打开文本图片集

摘要：随着我国高速铁路建设的不断推进，铁路客运列车迅猛增多，加之调图以后列车停车时间进一步压缩，要求上水作业高效快捷，上水作业直接影响旅客运输服务质量，现有客车上水系统已无法满足高铁运营和节能用水的需要。急需研发一套环保、智能、节能、高效的新型列车上水系统，以推动新技术在全路的普及和发展。

关键词：系统组成；高效；智能；节能

目前，新建和即有的大部分车站，上水作业仍采用人工上水的方式，上水工的工作环境极为艰苦，无论在何种天气条件下是都需要准点完成工作，不管是在炎热的夏日还是寒冷的冬季，他们都需要面对极端的工作条件。上水工工作时，需将上水头与列车注水口对接，打开上水阀门。观察车厢另一侧水箱溢流口情况，当开始溢流时，遥控或者手动关闭上水栓阀门，拔下上水头，将上水管收回到指定位置。随着高铁的不断推进和发展，为满足新型动车速度快、站停时间短的要求，新建或改扩建的车站及动车整备急需配备一种智能化程度高、上水速度快，兼具自动自动计量、自动故障反馈、自动收管、自动脱落、水满自停、余水自动排空等功能的新一代上水设备。新一代上水设备能有效解决上水时出现的一系列功能问题，为推动列车进站整备作业标准化、设备可靠运行、智能自动化探索和研究铺平道路。

随着国内高铁建设的不断推进，铁路装备也有了进一步提升，但对到站后列出整备时间和质量提出了更高要求。为保障旅客出行用水安全，上水工需在短时间完成整列车的加水作业，并保证作业时设备的正常运行，需要上水工具备高度的协调能力和快速反应能力。

一、现有上水设备现状：

我们通过走访和大量调研发现，近年来各站段对现有上水设备和设施进行改造，引入了一些新技术和标准化作业流程。但仍然有很多车站目前还是沿用传统的人工上水操作，实地调查情况发现，上水设备维护状态较差、上水作业效率低、水资源浪费严重等问题。

1.现有列车注水口

（1）目前现有运营的旅客列车有多种型号，各型号的旅客列出注水口都不相同。有22型、25型、25B、25G、25Z、25K、高铁CRH1型、CRH2型CRH3型、CRH4型、CRH5型、CRH6型、复兴号等，其中除动车组CRH的注水口基本一致以外，其它车型注水口的差异都比较大，导致上水设备上水头必须满足所有车型的注水口，同时做到水满自停比较困难。按照铁道部水箱注水嘴执行标准<客车用注水嘴（A＼B型）>TBT112/74>，注水嘴内径22mm，外径28mm;动车组CRH的注水口在注水嘴内径22mm，外径32mm.

（2）目前旅客列车每节车厢的储水箱各自独立，安装在车厢两端的上部或下部，供应该端的旅客用水。 一般储水箱容积1000L，餐车储水箱容积1500L。车厢的给水口分布在车厢左右两端的下部，斜对称，插拔式，给水管为DN25钢管。给水一般采用水满自溢的形式，上水工人从溢水口是否有水流出判断储水箱是否加满水。在客车车体两侧下部设有注水口和出水口，并与注入钢管进入客车水箱，经客车内部管道再将水配送给各用水点。

2.现有站场上水设施存在问题

（1）现有上水设备标准化建设严重滞后，由于之前的站段兼并整合，导致设备管理体制混乱，建设与管理脱节，缺乏系统规划和技术引导。

（2）在上水过程中由于需要兼顾旅客列车左右两边都能补水的需要，无法实现水位检测，水满不能自停，照成极大浪费，无法满足提速后的客车上水要求等问题。铁路局既有的列车上水设备按照列车站停10～12min的条件起步建设，建设标准为水栓井间距25m；列车上水栓出口压力20m水（距轨面），尽端式列车上水站列车上水栓出口压力16m水 头（距轨面）；列车上水栓出口流量在上水时为 2．5L／s（尽端式列车上水站为2．OL／s）。水栓井一井一栓或一井双栓，列车上水栓及上水胶管长度25～27m内径均采用32mm（实际使用胶管为内径20’25mm）。上水工采用人工手动开阀上水作业。上水系统均为多开放式，供水压力、流态随主管网压力变化。由于多路进水相通，系统用水量、供水水压无法准确确定。车站上水人员与列车乘务人员采用人工签认上水量。每位上水人员负责3组水栓的上水作业。车体内上水管径多为25m钢管，各种车体注水口不统一。

（3）目前，全路共有客车上水车站和动车运用所358个左右，合计有客车上水栓39752套左右，承担着全路旅客列车的上水任务。列车上水站的布局除个别区段相距过长，列车经常处于缺水状态，有待调整外，大部分客车上水站的布局比接合理，基本上符合列车上水间隔的要求。

（4）以石家庄站为例：石家庄站分为高速场（110套上水设备）和普速场（175套上水设备）石家庄站管内共有285套上水设备，车站全年停车列数43780列左右，其中站停lOmin以上为16630列，5～9min为14930列，4min以下为12220列；客车1交会有6760列，2交会有1800列，3交会有730列，4交会及以上为150列；水栓井共有285个（其中上水头570个），水栓总共570个，水栓总排数17排；上水工作压力站0．2mPa以上，单栓流量2．0～2．5L／s之间。所有上水栓均使用上水胶管进行上水作业，上水管使用直径32mm胶。

3人工上水作业流程及存在的主要问题

客车上水普遍采用人工手动开阀上水作业，作业过程如下：

1、上水工需提前10-15分钟下道，每个上水工每趟车负责3-4节客车车厢的上水工作。上水工首先从水栓的卡座上将胶管拔出，将上水胶管与客车车厢上的注水口连接，再返回水栓井，将井内的上水控制阀打开，开始对第一节车厢进行上水作业：

2、接着步行到间距25米、50米的第 二、第三节车厢，为这两节车厢插上上水胶管，打开各自的上水阀门；

3、等到开车铃响后，上水工再跑回到第一个上水栓旁，关闭上水栓阀门，拔下上水胶管，重新将上水胶管插入水栓井的卡座。至此，第一 节客车上水工作完毕，上水工依次跑到第二、第三节车厢重复以上工作：

4、上水工结束加水，指定专人填写《客车给水登记簿》，并与列车乘务人员办理签 认，等待加水的列车离开，本次上水作业才彻底结束。

不算上水工从休息室（待班室）到线路间上水栓井旁的往返路程，也不考虑由于其它原因造成胶管从注水口脱落的返工工作，一名上水工加一次水光路程就跑了近200米。而每个班一名上水工基本上要二十多趟车的60多节客车加水，由此可见其工作强度。

5、旅列车提速后停站时间由原来的10’12min降到6’8min左右，列车上水间隔由过去2h～3h延长到4～6h。这些变化导致有效上水时间缩短，上水工劳动强度加大，实际完成作业内容非常困难，列车在站内上不满水，客运服务不到位。以现有设备能力计算，上水有效时间3’4min，使用32m胶管上水栓出口流量2．5L／s，站停时间有效上水只相当于所需上水量的一半左右（普通列车水箱容积850L～1200L，餐车1500L）。由于32mm胶管（内径）固定连接容易脱落，实际多数车站使用25mm胶管（内径）。由于管径减小水头损失加大，管内流速降低流量减小，更加不能满足上水要求。

6、通过铁路6次大提速和铁总公司多次调图，现在各站的上水人员大部分都是满负荷工作状态，按照现行上水工操作规范，不管车厢是否有水，上水工都必须进行补水。以石家庄为例，从北京下行的列车基本不用补水，但从郑州上行的列车，每趟车每节车厢基本都要补水。这样导致要补水没补上，不要补水的列车又占用了大量的资源。

7、供水压力偏低且随管网压力变化较大，不能满足列车上水水压、水量要求。地区供水管网压力一般为0．4’0．6MPa，管网压力由于各种原因存在波动。各车站由于距离水源的远近、管路的分布、管径的大小、管路的材质不同等影响，实际压力往往低于供水压力0．1～0．2MPa。由于列车在短时间内用水量大，用水时间按列车时刻点段分布的特点，造成管网压力瞬时变化较大。不论是管网自身压力的波动还是上水系统引起的压力波动都将影响正常的列车上水。

8、当某节车厢水箱已满出水或胶管脱落情况而上水人员正在其他车厢上水时，阀门无法关闭只能等待一组作业动作完毕后才能返回关闭阀门或处理脱落，造成水资源浪费。以一列车20节车厢上水作业为例，若其中5处出现以上情况，每处漏水2min，以车站每日固定上水50列计算，每年仅此一项漏损就达27375’32850t，按 6．1元／t（以石家庄水费）计算年浪费166987’200385元。我国北方冬季为防止客栓及上水胶管冻结常采用小流量措施防冻，更是造成水资源浪费。以石家庄站为例，若290组客车上水栓都采用小流量防冻措施，每年仅此一项漏损就达2600吨/天*90（天）=234000t，按及 6．1元／t计算年浪费1427400元。

9、冬季上水阀门、栓体冻成上水设备故障影响列车上水，并产生大量检修用。以冬季三个月每个月每股道上水栓阀冻损三处算，每处处理更换阀门及管道费用800元，则四股道每年维修费用为28800元；水漏所造成的站台及道床隐患危及铁路的运输安全；冬季水漏造成股道间及排水地沟结冰对道床使用和股道间作业人员安全构成威胁，并且产生大量除冰、防滑费用。

10、由于系统多路同时供水，表计误差叠加，总供水量存在较大误差。股道及水栓无计量，且由于供水流态不定，单栓上水量既无 法计量又无法计算；列车水箱水量情况无法确定，上水作业存在盲目性。因此，无论是供水单位对用水车 站、还是车站对上水列车的水量确认，都存在误差较 大难以核实的问题，由此造成管理困难。

二、新型智能上水设备研制的方向和内容：

2.1 新型智能上水设备有以下功能：

1） 新型自动上水头

2）上水栓自动排水保温系统

3）上水设备水电分离设计；

4）上水设备在线监控系统；

2.2  新型自动上水头：

1、新型自动上水头能实现在上水管不带压力的情况下，插管自动出水，拔管自动停水；插管出水同时，上水头会自动发光，拔管上水头自动灭光，上水管停止出水。这样可以最大限度提示上水工，避免忘拔管现象发生，同时可以避免开关阀门水资源严重浪费。可实现上水工在忘记拔管情况下，带管开车现象发生（上水头会自动脱落）。

2.3上水栓自动排水保温系统

新型客车上水设备采用盘旋收管方式，当上水完毕后，上水头会自动脱落，上水胶管会自动回收到上水箱中，胶管内余水自动排空，防止冻结避免长流水现象，无需对现有设备进行保温处理，大大提高了设备稳定性。

2.4上水设备水电分离设计

新型客车上水设备采用水电分离设计方式，设备使用的所有电子元器件都是36V以内的产品，包括电机、电磁阀、控制系统等。设备所有机械控制部分都在设备上部，实现了完全的水电分离，哪怕上水管破损漏水也不影响设备机械部分正常运行，如设备需要进行维修，只需要打开设备上盖就可以修理和维护保养，大大提高维修效率。

2.5上水设备在线监控系统

2.5.1新型上水设备能实现在线实时监控上水状况，包括每次上水计量、上水头出水状况、上水管收管情况、上水设备各子系统的运行状况等。

1、实现每次上水精确计量

2、实现上水设备状态在线监控（远程监控）

3、实现列车长与车站、 使用单位与维护单位、的在线互动。

4、对上水工作业人员的无缝管理

通过几个车站试点使用，发现避免了由于上水工操作失误导致的带管开车现象产生，大大降低了作业人员劳动强度，实现了水漫自停、余水自动排空、上水头自动脱落、上水设备水电分离设计、上水栓在线监控等功能，增强了上水、列检及保洁等工作人员的作业安全性与舒适性。综上所述，本文结合铁路既有车站客车上水系统改造经验，系统分析新型客车上水系统组成、功能、技术条件、运行情况等，分享设计经验，希望为相关设计能提供参考。

作者简介：张波，1976年1月，男，汉族，甘肃天水，大学本科，中国铁路兰州局集团有限公司，工程师，研究方向：铁路旅客运输