摘要：在我國進入21世紀(jì)以來，我國的經(jīng)濟在快速的發(fā)展，社會在不斷的進步，人們對于出行中舒適度的需求在不斷的提高，高速動車組為了能給旅客提供舒適的乘車環(huán)境，車廂需要密閉性好，動車組客室空調(diào)系統(tǒng)的主要作用就是在任何氣候環(huán)境和正常行駛條件下，通過通風(fēng)、制冷、采暖等方法調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度、新風(fēng)量、車內(nèi)壓力等參數(shù)指標(biāo)�？褪业臏囟日{(diào)節(jié)是決定車內(nèi)舒適性的重要因素，使用合理的溫度控制算法才能使溫度控制在人體舒適的范圍內(nèi)。本文通過對現(xiàn)有某型動車組空調(diào)系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)進行闡述，為了提高溫度控制的合理性和精確性，對空調(diào)的溫度控制算法進行研究。

　　關(guān)鍵詞：動車組;PI調(diào)節(jié)器;溫度控制算法;能量調(diào)節(jié)

　　引言

　　近年來，中國高速鐵路客車的迅猛發(fā)展令世界矚目。CRH系列高速動車組已經(jīng)在華夏大地上開辟了南北貫通的一條干線，北起哈爾濱，南至廣州，我們都能看到白色的和諧號動車組駛過。動車組的開通為人們的出行提供了更加快捷和便利的條件。人們在驚嘆“和諧號”動車組速度之快的同時，也對舒適度有了更高的需求。隨著生活水平的提高，人們對舒適性的要求越來越高了。對于列車而言，舒適性指標(biāo)包括多個方面，例如動力學(xué)舒適性，即平穩(wěn)性;設(shè)備舒適性，例如座椅的舒適度;還有空調(diào)舒適性等。在這里，重點談一下空調(diào)舒適性。

　　1空調(diào)系統(tǒng)制冷基本原理介紹

　　動車組空調(diào)系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)制冷劑蒸發(fā)時會從周圍的空氣中吸收熱量從而達到了使空氣制冷的效果動車組空調(diào)系統(tǒng)工作時其制冷劑的循環(huán)和熱量轉(zhuǎn)移的基本原理如圖1所示其中壓縮機可以將從蒸發(fā)器流入的低溫、低壓的制冷劑氣體壓縮成高溫、高壓的制冷劑氣體從壓縮機出來的高溫、高壓的制冷劑氣體進入冷凝器此時制冷劑溫度比環(huán)境溫度高很多通過冷凝器的翅片進行降溫這時制冷劑氣體在冷凝器內(nèi)部得到冷凝通過膨脹閥來控制進入蒸發(fā)器的制冷劑的流量然后通過蒸發(fā)器盤管分配器分配制冷劑從而使制冷劑的壓力和溫度降低同時伴隨制冷劑的蒸發(fā)從而達到冷卻蒸發(fā)器銅管和鋁片并通過它們冷卻其周圍的空氣然后被冷卻后的空氣由蒸發(fā)風(fēng)機吹入動車組車廂內(nèi)從而達到了乘客車廂制冷的效果。

　　2高速動車組客室空調(diào)溫度控制研究

　　2.1空調(diào)溫度控制算法

　　基本型PI調(diào)節(jié)器雖然能夠獲得無靜差的溫度控制結(jié)果，但溫度控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)較差。要獲得精確、快速、穩(wěn)定的系統(tǒng)要求，通常采用復(fù)合式PI溫度控制算法。5ea8f3e41cacc_html_51f0d31cc92c4a27.png式中:Tsp為目標(biāo)溫度(旅客區(qū)溫度的額定值Tsp)，℃;Tra為回風(fēng)溫度(旅客區(qū)溫度的平均值Tim)，℃;Tfa為新風(fēng)溫度(外部氣溫的平均值Tem)，℃;Tsa為送風(fēng)溫度，℃;Ki為積分系數(shù)(回風(fēng)調(diào)節(jié)器積分增益);K1為新風(fēng)溫度系數(shù)(新風(fēng)調(diào)節(jié)器比例增益);K2為回風(fēng)溫度系數(shù)(回風(fēng)調(diào)節(jié)器比例增益);K3為制冷/制暖系數(shù)(送風(fēng)調(diào)節(jié)器比例增益);Y為空調(diào)控制指數(shù)。計算機內(nèi)部運用的是經(jīng)過數(shù)字化或離散化的調(diào)節(jié)器算法，其計算公式為:5ea8f3e41cacc_html_36e4640f227180e0.png式中:Ts為采樣周期，s;n為采樣序號;Ri(n-1)為第n-1次采樣時的回風(fēng)調(diào)節(jié)器積分輸出值;Y(n)為第n次采樣時的調(diào)節(jié)器輸出值。從式中可以看出Y(溫度調(diào)節(jié)器的輸出值)代表著空調(diào)能量指數(shù)，取值范圍為-100～+100。含義如下。(1)Y的符號表示空調(diào)運行狀態(tài):當(dāng)Y為正值時，空調(diào)制熱;當(dāng)Y為負值時，空調(diào)制冷。(2)Y的數(shù)值表示空調(diào)制熱量或制冷量的大小，絕對值越大，表示制熱量或制冷量越大。不同的車型由于內(nèi)部空間和布局都有差異，所以比例系數(shù)和積分系數(shù)都有所不同，可以根據(jù)實際的車廂進行參數(shù)的整定以得到穩(wěn)定準(zhǔn)確的數(shù)值。

　　2.2壓力波動控制驗證

　　當(dāng)列車速度大于160km/h時，列車與空氣的相互作用變得突出，特別是當(dāng)2列車以160km/h的速度在隧道內(nèi)相會時，由于隧道內(nèi)的空氣流動受隧道壁的限制，產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力波，這種壓力波會使列車上的司機、乘客感到很不舒適。為了檢驗車內(nèi)壓力波動控制效果，200km/h的CRH6A型城際動車組在成達線運用考核期間進行了壓力波動試驗。當(dāng)車輛以200km/h速度通過隧道，對比壓力保護裝置工作與不工作時車內(nèi)壓力波動。結(jié)果表明通過隧道時車內(nèi)壓力波動滿足要求，壓力保護裝置對抑制車內(nèi)壓力波動有明顯作用。

　　2.3加熱管故障

　　空調(diào)機組加熱管故障主要表現(xiàn)為加熱管根部接線柱熔斷。由于動車組冬季采暖用的電加熱器主要集中在空調(diào)機組中，加熱管的總功率太大，加熱腔的溫度過高，接線柱處于高溫環(huán)境下，造成電線軟化，長時間后容易產(chǎn)生熔斷。為了解決這一問題，將舊加熱管更換為改進的加熱管，同時接線端改成螺栓連接，加熱管故障率明顯降低。另外，空調(diào)機組內(nèi)部電加熱器功率太大，造成電加熱器表面及加熱腔的溫度偏高，也存在很大的安全隱患。

　　空調(diào)機組內(nèi)部的電加熱器一般由2～3組獨立的加熱管組成，根據(jù)采暖負荷大小和車內(nèi)空氣溫度決定啟停加熱管的數(shù)量，在啟停加熱管的同時進行不同加熱管間工作切換，以保證每根加熱管的總工作時間相當(dāng)。在采暖負荷不大時，雖然采用不同加熱管間相互切換的模式，但加熱管連續(xù)通電的時間一般都在5min以上，加熱管表面溫度基本都達到最高值。為了解決這一問題，通過加大加熱管切換頻率，降低加熱管連續(xù)通電時間，達到了降低加熱管表面溫度的效果，同時電加熱器工作功率低于總功率的70%，減小了安全隱患。

　　2.4空調(diào)能量調(diào)節(jié)

　　客室溫度的控制最終要通過空調(diào)機組的能量調(diào)節(jié)得以實現(xiàn)。因各車型的空調(diào)機組采用的技術(shù)不同，能量調(diào)節(jié)的方法也有所不同，例如變頻空調(diào)和定頻空調(diào)的能量調(diào)節(jié)方法和手段有很大不同。要結(jié)合具體空調(diào)產(chǎn)品考慮實施方案。這里以帶旁通閥的雙制冷循環(huán)定頻系統(tǒng)為例，說明空調(diào)能量調(diào)節(jié)的實現(xiàn)。整個空調(diào)機組包含2套獨立的制冷循環(huán)系統(tǒng)、2臺壓縮機、2個旁通閥和2組電加熱器，如果車廂內(nèi)還有其他的空調(diào)附屬設(shè)備也要考慮在內(nèi)，如車廂加熱器等。

　　2.5空調(diào)系統(tǒng)

　　高速動車組空調(diào)系統(tǒng)一般由客室空調(diào)機組、空調(diào)控制器、連接風(fēng)道、廢排單元、混合箱及壓力波組件等組成。在每節(jié)車廂壓力波組件的外格柵上布置新風(fēng)的溫度傳感器用于采集客室外的環(huán)境溫度值;在車廂內(nèi)部對角線側(cè)墻上布置兩個溫度傳感器用于采集客室內(nèi)的環(huán)境溫度值;在送風(fēng)的風(fēng)道內(nèi)布置一個溫度傳感器用于采集送風(fēng)溫度值。根據(jù)各個傳感器采集的溫度值，通過控制器合理的溫度控制算法使空調(diào)工作在全暖、半暖、通風(fēng)、自動、關(guān)、半冷、全冷等模式下，為旅客提供舒適的車內(nèi)環(huán)境。

　　結(jié)語

　　綜述所述，動車組空調(diào)系統(tǒng)故障的主要原因可以歸結(jié)為以下幾個方面：(1)動車組主要在武廣高速鐵路上運營，武廣高速鐵路是一條多隧道高鐵線路，動車組采用被動式壓力波保護系統(tǒng)，動作頻繁，容易造成壓力波保護系統(tǒng)、廢排風(fēng)機、送風(fēng)機等故障。(2)動車組空調(diào)機組沿用歐洲可拆卸維護理念，易損壞制冷元件采用螺紋連接，而不是采用我國鐵道車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)通用的焊接連接方式，而且我國動車組的使用頻次遠高于歐洲，維護保養(yǎng)時間遠低于歐洲，造成制冷劑泄漏率偏高。(3)動車組空調(diào)系統(tǒng)是國內(nèi)第1代高速鐵路車輛用空調(diào)系統(tǒng)，處于探索階段，結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計尚有不完善之處，導(dǎo)致故障率偏高。

　　車輛交通論文投稿刊物：鐵道機車與動車宣傳和貫徹國家關(guān)于內(nèi)燃牽引方面的技術(shù)方針政策，實現(xiàn)理論與實踐、普及與提高相結(jié)合的原則，交流和推廣內(nèi)燃機車及相關(guān)專業(yè)方面的試驗、研究、運用、檢修、教學(xué)等方面的經(jīng)驗和成果，推動內(nèi)燃牽引專業(yè)的發(fā)展。

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