同角度做了分析探讨,提出了一些方案试图打破发展僵局;原铁道部也在一个相当长时期内殚精竭虑,希望从体制修理、运用模式改进及运载工具改良方面探出一条发展之路。所有的理论和实践应该说都没有取得希望的成果,铁路冷藏运输在朝出局方向继续滑落。
 
  铁路冷藏运输遇阻原因何在?发展之路在哪里?
 
  随着铁道部机构改革,大交通部的成立,我们感觉到,突破以部门一己之力解决的思路,整体解决我国冷藏运输的时机已经成熟。
 
  当前做好深入细致工作,并在充分进行需求分析基础上进行顶层设计,确定顶层指标与要求,规划构建铁路冷藏运输技术体系;对各系统进行研究,研究系统技术要求,各系统之间的接口关系,并在开展技术攻关基础上,进行工程化实施。
 
  同时,冷藏车赖以发展的基础技术有许多不同于客货车,许多基础技术来源于其它行业技术,在运用于冷藏车时又有自己的特点,需要在进行市场需求分析的同时预作研究,将技术的适用性研究透,以避免上世纪末发展单节冷藏车时,许多不成熟技术的引入给后期运用带来问题,阻碍产品的顺利推广。
 
  有关产品需求及顶层分析将另文分析,本文重点探讨冷藏车基础技术及其发展思路。
 
  冷藏车基础技术源流回顾
 
  我国冷藏车技术发展有一个相当长的历史过程,其基础技术有一个当时较有实力的团队支撑。其中核心技术由原武昌车辆厂主导,形成一个较有实力的研究团队,当时也是湖北制冷业技术上的中心之一。西安电子学院研发控制技术;上海柴油机厂研发柴油发电系统;与铁道科学研究院、西南交通大学合作研发转向架;与四方车辆研究所合作,依托亚洲最大,技术含量最高的青岛整车热工试验室开展车体隔热性能检测与研究。此外,长沙铁道学院、上海铁道学院、华中工学院等也大量参与冷藏车技术研究。冷藏车由于技术含量远高于当时机客车和货车,发展过程中吸引了大量优质技术资源的参与,得到较快较好的发展。
 
  上世纪九十年代后,机客车等得到跨越式发展,而冷藏车则由于市场的巨大变化崩溃式下滑,在此过程中原来形成的技术力量也星散。以至于在发展单节车、冷藏集装箱和气调车等新型冷藏载运工具时,由于基础技术研究的不足,在迫切希望突破时,反遭雪上加霜。有感于此,希望冷藏车基础技术快速得到突破和整合,并在此基础上发展新一代铁路冷藏载运工具。
 
  冷藏车基础技术分析
 
  预冷及补冷技术研究
 
  冷藏运输的一个基础就是货物的预冷,水果和蔬菜的未预冷运输时的热负荷非常大,其田间热在总负荷中超过50%,呼吸热在总负荷中超过30%。未预冷运输,既易造成货物运输过程中腐烂变质,又常常在运输时被迫限量装载。
 
  典型的如美国开利公司大凤凰机组,在美国采用单台用于机冷车和公路半挂车,运用情况非常好,但在国内机冷车试用时,用户单位普遍反映冷量不足。调查显示,根本原因在于,装运未预冷货物需要的制冷时间和制冷量要远远高于预冷货物。
 
  我国铁路冷藏运输中发展过程的一个误区就是大量货物,特别是水果和蔬菜的未预冷运输。其最大的弊病一是由于极大的提高了运输成本,降低了冷藏运输的经济效益;二是提高了对承运工具的要求,使多种承运工具的发展受到限制;三是不利于快捷运输的发展。
 
  开展预冷及补冷技术研究,根本解决货物运输的预冷难题,是冷藏运输有序健康发展的一个重要基础。
 
  货物车隔热性能及其实现技术
 
  开展隔热材料、材料填装模式、材料厚度等与K值的研究,实现技术性与经济性结合,为不同承运工具选择做好基础性研究,是发展机冷车、无冷源隔热车等的技术基础,是节能最重要的保证。
 
  目前,填装、喷涂发泡、夹心结构发泡预制件均为实现隔热性要求的主要工艺及实施手段。在此基础上的技术改良措施也不断出现。所以,分析各因素对传热系数和隔热层厚度的影响趋势与影响程度,对影响冷藏车传热系数的因素进行全面系统的分析,建立传热系数与隔热层厚度的优化计算模型,计算采用最优传热系数和隔热层厚度时的技术性能与经济效益,从而确定最优传热系数和隔热层厚度这些冷藏车的顶层设计指标与要求。
 
  各种制冷剂运用技术及机组研制
 
  制冷剂性能直接影响到制冷装置是否安全、有效和经济地工作,故需要从制冷剂热力学性质、物理性质、化学性质、生理性性质等方面分析,合理选择和正确使用。
 
  制冷机组在不同工况下产冷量差值不应过大,能满足承运温度的要求。标准工况下与最大压差工况下产冷量差值太大,对我国气温条件不适应,不利于冷藏运输的开展。
 
  通风、换气技术研究
 
  承运工具温度均匀性是通过通风系统实现的,既有车通风系统有单机单侧送风、双机单侧送风、双机双侧送风等,均存在一些问题。特别是双机双侧送风在单机运行时的均匀性更是难以保证。通风、换气技术是必须研究解决的重要技术难题。
 
  转向架性能及其对机电产品适配性研究
 
  承运工具转向架在满足机电产品,特别是制冷机组冲击振动性能要求下,尽可能简单经济。在上世纪,由于选择性小,主型转向架Z8性能不能满足机冷车需要,故采用在客车两系转向架基础上改进的转向架用于机冷车,成本较高。随着K5、K6等较高品质转向架的成功研制,其大部分性能已能满足机冷车的需求。在此基础上改进,使其适用于机冷车,不仅可以大幅降低车辆的制造成本,还能有效降低车辆自重,提高货物载重。
 
  在提高转向架性能同时,也要研究冷藏车载机电设备的防振性,特别是仪器仪表的防振结构措施。
 
  堆码及货物二次保温技术研究
 
  装载方式对易腐货物的运输质量有重要的影响,应在技术发展基础上完善《铁路货物运输规程》、《铁路货物装载加固规则》的相关规定,选择合理的装载与加固方法,保证车内有良好的空气循环贯通通道,使货物在运输全过程中处于适宜的温度场;选用合适的加固材料,保证货物重量均衡、稳定、合理地分布在车地板上,不超载、偏载,不集重、偏重;能够经受正常调车作业以及列车运行中所产生各种力的作用,在运输全过程中,不发生移动、滚动、倾覆、倒塌或坠落等情况,以保证货物运输安全。
 
  车辆供电技术(整流、逆变及自发电技术)
 
  由于部分冷藏货物运输短期内尚不能取消人员押运,在没有稳定电源供应情况下,由自发电装置(如车轴发电机)、电瓶、整流器及逆变器组成的小容量电源供应系统就显得很重要了,目前国内所需容量(2KVA)下的器件均没有成熟稳定的产品,需要预作研究。
 
  制冷机组快速维修技术
 
  国外机冷车在采用预冷基础上,多采用一台机组的配置。但这是建立在机组高可靠性及地面快速维修基础上的。
 
  由于制冷机组占车辆成本比例高,采用一台机组可以大幅度降低成本,而且利于风道设计,便于车辆保持高性能状态。但需要有完善的维修机制和货物预冷制度匹配,以最大限度降低运用风险。
 
  部件标准化要求
 
  车辆、机组及机电配件等力求标准化、系列化与通用性,使承运工具在不同编组条件下有较好的通用性。有利于一定时期的生产与维修的相对稳定,为发展系列车型创造条件。
 
  总之,路冷藏运输体系的建立,应预先研究解决冷藏运输中的基础技术。这样,一旦解决了市场问题,可以迅速发展承运工具,有效占领并扩大市场。
 
  作者 王高 南车长江车辆有限公司