丁莉

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司機(jī)械環(huán)工處，天津　300142)

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移動(dòng)上砂小車(chē)在動(dòng)車(chē)組列車(chē)與機(jī)車(chē)整備作業(yè)中的應(yīng)用研究

丁莉

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司機(jī)械環(huán)工處，天津300142)

摘要:針對(duì)整備加砂作業(yè)中存在的高污染、大強(qiáng)度、低效率的問(wèn)題，將氣力輸送技術(shù)與電動(dòng)駕駛小車(chē)技術(shù)相結(jié)合，研究移動(dòng)加砂工藝、移動(dòng)上砂小車(chē)，及其在動(dòng)車(chē)組列車(chē)和機(jī)車(chē)加砂作業(yè)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)狹小空間安全、環(huán)保、高效的連續(xù)加砂作業(yè)，可完全替代原始的人工推小車(chē)加砂作業(yè)。

關(guān)鍵詞:移動(dòng)上砂小車(chē);整備加砂作業(yè);移動(dòng)加砂工藝;動(dòng)車(chē)組;應(yīng)用

1　概述

整備加砂作業(yè)起始于普速客貨運(yùn)機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)在牽引過(guò)程中為保證安全減速制動(dòng)需要撒砂系統(tǒng)向輪軌間撒砂以增加阻力，因此，機(jī)車(chē)回段首要的整備作業(yè)是將砂箱充滿。早期的機(jī)車(chē)加砂作業(yè)由于運(yùn)量不大機(jī)車(chē)較少，機(jī)車(chē)在入段(走行)線，或人工推著小車(chē)加砂，或采用壓力輸送到高位自流加砂，受上砂效率影響人工加砂對(duì)集中到達(dá)的機(jī)車(chē)入段影響較大，受砂型(黃砂)規(guī)格影響壓力輸送設(shè)備磨損嚴(yán)重。隨著高速鐵路和客貨運(yùn)量的快速發(fā)展，鐵路客運(yùn)動(dòng)車(chē)組進(jìn)入了快速遞增，普速客貨運(yùn)機(jī)車(chē)進(jìn)入更新?lián)Q代的發(fā)展階段，與之匹配的砂型更換為成品砂。對(duì)于朝發(fā)夕至的客運(yùn)動(dòng)車(chē)組晚間集中入動(dòng)車(chē)段(所)檢查庫(kù)整列進(jìn)行加砂整備，對(duì)于客貨運(yùn)機(jī)車(chē)一個(gè)交路長(zhǎng)度即入機(jī)務(wù)(折返)段整備場(chǎng)(棚內(nèi))加砂整備，整備后即出段擔(dān)當(dāng)下一個(gè)交路，高頻率大作業(yè)量的加砂整備需求，以及成品砂的使用，有必要研制新的加砂設(shè)備［1］。

2009年鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院與湖北遠(yuǎn)程科技有限公司聯(lián)合，將氣力輸送技術(shù)與電動(dòng)駕駛小車(chē)相結(jié)合，研究移動(dòng)式加砂新設(shè)備，并于2010年開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于客運(yùn)動(dòng)車(chē)組的整備作業(yè)中，2011年通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于客貨運(yùn)機(jī)車(chē)的整備作業(yè)中，完成了從初級(jí)的人工加砂到機(jī)械化的移動(dòng)上砂小車(chē)加砂的跨越。目前新的自動(dòng)輸送系統(tǒng)加砂正在研制中。

2　目前整備加砂工藝需求

(1)加砂作業(yè)需求

客運(yùn)動(dòng)車(chē)組的整備加砂作業(yè)要求整列動(dòng)車(chē)組進(jìn)檢查庫(kù)后，在檢查臺(tái)位兩側(cè)按編組不解體順序進(jìn)行加砂作業(yè)，加砂作業(yè)在作業(yè)平臺(tái)的下面，加砂作業(yè)移動(dòng)范圍為整列動(dòng)車(chē)組長(zhǎng)度，加砂作業(yè)集中在夜間與保潔、檢查等作業(yè)同步。根據(jù)作業(yè)要求若有清理砂箱(吸砂)作業(yè)應(yīng)在加砂作業(yè)之前。

客貨運(yùn)機(jī)車(chē)的整備加砂作業(yè)要求機(jī)車(chē)進(jìn)入整備棚后，在整備臺(tái)位兩側(cè)順序進(jìn)行加砂作業(yè)，加砂作業(yè)在作業(yè)平臺(tái)的下面，加砂作業(yè)移動(dòng)范圍為機(jī)車(chē)長(zhǎng)度，加砂作業(yè)要求隨機(jī)車(chē)入段既加既走出段且與整備、檢查等作業(yè)同步。根據(jù)作業(yè)要求若有清理砂箱(吸砂)作業(yè)應(yīng)在加砂作業(yè)之前［2］。

(2)庫(kù)(棚)內(nèi)布局要求(圖1、圖2)

動(dòng)車(chē)組檢查庫(kù):根據(jù)停車(chē)線數(shù)不同一般設(shè)計(jì)要求庫(kù)長(zhǎng)按16輛編組，庫(kù)寬按線間距7.0～8.5 m。

機(jī)車(chē)整備棚:根據(jù)整備線數(shù)不同、機(jī)型不同一般設(shè)計(jì)要求棚長(zhǎng)大于機(jī)車(chē)長(zhǎng)度，棚寬按機(jī)型不同線間距6.0～7.5 m。

每條停車(chē)(整備)線兩側(cè)設(shè)置三層整備作業(yè)平臺(tái)，上砂小車(chē)位于一層地面且穿梭于平臺(tái)立柱之間，受空間限制上砂小車(chē)應(yīng)滿足機(jī)動(dòng)靈活、小尺寸、小轉(zhuǎn)彎的使用要求。

圖1　動(dòng)車(chē)組檢查庫(kù)剖面(單位:mm)

3　目前整備加砂工藝(作業(yè))存在的問(wèn)題

多年來(lái)由于技術(shù)滯后，大部分機(jī)務(wù)(折返)段由于管道磨損嚴(yán)重，致使壓力輸送加砂設(shè)備長(zhǎng)期放置無(wú)法使用，加砂作業(yè)始終采用人工加砂作業(yè)，灰塵大污染環(huán)境，有害灰塵傷害人體健康，勞動(dòng)強(qiáng)度大作業(yè)效率低，而動(dòng)車(chē)組砂箱體積小但數(shù)量多，機(jī)車(chē)砂箱體積大數(shù)量少，采用原始的人工加砂作業(yè)很難適應(yīng)目前這種大編組動(dòng)車(chē)組和機(jī)車(chē)高頻度加砂需求。

4　移動(dòng)上砂小車(chē)加砂工藝研究

4.1氣力輸送的基本原理

氣力輸送的基本原理是根據(jù)物料的特性，通過(guò)氣流與物料混合達(dá)到一定的比例，將物料在密閉的管道中按照一定的走向送到指定的砂箱(罐)中。氣力輸送分為正壓輸送和負(fù)壓輸送兩大類(lèi)。

正壓輸送:是氣力輸送系統(tǒng)的最基本形式，利用系統(tǒng)起點(diǎn)的風(fēng)機(jī)，將高于大氣壓的壓縮空氣通入輸送系統(tǒng)，物料定量送入高速運(yùn)行的氣流中，在氣流的帶動(dòng)下，物料到達(dá)輸送系統(tǒng)終點(diǎn)，經(jīng)過(guò)濾后空氣與物料分離排入大氣中。

負(fù)壓輸送:利用輸送系統(tǒng)終點(diǎn)的風(fēng)機(jī)抽吸系統(tǒng)內(nèi)的空氣，在系統(tǒng)中形成低于大氣壓的負(fù)壓氣流，物料與空氣一起從吸嘴進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)并隨氣流到達(dá)終點(diǎn)，經(jīng)過(guò)濾分離將空氣排入大氣中［3］。

4.2氣力輸送裝置的要求

若滿足動(dòng)車(chē)組或機(jī)車(chē)庫(kù)(棚)內(nèi)補(bǔ)砂、加砂、卸砂的要求，氣力輸送裝置應(yīng)具備如下特點(diǎn):

(1)物料應(yīng)在密閉管道內(nèi)輸送，粉塵應(yīng)有回收裝置;

(2)氣控系統(tǒng)可隨補(bǔ)砂、加砂、卸砂功能調(diào)整［4］;

(3)加砂系統(tǒng)、砂槍可隨機(jī)型不同、加砂量不同定型匹配［5］;

(4)加砂軟管可適應(yīng)不同高度和距離的砂箱口加砂。

4.3電動(dòng)駕駛小車(chē)的要求

為滿足動(dòng)車(chē)組及機(jī)車(chē)整備作業(yè)要求，移動(dòng)小車(chē)應(yīng)具備如下特點(diǎn):

(1)車(chē)身自重應(yīng)與承載加砂系統(tǒng)相匹配，轉(zhuǎn)彎半徑小，外形尺寸、外觀顏色應(yīng)與使用環(huán)境相匹配;

(2)大容量鉛酸電池系統(tǒng)，動(dòng)力強(qiáng)勁，使用壽命長(zhǎng)［6］;

(3)自駕駛，無(wú)極變速，低噪聲，免維護(hù)，整車(chē)使用壽命長(zhǎng);

(4)控制器先用進(jìn)口件，性能穩(wěn)定，功耗低;

(5)車(chē)身外殼采用汽車(chē)專(zhuān)用耐磨材料，抗老化，抗撞擊。

4.4移動(dòng)小車(chē)的加砂工藝

將氣力輸送裝置與電動(dòng)駕駛小車(chē)相結(jié)合組成移動(dòng)加砂小車(chē)，利用正壓輸送的原理，將型砂加(補(bǔ))到動(dòng)車(chē)組、機(jī)車(chē)兩側(cè)的儲(chǔ)砂箱里，根據(jù)同時(shí)加砂的動(dòng)車(chē)組或機(jī)車(chē)數(shù)量，配備同等數(shù)量的移動(dòng)加砂小車(chē)，可保證整備作業(yè)時(shí)間。通過(guò)變換氣動(dòng)系統(tǒng)將起點(diǎn)風(fēng)機(jī)變?yōu)榻K點(diǎn)風(fēng)機(jī)，利用負(fù)壓輸送的原理，完成動(dòng)車(chē)組或機(jī)車(chē)兩側(cè)砂箱內(nèi)的余砂吸出。

動(dòng)車(chē)組及機(jī)車(chē)加砂作業(yè)流程:地面站補(bǔ)充型砂到移動(dòng)上砂小車(chē)儲(chǔ)砂罐——小車(chē)自行進(jìn)入檢修庫(kù)(整備棚)停在動(dòng)車(chē)組或機(jī)車(chē)兩側(cè)的儲(chǔ)砂箱傍邊——啟動(dòng)加砂控制裝置完成加(補(bǔ))砂作業(yè)——進(jìn)入下一組砂箱重復(fù)加砂作業(yè)直至完成整個(gè)動(dòng)車(chē)組或機(jī)車(chē)的加(補(bǔ))砂作業(yè)。

動(dòng)車(chē)組及機(jī)車(chē)卸砂作業(yè)流程:小車(chē)自行進(jìn)入檢修庫(kù)(整備棚)停在動(dòng)車(chē)組或機(jī)車(chē)兩側(cè)的儲(chǔ)砂箱旁邊——啟動(dòng)吸砂控制裝置完成吸砂作業(yè)——進(jìn)入下一組砂箱重復(fù)吸砂作業(yè)直至完成整個(gè)動(dòng)車(chē)組或機(jī)車(chē)的清理砂箱作業(yè)。作業(yè)中的移動(dòng)上砂小車(chē)見(jiàn)圖3。

圖3　作業(yè)中的移動(dòng)上砂小車(chē)

5　移動(dòng)上砂小車(chē)主要設(shè)備、技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)

5.1主要設(shè)備組成

根據(jù)動(dòng)車(chē)組、機(jī)車(chē)的加(補(bǔ))砂作業(yè)特點(diǎn)，客運(yùn)動(dòng)車(chē)組的加砂量比較小，主要為補(bǔ)砂，貨運(yùn)機(jī)車(chē)的加砂量大，作業(yè)時(shí)間短，移動(dòng)上砂小車(chē)根據(jù)不同的整備作業(yè)特點(diǎn)配置不同的電動(dòng)車(chē)和加砂系統(tǒng)，其中加砂系統(tǒng)主要包括:儲(chǔ)砂罐、高壓風(fēng)機(jī)、輸砂管、切換閥、進(jìn)出風(fēng)口、加砂槍和控制系統(tǒng)。

5.2主要技術(shù)參數(shù)

(1)充電電源AC 220V;

(2)電池鉛酸蓄電池;

(3)功率3～5 kW;

(4)行進(jìn)速度≤20 km/h;

(5)轉(zhuǎn)彎半徑≤2.0 m;

(6)載砂容量600～1 000 L;

(7)上砂速度15～20 kg/min;

(8)卸砂速度10 kg/min;

(9)連續(xù)工作時(shí)間8 h;

(10)蓄電池壽命不低于5年;

(11)外形尺寸≤長(zhǎng)2 600 mm×寬1 200 mm×高1 960 mm。

5.3主要性能特點(diǎn)

(1)上砂小車(chē)為成品石英砂上砂作業(yè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，并具備卸砂功能以滿足砂箱清理的需要。車(chē)身設(shè)計(jì)充分考慮了整備臺(tái)位的通過(guò)性能，車(chē)上所有系統(tǒng)均以車(chē)載蓄電池為能源。

(2)根據(jù)不同的機(jī)型配套不同的電動(dòng)車(chē)、儲(chǔ)砂罐、高壓風(fēng)機(jī)、輸砂管、切換閥、進(jìn)出風(fēng)口、加砂槍及控制系統(tǒng)。

(3)配備防雨司機(jī)室及前視燈、轉(zhuǎn)向燈、后視鏡，儲(chǔ)砂罐外有玻璃鋼護(hù)罩，防塵防水［10］。

(4)砂槍掛于司機(jī)室側(cè)面，操作者駕駛小車(chē)停于動(dòng)車(chē)組(機(jī)車(chē))砂箱附近，不必下車(chē)即可取用上砂槍進(jìn)行上砂作業(yè)，一臺(tái)機(jī)車(chē)加滿砂時(shí)間≤7 min，砂滿自動(dòng)停止。

(5)設(shè)備采用多級(jí)空氣過(guò)濾裝置，一是對(duì)進(jìn)入的空氣進(jìn)行過(guò)濾，以防止外界空氣中的水汽和塵土污染砂料;二是負(fù)壓吸取機(jī)車(chē)砂箱內(nèi)可能存在的揚(yáng)塵;三是對(duì)排入環(huán)境的空氣進(jìn)行過(guò)濾，不會(huì)污染工作環(huán)境。設(shè)備采用高性能風(fēng)機(jī)同時(shí)配備消聲器，工作噪聲低［7］。

5.4上砂、補(bǔ)砂作業(yè)操作流程

加砂作業(yè)的操作流程見(jiàn)圖4。

圖4　加砂作業(yè)操作流程

補(bǔ)砂作業(yè)的操作流程見(jiàn)圖5。

6　移動(dòng)小車(chē)加砂方式對(duì)整備(工藝)作業(yè)的改進(jìn)

移動(dòng)上砂小車(chē)是專(zhuān)用于動(dòng)車(chē)運(yùn)用所檢查庫(kù)內(nèi)動(dòng)車(chē)組的整備加砂和機(jī)務(wù)(折返)段整備棚內(nèi)機(jī)車(chē)的整備加砂，具有機(jī)動(dòng)靈活、密封環(huán)保、氣力可調(diào)、操控簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是室內(nèi)整備作業(yè)首選的整備設(shè)備。實(shí)現(xiàn)了無(wú)塵化加砂、無(wú)害化環(huán)保、連續(xù)高效率的加砂作業(yè)。從運(yùn)用實(shí)際看，客運(yùn)動(dòng)車(chē)組加砂作業(yè)集中、作業(yè)范圍大，客貨運(yùn)機(jī)車(chē)加砂作業(yè)頻繁、作業(yè)時(shí)間要求短，移動(dòng)上砂小車(chē)根據(jù)不同的作業(yè)需求配置不同的氣力系統(tǒng)和砂罐砂槍?zhuān)瑢?shí)現(xiàn)了安全、環(huán)保、高效的加砂作業(yè)，移動(dòng)上砂小車(chē)上砂較人工上砂，作業(yè)人員減少一半，效率提高50%，大大提高了客運(yùn)動(dòng)車(chē)組和普速客貨運(yùn)機(jī)車(chē)的運(yùn)用效率。

用于客貨運(yùn)機(jī)車(chē)的機(jī)務(wù)上砂槍和機(jī)務(wù)上砂車(chē)2015年獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū)和外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利證書(shū)［8，9］。

圖5　補(bǔ)砂作業(yè)操作流程

7　移動(dòng)上砂小車(chē)主要應(yīng)用實(shí)例及效果

(1)動(dòng)車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例

在動(dòng)車(chē)領(lǐng)域移動(dòng)上砂小車(chē)主要應(yīng)用特點(diǎn)是補(bǔ)砂，一次補(bǔ)砂量少，但補(bǔ)砂點(diǎn)多，配備的移動(dòng)上砂小車(chē)體積小，速度較高，截止到2014年底已成功應(yīng)用于哈爾濱、沈陽(yáng)、北京、上海、濟(jì)南、呼和浩特、南昌、烏魯木齊、西安、太原、蘭州、青藏等鐵路局(鐵路公司)等23家單位，計(jì)51臺(tái)(套)。

(2)機(jī)車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例

在機(jī)車(chē)領(lǐng)域移動(dòng)上砂小車(chē)主要應(yīng)用特點(diǎn)是加砂，一次加砂量大，但加砂點(diǎn)少，配備的移動(dòng)上砂小車(chē)體積大，速度較低，截至到2015年3月已成功應(yīng)用于沈陽(yáng)、北京、武漢、烏魯木齊、青藏等鐵路局(鐵路公司)等17家單位，計(jì)41臺(tái)(套)。

(3)應(yīng)用效果

從實(shí)際應(yīng)用看，移動(dòng)上砂小車(chē)替代了繁重的人力小推車(chē)運(yùn)砂、人工一鏟一鏟加砂的原始作業(yè)，解決了人力緊張與作業(yè)效率的矛盾，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保連續(xù)的加砂作業(yè)，得到了動(dòng)車(chē)段(運(yùn)用所)機(jī)務(wù)段(折返段)等使用單位的高度認(rèn)可［10］。

8　結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)上砂小車(chē)，綜合了氣力輸送技術(shù)和電動(dòng)駕駛小車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，研究過(guò)程充分考慮了動(dòng)車(chē)組和機(jī)車(chē)整備作業(yè)的實(shí)際需求，研制了集自行駕駛、氣力可控、自動(dòng)加砂于一體的既經(jīng)濟(jì)環(huán)保又方便適用的整備設(shè)備，可完全替代人力手推小車(chē)加砂作業(yè)，特別適合于室內(nèi)狹小空間作業(yè)，并廣泛應(yīng)用于動(dòng)車(chē)組列車(chē)與客貨運(yùn)機(jī)車(chē)的整備作業(yè)中，應(yīng)用效果前景廣泛。但隨著移動(dòng)上砂小車(chē)越來(lái)越多的應(yīng)用，也反映出一些問(wèn)題。

(1)有些機(jī)務(wù)段機(jī)型較雜，不同機(jī)型的砂箱口形狀與加砂槍的匹配要求不同，存在加砂過(guò)程密封不嚴(yán)，部分粉塵外溢的問(wèn)題。

(2)對(duì)于寒冷地區(qū)，移動(dòng)小車(chē)動(dòng)力蓄電池耐寒較差。

針對(duì)機(jī)型雜、砂箱口密封問(wèn)題，建議機(jī)務(wù)段進(jìn)行砂箱口通用化改造，以匹配砂槍密封帽，或隨機(jī)型更換砂槍密封帽，但會(huì)影響上砂作業(yè)效率。針對(duì)寒冷地區(qū)蓄電池耐寒問(wèn)題，建議增加移動(dòng)上砂小車(chē)功能，工藝設(shè)計(jì)中配備地面電源供電方式，解決冬季移動(dòng)上砂小車(chē)整備作業(yè)供電問(wèn)題［11］。

近年來(lái)，隨著整備設(shè)備的不斷發(fā)展創(chuàng)新，新的固定式自動(dòng)輸送上砂系統(tǒng)正在研制中［12］。相比于固定式上砂系統(tǒng)，從機(jī)動(dòng)性、性價(jià)比上移動(dòng)式上砂小車(chē)都有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)技術(shù)，完善結(jié)構(gòu)，更加環(huán)保、適用的新一代上砂小車(chē)將越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。

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Application of Movable Sand Feeding Car in EMU and Locomotive Servicing

DING Li
(Mechanical and Environment Engineering Design Department，The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300142，China)

Abstract:In order to solve the problems of high pollution，high strength and low efficiency in servicing and sand feeding，this paper studies the movable sand feeding techniques and the movable sand feeding car in the light of the combination of pneumatic transmission and motor car and their application in EMU and locomotives.Study results show that the movable sand feeding car can fulfill sand feeding safely，effectively and environmental friendly in a narrow indoor space and can completely replace the original manual operation.

Key words:Movable sand feeding car; Service sand feeding; Movable sand feeding; EMU; Application

作者簡(jiǎn)介:丁莉(1961—)，女，高級(jí)工程師，1983年畢業(yè)于天津輕工業(yè)學(xué)院機(jī)械專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:DL610819@ sina.com。

收稿日期:2015-08-11;修回日期:2015-08-30

文章編號(hào):1004-2954(2016) 03-0159-04

中圖分類(lèi)號(hào):U269.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10.13238/j.issn.1004－2954.2016.03.033