PK型客车空调预热器研制

　　PK型客车空调预热器研制曹亦清（同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海200331）PK型空调预热器的特点、技术设计、相关试验，并对批量生产后生产和推广应用PK型空气预热器应重视的关键质量问题以及交验应统一标准等提出了有益的建议PK型客车空调预热器（原型号为BR型）系由原上海铁道大学1997年开始研制，2001年1月1日起推广应用的新型预热器（见）其电热原件采用了与以往电热管型完全不同的具有自动限流恒温发热性能的PTC发热元件PK型空调预热器1新型客车空调预热器研制的必要性1997年以前，我国客车的空调机组基本上都采用电热管型的空气预预热器，即以合金电热丝作发热体，以金属管为散热外壳，其主要缺点是：安全性差。因电热丝有明火，发热温度高（500），一旦保护回路发生故障，风机停转，空调机罩内温度急剧升高，电热管过热发红，国内己有2次引发客车火灾事故的教i训原铁道部车辆局和各路局车辆处都曾为此发过电报因此，为防止引发火灾，确保客车安全，目前，电热管型的空调预热器各路局基本上都停用了。而北方路局为了弥补空调预热器停用后的制热量不足，有的又在客室的座位底下或卧铺底下多加装了1套侧壁取暖器（300W和500W各11个，共88kW），需加费用约10000多元据报道，PTC元件制成的电预热器，国外己在1975年实现商品化，被广泛用于各种干燥机、热风机、空调机辅助电预热等，日本还应用于新干线的列车取暖，它有如下特点：安全性高，无明火，能自动限流恒温发热当保护回路风机发生故障时也不会引发火灾，这对客车的安全防火来说，意义特别重大由于担心过热的危险，故现用电热管型空调预热器的功率己受限制，从原来的12kW降为9kW，从9kW降为61W，而采用PTC元件的PK型客车空调预热器可根据制热量需要制成功率12kW和9 kW，以保证严寒地区客车冬季采暖的需要。

　　采用PK型客车空调预热器后，可加进入客室的新风，加大换气量，大大改善客车车厢的空气质量，从而提高舒适度和旅客的满意度寿命长，比电热丝寿命提高1倍以上（超过因此，研制开发新型PTC元件的客车空调预热器，并装车进行运用考验，以期成为客车空调预热器的新型换代安全产品是非常必要的。

　　2客车PK型空调预热器的技术设计21客车用PTC电预热器与家用PTC暖风机不同之处年己实现商品化，日本己用于新干线的列车取暖。而我国80年代以来PTC元件也己广泛用于家用暖风机、空调机辅助电预热等，但未用于列车采暖，分析其原因，客车取暖与家用暖风机在以下几个问题上有明显不同之处：绝缘问题：家用暖风机由于外罩是工程塑料，罩上网眼较小或内衬金属网，而发热条（PTC片与散热条的组成）均带电，但塑料外壳是绝缘的，因此对家庭使用还是安全的。但客车空调预热器机架是金属不锈钢的，虽因空调预热器在车顶空调机组内运行时无人接近，但发热条*好不带电，如若带电，则必须与机架绝缘良好，且有防护网罩进行隔离保护i现根据空调机厂和客车厂的要求，都做到了发热条不带电振动、冲击问题：家用PTC暖风机是静止使用，而客车上的空调预热器则要求能承受部批技术条件规定的列车正常运行（<200km/h）时的振动、冲击条件，因而在设计上应尽量减少螺栓连接，并应采取防松措施再则，PTC发热元件与散热条一般采用胶接，为了防止受振动、冲击后脱胶而影响功率衰减，故在样机制作时同时采用了机械压紧的措施从运用考验情况来看，PK型空调预热器能适应客车运行中受振动冲击的工况。

　　22研制中考虑的几个技术关键问题221居里温度的合理选择由PTC预热器散发的热量P（W）由下式给出：根据专家分析，时效变化（功率衰减）的主要原因是PTC元件本身的质量以及与电极间的有机硅粘接剂长期受高温后老化引起的。故可从合理选择居里温度，改进PTC元件与电极的粘接工艺以及装配方法等方面来减少时效变化，并采用出厂时功率取上公差的办法，这样在整个寿命期内（约6000h），可控制功率衰减在13%左右。现部批技术条件规定：新品出厂时功率偏差应在th15%范围内，可以满足使用要求2 25重视发热、导热和散热结构的设计大PTC元件的发热面积在PK型空调预热器设计中，为了大发热面积，又便于整修时清洗，故对散热条的断面尺寸和片距作了精心的选择，既大散热系数C，提高发热量，又利于清洗大散热器（条）与空气的热交换量PTC预热器在风吹条件下，其散热系数C由的散热条，其散热条总面积达36300cm2提高PTC元件对散热器（条）翅片的传热量。

　　在设计PK型空调预热器时，选择了热阻小（导热性好）的铝质电极板、导热板（基板）和散热条，并选用了绝缘性能高且导热好的军工用合成树脂薄膜以代替人造云母片。同时，保证散热条上下底板与翅片的钎焊质量，确保使用期内不脱焊，并采用机械压紧PTC元件与散热条。另外，同样的PTC元件，在有风吹时发出热量P（即功率）比无风时大因此，只要改善提高散热系数C的3种途径，同样可得较高的散热系数Co 3有关的试验研宄31客车空调机组风机故障模拟试验PK型空调预热器2台样机曾委托上海哈格诺克冷气机有限公司利用试验台进行试验检测，同时在地面进行了风机故障的模拟试验，将空调预热器放在空调器罩内，使过热保护装置不起作用，风机停转，通电15h后，罩内温度从23*C上升到108*C后不再升高。此时功率己从稳态功率的10142kW降为2156kW，仅为2126%打开顶盖后，罩内的保温材料（能耐140*C左右）完好无损，无异味试验结果说明，使用PK型空调预热器即使保护回路风机发生故障时也不存在引发火灾的危险这是由于风机停转后，散不出热，PTC元件自身温度升高，使电阻跃，电流剧减，功率下降，发热量大减，达到热平衡后保持罩内温度不再升高。故可有效防止目前使用电热管型空调预热器因风机发生故障易引发客车火灾的事故这一特性对客车的安全防火意义特别重大32各种电热元件的客车取暖器对比试验根据部装车电报要求，1999年1月14日一15日，铁道部产品质量监督检验中心通信信号检验站对现有装车的各种发热元件（PTC、电热膜和电热管）的客车电取暖器进行升温对比试验测试，从检测结果可知，在相同车型、功率基本相同的条件下通电30mn，则客室平均升温速率PTC（发热元件）达到0 /m剪电热管型为0137Cmin，而电热膜型为0120cmin；稳态总功率三者依次为10481kW、9 515kW.故稳态功率电热膜型*大，而PTC型居中；升温速率PTC型*高，电热膜型反而*低，这是由于PTC元件初始启动功率大，发热快，故升温快。

　　33PTC元件寿命耐久试验为研究PTC元件时效变化问题，将一台功率300W的PTC元件取暖器连续通电达9 300h以上进行寿命耐久试验，并观察它的时效变化规律根据试验可看到，通电1000h以内其时效变化较大（功率衰减快，下降了约9%），然后变化减慢，通电3000h后基本稳定，到通电时间超过6000h（即设计寿命）衰减约13%左右；超过9 300h则功率衰减约16% 34PK型空调预热器冲水试验为模拟车辆段每年整修时冲水工况我们曾将PK型空调预热器1台样机进行冲水后立即通电试验（散热器和PTC电极都滴水），未发生短路等故障，工作正常，并可见到通电预热后水蒸发成蒸气上升的现象35装车运用试验研制的2台PK型空调预热器样机经检测合格后，于1997年11月21日通过了部级专家技术审查，同意装车运用考验1998年3月装车试运于上海车辆段配属的沪成线381/382次YW25G69899号车，同年12月又将1台改进型PK型预热器装车于YW2s；69910号车进行运用考验，从1998年10月至1999年3月底完成了1个取暖期的运用考验，受到车辆段和旅客的好评。部运输局、科技司于1999年5月4日以195号电报决定客车空调机组用空气预热器允许采用上海铁道大学研制的PK型空气预热器接着在上海铁路局车辆处的支持下，于1999年12月PK型空调预热器装车10辆12台（原永安车辆段厦门客车分段配属的107/108次），进行扩大装车运用考验，2000年3月份运用考验结束，取得了满意的运用结果4结论与建议PK型客车空调预热器由于具有可靠的安全防火性，可有效防止现用电热管型空气预热器因风机故障而易引发客车火灾的危险，消除了事故隐患；能加大功率，解决严寒地区采暖需要；能改善客车空气质量，从而提高舒适度和旅客满意度；同时，还有升温快，寿命长等优点，是电热管型空气预热器的理想替代产品从装车2个取暖期约2000h的运用考验情况看，PK型空调预热器工作正常，升温快，热效率高，未发现异常，取得了满意的取暖效果。因此，于2000年6月通过了部科技司主持的部级鉴定，同意批量推广应甩根据铁道部运装客车303号文通知，从2001年1月1日起全路推广应用，以替代电热管型空气预热器。但是，新产品在样机装车和小批量扩大装车运用考验时，往往容易控制质量，而在批量推广应用时，如不注意全面质量控制，则往往会发生新的质量问题因此，根据笔者在研制过程中的实践经验以及*近在PK型空调预热器生产厂了解的情况，提出以下几点具体建议：预热器的关键发热元件，其性能和质量将决定整机的性能和质量主要应控制好：耐压应不小于600V（―般家用PTC预热器耐压约400V），课题研制过程发现，耐压低，容易击穿而造成短路故障，也影响安全铁路车辆油压减振器优化设计王奇（戚墅堰机车车辆工艺研究所，江苏常州213011）器优化设计模型和设计原理1概述油压减振器是铁路车辆减振的重要部件长期以来，由于我国铁路车辆运行速度很低，减振器对其运行品质影响不明显，因此，对油压减振器的技术研究没有引起足够重视，其设计工艺水平停留在国外20世纪三四十年代的水平。

　　随着我国铁路运行速度的不断提高，高性能、高可靠性的油压减振器对改善车辆运行品质，提高车辆安全、舒适性将发挥越来越大的作甩研究开发运用于铁路提速车辆的新型油压减振器己迫在眉睫。

　　优化设计技术随计算数学和计算机技术的发展在20世纪80年代迅速发展，在各领域得到了广泛应用。

　　同样，将优化设计技术用于铁路车辆油压减振器的设计，不仅能缩短产品的设计开发周期，降低设计成本，还可以提高产品的性能和可靠十性2优化设计数学模型设计是复杂的多解的问题，经分析综合后可得出多种设计方案，但往往所有的方案中并不都是十全十美的，各有各的优缺点。因此，必须对各种方案进行综合评价，优化设计方案其优化设计的基本数学模型为：3减振器优化设计模型31减振器设计参数在优化设计中设计变量可以是连续的，也可以是冲击电流应控制在部批技术条件规定的不得超过额定电流的15倍。

　　功率衰减要求在使用寿命6 000h以内功率衰减不超过15%，以确保其使用寿命期内正常发热居里温度。应满足无风情况下发热元件表面*高温度不得超过240*C要求（2）认真做好发热条（PTC发热元件与散热条的组成）的选配和整机调试，今年批量装车的PK型空调预热器是由2排各3组发热条组成，这6组发热条的选配组合关系到整机的功率偏差和三相电流不平衡度，这是目前生产厂向用户（冷气机厂和客车厂）交验时*容易超差的2个问题由于组装出厂后在现场交验时如不达标再行调整相当困难，因此一定要求生产厂对发热条组成进厂后逐个进行试验测试，再选配后装机，并在试验台调试合格后才能组装出厂。

　　建议部运输局装备部责成标准归口单位制定统一的交验测试标准（主要指试验台和交验测试工况），统一空调机组内有关PK型空气预热器的技术设计（主要是挡水板高度及风机型号和功率等），以解决目前在3个冷气机厂产品交验合格率高低不同，生产厂无所适从的苦衷，有利于提高产品交验合格率，有利于提高产品的通用性，有利于简化结构，统一工艺，从而降低产品的成本和技术服务费甩（编辑：何芳）