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[摘 要]撒砂制动系统是动组制动系统的重要组成部分，广泛应用于国内外动车组及电力机车上。在恶劣条件下，通过撒砂装置改善轮轨接触面的工作环境，可有效防止轮轨间的相对滑动，提高运行品质。本文主要对撒砂制动原理、系统部件组成、工作原理及型式试验方面对撒砂制动系统进行了介绍。
[关键词]撒砂系统；制动系统；动车组
中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0326-02
1 撒砂制动原理及应用
制动是列车运行的主要也是最重要的工况之一，由于动车组运行速度的提高，轮轨间粘着系数随着制动初速度的增加而下降[1]。当动车组制动过程中遇到轨面存在雨雪、油脂等杂物时，轮轨间的粘着系数降低，造成车辆滑行及车轮与钢轨的擦伤。撒砂制动是通过向车轮踏面与轨面之间喷撒干燥石英砂，将被压碎的颗粒镶嵌进入轮轨接触面内，提高轮轨间粘着系数，减少车轮滑行的制动方式，以其在恶劣工况下的可靠性，广泛运用在国内外高速动车组上。陈亚等人对对国内外撒砂系统的研究现状的调查总结，分析了目前机车车辆轮轨黏着的研究现状[2]。申鹏等人通过在JD.1型轮轨模拟试验机上进行试验表明，在水介质工况下撒细砂可使轮轨粘着系数增加50%左右，撒粗砂可使轮轨粘着系数增加65%左右[3]。
撒砂制动系统广泛运用在国内外动车组上。日本新干线500系、700系、800系、E5采用踏面清扫及喷洒陶瓷粒子的方式进行增粘。欧洲ICE及TGV动车组均采用撒砂方式进行增粘，AGV-V150采用喷射陶瓷粒子用于增粘。在国内，CRH3C、CRH380B（L）、CRH5、CRH380D型动车组均设置有撒砂装置。
CRH2/CRH380A型动车组在保留踏面清扫及现有防滑控制模式基础上加装撒砂装置。综合轮轨粘着，牵引空转、对称布置以及轴重的影响及满足制动力要求下，对撒砂装置进行布置。8编组列车在1、2、7、8车的6根轴设置撒砂装置，即1车在3轴，2和7车在2、3轴，8车在2轴设置，每个运行方向有3根轴撒砂，如图1所示。16编组在1、2、7、10、15、16车的10根轴设置撒砂装置，即1车在3轴，2、7、10、15车在2、3轴，16车在2轴设置，每个运行方向有5根轴撒砂。
2 撒砂系统组成
2.1 主要零部件
撒砂装置主要包括砂箱（含撒砂单元）、继电器、控制箱及撒砂加热器、撒砂口等。其中砂箱和控制箱安装在车体底架上。撒砂口及加热器安装在转向架上，主要设备布置如图2所示。
动车组砂箱结构如图3所示，为2合1不锈钢组合砂箱，通过四个安装座吊装在车体设备上，位置为靠近撒砂轴的设备舱端板。砂箱容积约为2×8L，两侧设砂箱盖用于注砂，并设置观察口用于观察砂量。砂箱底部设置撒砂单元。通过统计列车运行过程中采用紧急制动的次数，时间等信息，16L的砂箱容量可以满足3天用量。
撒砂单元主要由撒砂器、撒砂喷嘴及管路附件组成，其中撒砂单元结构如图4所示。设有2个供风口，分别为：连接撒砂控制箱的撒砂供风口，用于将砂子吹出砂箱；连接撒砂控制箱的干燥供风口，用于干燥砂箱内部的砂子。
撒砂口安装在转向架的固定支架上，与排障器相似的安装方案，撒砂喷嘴位置不受转向架一系悬挂位置的影响，喷射定位位置准确。撒砂口（含加热器）通过撒砂软管与撒砂单元底部的出砂口相连。撒砂管保留一定的弯曲余量，以免在列车进行小曲线试验及运行过程中通过曲线时被拉断。
2.2 安装车号选择
撒砂装置安装车号选择应考虑轮轨粘着，牵引空转、对称布置以及轴重的影响，对撒砂装置进行布置，具体如下：
轮轨粘着，头部车辆相对尾部粘着恶劣，布置在列车两端车厢，考虑轮轨粘着恶劣时牵引空转，应考虑部分动车加装，保证两端控车时撒砂效果一致，所以选择对称布置，选择轴重余量大的车辆设置。
3.撒砂系统工作原理
撒砂制动系统控制原理如图6所示。撒砂控制箱与总风管相连，撒砂控制箱内装有溢流阀，当总风压力高于700kPa时，溢流阀开启，列车撒砂功能可用。撒砂时控制箱从总风管取风，通过供风管路给撒砂单元供风，撒砂单元通过软管和转向架上撒砂口实施撒砂。与传统重力撒砂装置相比，其下砂量控制精准、故障率低，具备砂箱及撒砂管干燥功能。
为了防止砂量过少轮轨的增粘效果不理想或者砂量导致轮轨间粘着系数降低与轨面及踏面的擦伤。撒砂方式根据列车速度不同分为高速撒砂与低速撒砂，撒砂装置利用BCU输出的160km/h速度信号，当列车速度高于160km/h时，施加630KPa的撒砂压力，实施高速撒砂；列车速度低于160km/h时，施加370KPa的撒砂压力，实施低速撒砂。
3.1 手动撒砂与自动撒砂
动车组撒砂操作方式分为手动撒砂与自动撒砂，司机通过操作设置在司机操纵台上的撒砂按钮开启手动撒砂。撒砂按钮结构如图7所示，按下按钮时，手动撒砂信号发送到中央装置，由列车网络通过终端装置发送到各车BCU，BCU启动撒砂继电器控制撒砂装置进行撒砂。撒砂开关向前和向后扳动效果一致，均在主控车动作有效，实施前向撒砂。5km/h以下每次允许手动短时撒砂（10秒以下），按钮复位后再次操作，继续执行手动撒砂指令；5km/h以上可手动持续撒砂，不进行撒砂时间限制。
当各车BCU在制动工况下检测出严重滑行时，单个或多个BCU通過网络向MON发送撒砂请求信号，MON接收到任一车辆BCU发来的撒砂请求信号时，由MON向各车BCU统一下发撒砂控制指令。BCU在接收到MON发送的撒砂控制指令时，控制撒砂继电器得电。自动撒砂输出后持续撒砂，至本列无车辆滑行停止。
4.撒砂系统部件试验
撒砂制动装置需进行型式试验，如外观检查，重量检查，撒砂量测试等，确保撒砂装置在低温，冲击等不同条件下满足设计要求。撒砂口、砂箱口等满足防脱、抗冲击的要求。
4.1 耐压试验
按照《GB/T25119-2010轨道交通机车车辆电子装置》的规定，检查撒砂单元的加热棒、撒砂口加热元件的耐压性能，将撒砂单元加热棒、撒砂口加热元件电缆的正负线短接，在短接处于黄绿线之间施加AC2100V：50Hz、1min。耐压试验过程中均不应产生击穿或闪络。
4.2 低温试验
按照TB/T3254-2011《机车、动车用撒砂装置》进行低温试验，需在-40℃±3℃与条件下-45℃±3℃保温至少2h后进行撒砂量测试，确保撒砂装置低温下撒砂量满足要求。
总结
本文主要介绍了撒砂制动的原理，撒砂结构组成及各个零部件的功能，最后介绍了撒砂制动系统主要功能及工作模式及型式试验方法，对于撒砂装置的设计及技术改造有一定的参考意义。
参考文献
[1] 申鹏，王文健，张鸿斐，等。撒砂对轮轨粘着特性的影响[J]，机械工程学报，2010，46（16）：74-78.
[2] 王志龙，王磊.撒砂装置在动车组上的应用[J].黑龙江科技信息，2016（34）：20-21.
[3] 陈亚，章易程，刘晓文，等.轮轨间撒砂的研究综述及思考[J].电力机车与城轨车辆，2015（1）：1-4.
[关键词]撒砂系统；制动系统；动车组
中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0326-02
1 撒砂制动原理及应用
制动是列车运行的主要也是最重要的工况之一，由于动车组运行速度的提高，轮轨间粘着系数随着制动初速度的增加而下降[1]。当动车组制动过程中遇到轨面存在雨雪、油脂等杂物时，轮轨间的粘着系数降低，造成车辆滑行及车轮与钢轨的擦伤。撒砂制动是通过向车轮踏面与轨面之间喷撒干燥石英砂，将被压碎的颗粒镶嵌进入轮轨接触面内，提高轮轨间粘着系数，减少车轮滑行的制动方式，以其在恶劣工况下的可靠性，广泛运用在国内外高速动车组上。陈亚等人对对国内外撒砂系统的研究现状的调查总结，分析了目前机车车辆轮轨黏着的研究现状[2]。申鹏等人通过在JD.1型轮轨模拟试验机上进行试验表明，在水介质工况下撒细砂可使轮轨粘着系数增加50%左右，撒粗砂可使轮轨粘着系数增加65%左右[3]。
撒砂制动系统广泛运用在国内外动车组上。日本新干线500系、700系、800系、E5采用踏面清扫及喷洒陶瓷粒子的方式进行增粘。欧洲ICE及TGV动车组均采用撒砂方式进行增粘，AGV-V150采用喷射陶瓷粒子用于增粘。在国内，CRH3C、CRH380B（L）、CRH5、CRH380D型动车组均设置有撒砂装置。
CRH2/CRH380A型动车组在保留踏面清扫及现有防滑控制模式基础上加装撒砂装置。综合轮轨粘着，牵引空转、对称布置以及轴重的影响及满足制动力要求下，对撒砂装置进行布置。8编组列车在1、2、7、8车的6根轴设置撒砂装置，即1车在3轴，2和7车在2、3轴，8车在2轴设置，每个运行方向有3根轴撒砂，如图1所示。16编组在1、2、7、10、15、16车的10根轴设置撒砂装置，即1车在3轴，2、7、10、15车在2、3轴，16车在2轴设置，每个运行方向有5根轴撒砂。
2 撒砂系统组成
2.1 主要零部件
撒砂装置主要包括砂箱（含撒砂单元）、继电器、控制箱及撒砂加热器、撒砂口等。其中砂箱和控制箱安装在车体底架上。撒砂口及加热器安装在转向架上，主要设备布置如图2所示。
动车组砂箱结构如图3所示，为2合1不锈钢组合砂箱，通过四个安装座吊装在车体设备上，位置为靠近撒砂轴的设备舱端板。砂箱容积约为2×8L，两侧设砂箱盖用于注砂，并设置观察口用于观察砂量。砂箱底部设置撒砂单元。通过统计列车运行过程中采用紧急制动的次数，时间等信息，16L的砂箱容量可以满足3天用量。
撒砂单元主要由撒砂器、撒砂喷嘴及管路附件组成，其中撒砂单元结构如图4所示。设有2个供风口，分别为：连接撒砂控制箱的撒砂供风口，用于将砂子吹出砂箱；连接撒砂控制箱的干燥供风口，用于干燥砂箱内部的砂子。
撒砂口安装在转向架的固定支架上，与排障器相似的安装方案，撒砂喷嘴位置不受转向架一系悬挂位置的影响，喷射定位位置准确。撒砂口（含加热器）通过撒砂软管与撒砂单元底部的出砂口相连。撒砂管保留一定的弯曲余量，以免在列车进行小曲线试验及运行过程中通过曲线时被拉断。
2.2 安装车号选择
撒砂装置安装车号选择应考虑轮轨粘着，牵引空转、对称布置以及轴重的影响，对撒砂装置进行布置，具体如下：
轮轨粘着，头部车辆相对尾部粘着恶劣，布置在列车两端车厢，考虑轮轨粘着恶劣时牵引空转，应考虑部分动车加装，保证两端控车时撒砂效果一致，所以选择对称布置，选择轴重余量大的车辆设置。
3.撒砂系统工作原理
撒砂制动系统控制原理如图6所示。撒砂控制箱与总风管相连，撒砂控制箱内装有溢流阀，当总风压力高于700kPa时，溢流阀开启，列车撒砂功能可用。撒砂时控制箱从总风管取风，通过供风管路给撒砂单元供风，撒砂单元通过软管和转向架上撒砂口实施撒砂。与传统重力撒砂装置相比，其下砂量控制精准、故障率低，具备砂箱及撒砂管干燥功能。
为了防止砂量过少轮轨的增粘效果不理想或者砂量导致轮轨间粘着系数降低与轨面及踏面的擦伤。撒砂方式根据列车速度不同分为高速撒砂与低速撒砂，撒砂装置利用BCU输出的160km/h速度信号，当列车速度高于160km/h时，施加630KPa的撒砂压力，实施高速撒砂；列车速度低于160km/h时，施加370KPa的撒砂压力，实施低速撒砂。
3.1 手动撒砂与自动撒砂
动车组撒砂操作方式分为手动撒砂与自动撒砂，司机通过操作设置在司机操纵台上的撒砂按钮开启手动撒砂。撒砂按钮结构如图7所示，按下按钮时，手动撒砂信号发送到中央装置，由列车网络通过终端装置发送到各车BCU，BCU启动撒砂继电器控制撒砂装置进行撒砂。撒砂开关向前和向后扳动效果一致，均在主控车动作有效，实施前向撒砂。5km/h以下每次允许手动短时撒砂（10秒以下），按钮复位后再次操作，继续执行手动撒砂指令；5km/h以上可手动持续撒砂，不进行撒砂时间限制。
当各车BCU在制动工况下检测出严重滑行时，单个或多个BCU通過网络向MON发送撒砂请求信号，MON接收到任一车辆BCU发来的撒砂请求信号时，由MON向各车BCU统一下发撒砂控制指令。BCU在接收到MON发送的撒砂控制指令时，控制撒砂继电器得电。自动撒砂输出后持续撒砂，至本列无车辆滑行停止。
4.撒砂系统部件试验
撒砂制动装置需进行型式试验，如外观检查，重量检查，撒砂量测试等，确保撒砂装置在低温，冲击等不同条件下满足设计要求。撒砂口、砂箱口等满足防脱、抗冲击的要求。
4.1 耐压试验
按照《GB/T25119-2010轨道交通机车车辆电子装置》的规定，检查撒砂单元的加热棒、撒砂口加热元件的耐压性能，将撒砂单元加热棒、撒砂口加热元件电缆的正负线短接，在短接处于黄绿线之间施加AC2100V：50Hz、1min。耐压试验过程中均不应产生击穿或闪络。
4.2 低温试验
按照TB/T3254-2011《机车、动车用撒砂装置》进行低温试验，需在-40℃±3℃与条件下-45℃±3℃保温至少2h后进行撒砂量测试，确保撒砂装置低温下撒砂量满足要求。
总结
本文主要介绍了撒砂制动的原理，撒砂结构组成及各个零部件的功能，最后介绍了撒砂制动系统主要功能及工作模式及型式试验方法，对于撒砂装置的设计及技术改造有一定的参考意义。
参考文献
[1] 申鹏，王文健，张鸿斐，等。撒砂对轮轨粘着特性的影响[J]，机械工程学报，2010，46（16）：74-78.
[2] 王志龙，王磊.撒砂装置在动车组上的应用[J].黑龙江科技信息，2016（34）：20-21.
[3] 陈亚，章易程，刘晓文，等.轮轨间撒砂的研究综述及思考[J].电力机车与城轨车辆，2015（1）：1-4.