铁路客车节能环保的设计研究

李千千

李千千

中国中车唐山机车车辆有限公司河北唐山064000

摘要：随着我国铁路运输体系的不断扩大,将绿色节能环保理念全面贯彻到铁路发展中已成为必不可少的重要工作。只有确保当代铁路客车得到有效的节能环保设计,才能在节能减排、降低能源消耗的同时,实现中国铁路运输体系的可持续发展,从而为社会创造更大的经济服务效益。

关键词：铁路客车；节能环保；设计

1铁路客车节能环保研究现状

几十年来，中国一直致力于铁路机车牵引系统结构的改造升级，从过去落后且能耗巨大的蒸汽机车，逐渐转变为新型内燃、电为机车。牵引系统结构的升级促使能源消耗结构也发生了相应的变化，由以煤碳为主发展为目前以用电和油为主。我国的电气化铁路发展起步较早，１９６１年，我国首条电气化铁路宝凤铁路交付运营，线路全长为９１公里；随后，至２０１１年年底，我国电气化铁路的营业里程达到了４．６万公里。早在１９９９年，铁道部就己经颁布《铁路节能技术政策》，并于２００６年开始执斤。我国地铁、动车与高铁基本为铅合金车体，少量采用不诱钢车体，从而降低了列车重量；且动车与高铁前端都为流线型设计，减少了运行阻力；普通客车也正在积极实现轻量化，减振降噪采取整车喷涂阻尼浆的方式。Ｗ上都是我国铁路运输业向着节能环保型发展的有力措施。马超云等认为列车充分利用惰行能够有效控制其运行能耗，科学合理的选择惰行点能够有效降低列车运行能耗Ｐ９Ｌ王奇钟等分析了列车运行过程中的机械功的组成Ｗ及转化规律，并提出了科学合理调节运行速度从而减少制动的列车节能操纵具体方法ＷＷ。金炸东等将列车节能优化计算过程划分为局部与整体两步实施，局部优化中运用神经网络技术对数据进行处理，得到运行能耗与时间的函数关系，然后运用遗传算法对节能操纵进行全局优化，以得到列车在整条线路上的运行时间的最佳分配方案。针对电力牵引的重载列车进行了优化操纵行为研究，借助模糊控制逻辑控制器来预测列车未来的运行状态，然后对预测结果进行反复的优化，最终达到节能降耗的目的Ｔ勇等对基于目标速度的列车控制策略Ｗ及专家控制原则进行了深入的研究，提出列车在启动时应尽量采用最大牵引力进行牵引，列车制动前应先使其惰行Ｗ降低速度，在列车制动时应较大的制动力进行制动。几十年来，我国自上而下对铁路节能降耗进行了深入的改革，显示了我国铁路车辆节能降耗的决屯、，且已取得了显著的成果，对接下来进一步提升能源利用率、推进节能降耗的工作的逐步实施奠定基础。

2铁路客车内装系统的节能环保设计

2.1设计原则

所谓客车内装系统的节能环保设计原则是指:通过合理选择材料,将内装系统结构进行优化,使客车在满足节能环保设计条件的同时,实现轻量化与隔热性能的有效增加,以此实现节能减排的目的。在我国科学技术日益更新的背景影响下,近年来,诸多优秀的新型材料不断面世,其中许多具备优质性能的材料都在建设节能环保铁路客车的过程中得到了有效应用。

2.2常见的内装系统能源消耗

由于客车内装系统与客车节能环保设计之间具有关联性,因此在满足基本要求的同时,还应做到有效降低能源消耗,以此实现绿色节能环保的设计目标,常见的客车内装系统能源消耗包括以下几个方面:(1)客车启动与运行时造成的制动能源消耗与阻力消耗;(2)客车运行过程中,内装系统所包含的空调、照明以及电热器等能源消耗;(3)在客车维护的过程中产生的成倍消耗。减少上述三个方面的能源消耗是铁路客车内装系统节能环保设计的重点。

2.3内装系统轻量化的方法

随着材料科学的迅猛发展，很多性能优越的新材料被研究开发出来，而复合材料就是其中的代表。利用不同材料在性能上互相取长补短，能够产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，其有以下优点：１）轻质高强节能。复合材料有着较高的比强度（材料的抗拉强度与模量及密度的比值，又称作强度－重量比）和比模量（单位密度的弹性模量），先进的复合材料的相对质量密度一般在１．１５-２．１之间，只有普通碳钢的１／5-１／４，而机械强度却达到或超过普通碳钢的水平，几种典型复合材料与常用金属材料的性能对比如下表４．５所示。复合材料强度和弹性模量高，起到很好的承载作用，可Ｗ作为承载结构，同时因为其高比强度和比模量，导致其重量很轻，对铁路客车的轻量化节能环保具有重要的作用。２）安全节能。复合材料有着较高的疲劳强度和较低的缺口敏感度，因此其安全性很高。承载结构失效，很多是因为动态承载结构件超过了疲劳强度而致使其破坏，而复合材料的耐疲劳性能非常好，金属材料的疲劳强度只有其抗拉强度的３０-５０％，而复合材料的疲劳强度可Ｗ达到其抗拉强度的７０-８０％，甚至会更高。

3电气系统的节能环保设计

3.1设计原则

对电气系统展开节能环保设计的主要目的是为了有效降低客车电能的损耗,通过减少污染排放与不可再生能源的消耗,以此实现真正的节能环保。电气系统的节能环保设计原则可归纳为以下几个方面:(1)不盲目的增加节能环保设计成本,不牺牲当下铁路运输中存在的客车;(2)不随意减少客车系统中与乘客舒适度与运行安全等有关的功能。综上所述,有关电气系统的节能环保设计,应严格遵循“可行可靠、循环利用”等合理原则,在实现电气系统有效优化的同时,加强对新型环保技术与材料的应用,从各个发展方向加强对电气系统节能环保设计的研究。

3.2设计方法

根据相关实践表明,使用逆变并联供电技术能够有效提高客车交流供电冗余度,以此实现对逆变电源故障率的有效降低。通过使用逆变器,能够实现电流的同步输出,同时能够将低压电流与高压电流之间的电气进行隔离,在最大程度上提高了铁路客车电气系统的使用安全性,具有较高的现实意义。

现阶段我国铁路客车所采用的空调属于传统定速空调,该类空调具有电流冲击较强、能源消耗较大等特点,导致车体内部温度无法顺利调控,在必要的时候甚至需要重启,在造成巨大能源消耗的同时,还会降低乘客乘坐的舒适度。随着我国铁路运输体系的不断完善,空调已成为了证明铁路客车功能完整性的重要部分,但由于空调装置在运行过程中会产生较大的能源消耗,因此,如何确保空调自身作用得到充分发挥的同时实现节能环保,已成为当代铁路建设管理部门需面对的重要工作。目前,我国部分铁路客车已逐渐实现对空调装置的节能环保设计。

随着各项技术的不断发展,近年来,LED照明被广泛应用到铁路客车电气系统的节能环保设计中。相较于传统的荧光照明灯,LED照明具有电源效率高、使用寿命长、发光率光、无污染、显色指数高、不合汞等优势。

4制动系统的节能环保设计

4.1设计原则

制动系统作为铁路客车运行系统中的重要部分,要想实现铁路客车的安全运行,就必须确保制动系统的设计具备合理性与可靠性。根据相关研究报道表明,一般情况下,铁路客车的使用寿命通常在30年左右,而制动系统作为维持客车正常运行的核心,若在运行过程中发生故障便会严重影响客车整体的运行。因此,将维护性原则作为制动系统的节能环保设计重点是确保客车后续正常运行的关键。

4.2设计方法

制动系统的本质,是为了将铁路客车的动能进行有效转化。现阶段,国内外针对铁路客车节能环保的设计,大多数是站在能源回收的角度考虑,因此,再生制动能量回收技术被广泛应用于制动系统的节能环保设计中。

结论

随着中国铁路车辆规模日益庞大，为实现绿色交通，达到节能减排、智能控制的目的，关于如何减少列车能源消耗、实现车辆绿色环保是当下亟待解决的且具有深远意义的重要的课题。铁路系统的节能环保涉及的内容十分广泛，所包含的项目也十分庞大是一个系统工程，正因如此，若能从根本上实现节能降耗，将会产生巨大的化会效益及经济效益。

参考文献：

[1]周新军.铁路节能现状及技术改进路径[J].铁道工程学报，2008,11:1-5.

[2」纪育民.国外铁路机车车辆的节能途径[J].铁道科技动态，2017,24:17-18.