作者 高尔坚
内容提要：本文叙述了铁路客车集便系统原理、功能、结构及其应用，重点介绍了客车集便系统的设计要求和设计方法，对客车集便系统的设计和学习了解将有积极的帮助。
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1概述
客车厕所是保证旅客长旅行需要卫生方便不可缺少的重要设施，其中集便系统是客车厕所便器集中收集粪便的重要组成部分，是旅客旅途生活必不可少的基本条件之一。随着铁路客的发展，当今尤其对于25T、高铁等高档客车，集便系统的设计要求不断提高，要求系统合理、结构可靠、集成度高、功能合理、使用维修方便。
上世纪60、70年代，客车厕所便器采用的是直排方式，粪便直接通过便器口排出车外，便器为铁路专用的陶瓷便器，80年代初出现了坚固耐用的不锈钢便器。上世纪80年后期至90年代，为了提高便器的冲便效果和清洁卫生，以及空调客车车体的密封性，采用了无真空性能和无集中收集粪便的美国TQ型（TAT和海力）清水增压冲便装置，主要特点是冲便由自然压力改变为气动压力以及便器口设置了便碗密封，2 5T型客车曾经采用过这种便器装置。为了降低客车制造成本和简化设计结构，之后的25G 型客车厕所便器改用直通方式，25T型和高寒客车清水增压冲便装置逐步由国内自行设计的带便碗密封的纯机械式的脚踏水封联动机构取代，这种机构仅起到客车密封作用。
综观铁路客车的发展历程，我国自上世纪90年代开始陆续使用美国的水循环式集便装置、瑞典的EVAC真空集便装置、韩国的暂集式集便装置、美国的Monogram真空集便装置，目前我国设计制造的CRH2型高铁动车组客车上还采用了日本的增压冲水集便装置，CRH3型高铁动车组客车上采用了德国的暂集式真空集便装置。
美国的水循环式集便装置具有节水优点，但因无真空性能，需在污物箱中定期混合除臭剂来消除系统产生的异味，同时污水需通过漂白、过滤再回用，是依靠重力排放到便器下方的污物箱中，具有管理不便和使用成本高及便器位置布置受限污物箱的主要缺点。
瑞典的EVAC真空集便装置具有节水、真空性能、臭排性能等优点，但也有系统较复杂和设备成本高的主要缺点。系统动作主要以气动为主完成。
便携式存储韩国的暂集式集便装置具有结构较简单和价格较低廉及增压冲水的优点，但因无真空性能，需在污物箱中定期混合除臭剂来消除系统产生的异味，同样具有管理不便和使用成本高及便器位置布置受限污物箱的主要缺点。
美国的Monogram真空集便装置具有结构较简单、节水、真空性能、臭排性能等优点。系统动作主要以电动为主完成，与EVAC真空集便装置相比，可靠性略差些。
日本的增压冲水集便装置具有结构较简单及增压冲水的优点。但因无真空性能，需在污物箱中定期
混合除臭剂来消除系统产生的异味，同样具有管理不便和使用成本高及便器位置布置受限污物箱的主要缺点。
德国的暂集式真空集便装置具有节水、真空性能、臭排性能等优点，与EVAC、Monogram真空集便装置相比，最大的优点是真空集便系统中的污物管和污物箱内无保持真空，仅由设在便器附近20升左右的真空箱保持真空，所以系统真空密封可靠性好。
它们的共性是集便系统均配置污物箱集中收集粪便。目前我国铁路客车采用最多最广泛的集便装置是美国的Monogram真空集便装置，综合集便装置技术性能、性价比、结构形式及目前我国铁路路段维护保养技术掌握和基础设施的建立等方面比较，美国的Monogram真空集便装置较适合我国铁路客车厕所推广用集便装置，是今后统型的发展趋势。
从环境保护、高档客车使用性能和高铁动车组客车密封性要求高的角度出发考虑，采用集便装置具有如下一定的必要性：
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a)环保要求：目前我国铁路客车上的厕所基本上都是采用直排式，污物直接排放到铁路上。八十年代铁路环保部门曾对直排式厕所污染问题进行过专题调查，发现铁路线路路基、道床、枕木上长期粘有大肠杆菌、蛔虫卵等等，属于“强度”或“中强度”污染。特别是2003年春我国大范围流行SARS之后，国民环保意识加强，全国人大已对铁路客车污染问题开始关注，要求铁路部门尽快拿出解决方案。
b)铁路客车提速要求：随着铁路客车速度不断提高，车下转向架、制动缸、配电器、塞拉门脚蹬等部位受污物酸性腐蚀较严重，大大缩短其使用寿命，同时，列车高速运行时污物雾化后飞溅到车门、车窗上，影响客车外观。
c)高速列车的气密性要求：随着列车运行速度不断提高，列车运行中的空气动力学问题—降低列车空气阻力和空气压力波对车体结构、旅客舒适性的影响越来越引起人们的重视，当高速运行的列车交汇时压力波的变化会引起旅客感到不舒服，重则头晕、恶心。污物排放系统对气密性影响在高速列车中就是须解决问题之一。
d)城市间短途交通要求(动车)：随着社会不断发展，城市间交流越来越频繁，客车密度越来越大，如广深线、京津线、秦沈线、沪宁等，短编组高密度运行的动车越来越受青睐。随着我国人民生活质量不断提高，以及高速铁路迅速发展，密闭式厕所装置广泛使用势在必行。
近几年来，本公司生产的客车采用的集便装置以瑞典的EVAC真空集便装置和美国的Monogram真空集
便装置居多，先锋号“两动一拖”动车组采用了瑞典的EVAC真空集便装置、25T型客车和200Km/h 检测车采用了美国的Monogram真空集便装置、广局25T型轨道检查车采用了韩国的暂集式集便装置。正在研发的200Km/h高速客车采用了美国的Monogram真空集便装置。
下面主要就Monogram真空集便系统设计步骤、系统原理、系统组成进行重点介绍。
2设计步骤
2．1设计依据
2．1．1《技术规范》对集便系统的有关规定；
952022722．1．2总体设计、技术要求；
2．1．3相关技术标准的规定；
2．1．4同类车辆真空集便系统设计。
2．2 设计定位（设计方案确定）
2．2．1真空集便系统方式确定
目前真空集便系统最常见的有EVAC真空集便装置和Monogram真空集便装置两种方式。近几年EVAC 真空集便装置又衍生出暂集式真空集便装置等几种形式，真空集便系统方式确定主要根据客车设置档次、成本价格、使用维护习惯和机构建制状况等因素为原则。例如200km/h检测车和我公司研制开发的200Km/h高速客车，其真空集便系统选用的是Monogram真空集便装置，就是考虑到它价格相对低廉，国内各铁路局已习惯于它的使用维护，并且各车辆段关于Monogram真空集便装置检修机构建制也呈一定的规模状况。
测井车2．2．2真空集便系统方案确定
系统方案确定：系统方案一般是由客车内部厕所布置数量和分布的具体位置来决定的。车内只设置一套厕所的应确定一拖一式真空集便系统方案；车内两套厕所设置在同一端或间隔在10m以内的应优先采用一拖二真空集便系统方案，这样可以公用一个污物箱、一个操作盘和一个控制盘，这样可以大大降低客车制造成本；车内两套厕所设置在不同端或间隔在10m以上的应各采用一套一拖一真空集便系统方案，这样客车制造成本比较高，这是由真空集便器性能要求和设计结构决定的。对于车内设置多套厕所特殊情况的，例如高级包间客车及高级公务车之类的车种，可以采用一拖三、一拖四，最多可采用一拖五的真空集便系统方案，但要根据真空集便器产品说明要求进行方案确定。
在真空集便系统方案初步确定后，首先要进行真空集便系统原理论证，并在次基础上设计真空集便系统原理图，为施工设计阶段提供系统方案的可行性。
2．2．3重要部件确定
真空集便系统方式和系统方案确定后，要具体确定重要部件结构形式和相关设计参数。
污物箱要根据车体钢结构确定吊装方式，根据客车定员、运营管理要求设定污物箱容积；控制盘、操作盘、遥控操作机组需根据真空集便系统方案和厕所内部布置空间实际情况确定何种控制盘、操作盘、遥控操作机组。为保护蹲便器便碗机构各种外侵和防寒，需要设置具有防外侵和防寒的防护罩。 2．2．4冲便设施确定
冲便设施一般根据总体车内厕所的布置而定。车内一般有一蹲式厕所、一座式厕所、一蹲式和一座式厕所、两蹲式厕所、两座式厕所等几种情况。
2．2．5其它要求确定
真空集便系统设计过程中，必须考虑防寒、密封、方便操作等方面的技术要求。对于车下污物箱、
污物管和防护罩须作自控电伴热线防寒加热处理；污物管与车体地板之间一般需采用聚氨脂发泡剂进行密封处理；污物箱、控制盘、操作盘、遥控操作机、防护罩等重要部件设置，应充分考虑方便检查和维护，避免发生故障时无法处理而影响客车的正常运作。
2．3提出联系书
由于真空集便系统涉及范围广，对车体、车电、制动、给水等相关部分的设计关系均应全部确定并按要求提出联系书（包括结构要求、强度要求、焊接要求、电气接口、制动接口、供水接口、安装要求及相关技术参数等）。由于真空集便系统内容多且相对较复杂，为了给相关人员有个系统总体了解，一般在业务设计联系书中尚需附加真空集便系统原理图。
2．4完成设计
在施工设计过程中，一般要综合考虑到各设备配件所设置的部位、安装方式及便于维护检修和超限问题。对于常规客车要特别注意以往曾出现的问题是否已经整改。
3系统原理
3．1Monogram真空集便系统原理
真空集便系统通过真空发生器将污物箱抽成真空。利用文丘管原理，车辆压缩空气通过真空发生器内的喷射器将污物箱抽成负压，在污物箱和排便管内建立并保持一定的真空度。污物箱内真空度由真空发生器内的真空开关来控制，它让污物箱内始终保持7～9英寸汞拄(-23.7～-30.5Kpa)的真空度。
在此状态下，按一下按钮，通过电信号传入系统控制盘。系统控制将信号再传入遥控操作单元，冲洗控制单元动作，水阀打开，冲洗便器。30秒钟后，冲洗控制单元动作，排污闸阀关闭，水阀关闭，气
阀动作，水增压器膜板复位，水充满水增压器以便下次使用。如污物箱内真空度低于4英寸汞拄(-13.5Kpa)时，真空发生器内喷射器动作，将污物箱抽成真空直至9±1英寸汞拄(-30.5±3.4Kpa)负压。3．2一拖一式Monogram真空集便系统原理图举例说明
一拖一式Monogram真空集便系统原理见如下图1。微波感应模块
它反映了由一套一拖一式控制盘配置一套操作盘、一个污物箱控制一套便器。
如果需要一拖二式Monogram真空集便系统，就要在一拖一式Monogram真空集便系统配置的基础上将一拖一式控制盘更换为一拖若干多功能型控制盘，并增加一套遥控操作机组，其中操作盘和遥控操作机组主要分别控制各自的便器，操作盘比遥控操作机组仅多一个真空发生控制功能，从而达到一套控制盘控制两套厕所的目的。
如果需要一拖三式Monogram真空集便系统，就要在一拖二式Monogram真空集便系统配置的基础上再增加一套遥控操作机组，其中一套操作盘和两套遥控操作机组主要分别控制各自的便器，达到一套控制盘控制三套厕所的目的。
从而看出，遥控操作机组仅仅是为一拖若干式Monogram真空集便系统中操作盘控制需要进行配套的一个冲便组件。
图1一拖一式Monogram真空集便系统原理
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