胡溫清

摘要：針對(duì)鐵路機(jī)車整備上砂的現(xiàn)狀及存在問題，設(shè)計(jì)一種利用蓄電池作為動(dòng)力，結(jié)合電氣傳動(dòng)技術(shù)，可以調(diào)節(jié)、控制速度的車輛。它能縮短機(jī)車整備加砂環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備時(shí)間，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高管理效率，使機(jī)車能夠安全、高效、快速地完成上砂作業(yè)。

關(guān)鍵詞：機(jī)車整備;加砂車設(shè)計(jì);控制器;電機(jī)

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）07-0157-02

機(jī)車整備就是機(jī)車運(yùn)用前進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)檢查和保養(yǎng)的準(zhǔn)備工作，使其具備良好的技術(shù)狀態(tài)。主要內(nèi)容包括給油（脂）和上砂。上砂亦稱加砂，是為了提高機(jī)車車輪與鋼軌間的粘著系數(shù)，增大粘著牽引力，防止車輪空轉(zhuǎn)、打滑，以免造成坡停事故及擦傷車輪和軌面。機(jī)車用砂成份中二氧化硅的含量不能少于60%，不能有金屬化合物或具有水硬性的成份及異物。

1鐵路機(jī)車整備上砂現(xiàn)狀

1.1手推車加砂

手推車是依靠人力推、拉搬運(yùn)的車輛。短距離搬運(yùn)十分方便，但當(dāng)機(jī)車整備數(shù)量上升，需要跨道作業(yè)時(shí)，操作過程比較困難，勞動(dòng)強(qiáng)度增大，耗時(shí)費(fèi)力。依據(jù)《鐵路內(nèi)燃機(jī)車機(jī)務(wù)設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，機(jī)車砂箱內(nèi)應(yīng)裝滿規(guī)定粒度的干燥細(xì)砂。手推車采用半封閉式料箱，砂子易受到風(fēng)雪等極端天氣的影響，運(yùn)送中易撒漏及產(chǎn)生粉塵。并且砂子受潮后會(huì)相互粘結(jié)在一起形成板結(jié)狀態(tài)，造成撒砂器堵塞不撒砂，增加乘務(wù)員的工作量及難度。

1.2固定式氣力輸送加砂

固定式機(jī)車加砂氣力輸送系統(tǒng)采用PLC程序控制，由渦流式發(fā)送罐輸送至貯存砂塔，后經(jīng)輸砂管將砂送到加砂平臺(tái)兩側(cè)的砂塔，每個(gè)砂塔均設(shè)置溜管及加砂槍。機(jī)車需要調(diào)車員進(jìn)行多次變道，才能將機(jī)車停放在專門的整備平臺(tái)進(jìn)行加砂作業(yè)。在頻繁使用過程中，氣壓罐氣力輸砂會(huì)發(fā)生輸送管堵塞、磨損，容易造成拆裝不便、密封不嚴(yán)。輸送帶易受砂礫摩擦產(chǎn)生粉狀、粒狀或龜裂碎料，烘砂裝置難以過篩，會(huì)將有害雜質(zhì)輸入機(jī)車砂箱，直接影響機(jī)車牽引力的發(fā)揮，減少使用壽命，增加維修成本。

2鐵路機(jī)車整備電控加砂車設(shè)計(jì)分析

裝卸機(jī)械是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的重要設(shè)備。電控加砂車作為一種服務(wù)于鐵路機(jī)車整備的半自動(dòng)化輕型機(jī)動(dòng)車輛。它設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)牢固、易于操作、便于跨道作業(yè)。在某些特殊場(chǎng)地還可用作普通電動(dòng)車進(jìn)行裝載、搬運(yùn)貨物。

電控加砂車由料斗、底盤、萬向輪及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。其中料斗屬于物料輸送部件，是一種接料斗;底盤屬于運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有承載作用和移動(dòng)功能;萬向輪屬于活動(dòng)腳輪，它的結(jié)構(gòu)允許水平360。旋轉(zhuǎn);驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)屬于動(dòng)力系統(tǒng)，它的儲(chǔ)能動(dòng)力源是蓄電池;輸送系統(tǒng)屬于物料輸送單元，是將砂子進(jìn)一步提供給與之相連的傳輸裝置實(shí)現(xiàn)傳遞功能;控制系統(tǒng)屬于電氣控制系統(tǒng)，它的作用是保持和改變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可變量，使之達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1料斗設(shè)計(jì)

料斗是一種用于轉(zhuǎn)運(yùn)物料的承載構(gòu)件。采用立式布置，外形呈長(zhǎng)方體，內(nèi)形呈V型，其橫截面為梯形結(jié)構(gòu)。殼體的上端設(shè)有開口，為進(jìn)料口;下端為封閉式料倉(cāng)蓋，為出料口。封蓋采用錳鋼制成，設(shè)有通孔，用于固定攪輪傳動(dòng)裝置。錳鋼是一種高強(qiáng)度的抗磨鋼，主要用于需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣的工況條件，既堅(jiān)硬又富有韌性。

2.2底盤設(shè)計(jì)

底盤設(shè)計(jì)的目的是提高車輛的行駛性能。底盤采用穿插構(gòu)造設(shè)計(jì)，綜合力學(xué)性能好，上下布局，承載能力優(yōu)于傳統(tǒng)平板車。它包括車架、蓋板、底架和H型固定手柄等部件。

2.3萬向輪設(shè)計(jì)

萬向輪是非常重要的推車配件，萬向輪的選擇對(duì)推車的質(zhì)量有著非常重要的作用。通常車輪直徑越大越容易推動(dòng)，荷重能力也愈大。設(shè)計(jì)選擇十寸重型橡膠輪，單只載重800kg，轉(zhuǎn)動(dòng)更加平緩穩(wěn)定，為車輛移動(dòng)或轉(zhuǎn)彎提供良好的輔助作用。其輪面寬度70mm，輪子直徑250mm，可降低轉(zhuǎn)彎側(cè)翻概率，提高運(yùn)輸?shù)陌踩?。萬向輪作為移動(dòng)部件，安裝在底盤車架左側(cè)底部的位置，方便操作人員確定駕駛方向。萬向輪包括滾輪、輪支架、安裝板等部件。

2.4驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)加砂車的主要系統(tǒng)之一，其作用是將存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，繼而使電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，最后傳到車輪的整個(gè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中。采用直流無刷電機(jī)，可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但特性上交流電機(jī)若要達(dá)到相當(dāng)于直流電機(jī)的性能，須用復(fù)雜的控制技術(shù)才能達(dá)到。電機(jī)采用的是無級(jí)調(diào)速，小車行走速度可調(diào)，可與人的行走速度保持一致性。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用單電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)，它包括蓄電池、一體后橋總成和車輪等部件。蓄電池采用48V/20A鋰電池，環(huán)保節(jié)能，并具有較長(zhǎng)的續(xù)航里程;一體后橋總成屬于電車底盤驅(qū)動(dòng)裝置，差速電機(jī)和后橋一體，由電機(jī)側(cè)蓋與后橋半軸密封連接，由電機(jī)的差速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)后橋半軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并由后橋半軸帶動(dòng)兩端的車輪行駛，使電動(dòng)車的底盤在傳動(dòng)中減少了阻力，易于操作。電機(jī)選用直流電機(jī)，最大功率800W，能提供穩(wěn)定的動(dòng)力輸出，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，且易于控制，無噪音，可靠性較高，最大行走速度為5.5km/h。蓄電池采用飽和充電方式，以確保蓄電池較長(zhǎng)的使用壽命，并且可在任何地方進(jìn)行充電;車輪采用充氣橡膠輪，具有耐壓、防滑、減震的特性，其輪胎外徑350mm，輪子厚度70mm，軸承內(nèi)徑20mm，軸承選用6204碳鋼軸承，它屬于深溝球軸承系列，具有較強(qiáng)的承擔(dān)徑向載荷能力，輪胎橡膠含量高、耐磨、載重力大，主適用摩托車、倉(cāng)庫(kù)手推車等。

2.5輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸送系統(tǒng)是承擔(dān)電控加砂車加砂自動(dòng)化傳輸?shù)闹匾到y(tǒng)。它主要包括攪輪傳動(dòng)裝置、攪輪電機(jī)及加砂管三大部件。攪輪傳動(dòng)裝置包括輸送管體、攪輪。輸送管體包括管體、砂料端口和端蓋。管體相對(duì)內(nèi)側(cè)設(shè)置攪輪，且連通輸送管體上下兩端;砂料端口為外螺紋緊固件，與墊圈壓接緊固在管體上端，這種連接件使用方便，安全可靠，常用于緊固件連接;端蓋為砂料端口密封蓋，其內(nèi)壁設(shè)置有耐磨層，減緩攪輪傳動(dòng)的磨損強(qiáng)度。攪輪與攪輪電機(jī)連接，攪輪可以使攪拌更充分，減輕電機(jī)負(fù)擔(dān)，它包括攪拌轉(zhuǎn)軸、螺旋導(dǎo)料葉及導(dǎo)料通道。轉(zhuǎn)軸設(shè)于輸送管體中心位置。螺旋導(dǎo)料葉螺旋式設(shè)于轉(zhuǎn)軸周圍，主要起攪拌與導(dǎo)料的作用;導(dǎo)料通道是由轉(zhuǎn)軸和螺旋導(dǎo)料葉形成的輸送管體內(nèi)部剩余空間，即砂料的傳輸通道。

2.6控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是電控加砂車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)的動(dòng)力輸入直接供給控制器?？刂葡到y(tǒng)安裝在H型固定手柄上端?？刂破饔脕砜刂齐姍C(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、進(jìn)退、速度、停止。小車電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)其控制算法的復(fù)雜程度，選擇合適的微處理器系統(tǒng)。小車控制方式簡(jiǎn)單實(shí)用，大大降低了開發(fā)成本和后期維護(hù)成本。同時(shí)還設(shè)計(jì)了集成電量顯示，提醒操作者及時(shí)充電。設(shè)計(jì)保護(hù)電路避免過載燒毀電機(jī)，具有DSP控制功能。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片可以滿足一些輔助系統(tǒng)電機(jī)控制需求。對(duì)小車電動(dòng)機(jī)控制器而言，在大電流、高頻開關(guān)狀態(tài)下，從電解電容到功率開關(guān)模塊的雜散電感對(duì)功率回路的能耗、模塊上的尖峰電壓影響較大，因而采用層疊式母線基板，使電路的雜散電感盡可能小，以適應(yīng)控制系統(tǒng)低電壓、大電流工作的特點(diǎn)。它包括電源開關(guān)、調(diào)速開關(guān)、控制器、握把總成、駐車手剎等部件。

3鐵路機(jī)車整備電控加砂車的運(yùn)用

電控加砂車以電力驅(qū)動(dòng)替代人力手推車的一種搬運(yùn)車輛。它的總質(zhì)量240kg，設(shè)計(jì)高度僅1.5m，能提供良好的視野范圍，外觀精巧、結(jié)構(gòu)緊湊，符合機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的安全、環(huán)保、節(jié)能等標(biāo)準(zhǔn)和要求。具有轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、運(yùn)行平穩(wěn)、載重較大、續(xù)行里程長(zhǎng)、還能爬坡作業(yè)的特點(diǎn)。其充電時(shí)間約6～8小時(shí)，連續(xù)工作時(shí)間約8～10小時(shí)。

機(jī)車整備加砂時(shí)，可用握把控制方向，轉(zhuǎn)把控制車速將加砂車平穩(wěn)的行駛到指定區(qū)域。手剎限制車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，防止溜車。當(dāng)砂料裝載完成后，將加砂車行駛到整備機(jī)車的各砂箱處，將加砂管放入砂箱內(nèi)，操作調(diào)速開關(guān)控制攪輪傳輸砂量的速度，自動(dòng)完成卸砂操作。也可當(dāng)作普通電動(dòng)車裝載貨物，例如：機(jī)車閘瓦、電機(jī)碳刷及輪軌潤(rùn)滑油脂等機(jī)車整備所需物資。它不僅能減輕加砂工依靠手推車搬運(yùn)的疲勞強(qiáng)度，還可減少乘務(wù)員參與作業(yè)的范圍，從而縮短機(jī)車整備時(shí)間。

電控加砂車是流動(dòng)式裝卸搬運(yùn)機(jī)械在實(shí)際生產(chǎn)過程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。它的操作非常人性化，簡(jiǎn)單靈活，穩(wěn)定可靠。結(jié)合機(jī)車整備現(xiàn)狀來看，它能適應(yīng)各種環(huán)境，對(duì)提升機(jī)車整備質(zhì)量，加強(qiáng)鐵路運(yùn)輸裝卸機(jī)械運(yùn)用管理水平而言，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

電控加砂車節(jié)能環(huán)保，通過通道上砂，使得工作中揚(yáng)塵減少，防止污染。配置專用加砂管和專用吸砂裝置，采用快速接頭聯(lián)接，操作便捷。給機(jī)車上砂，只需簡(jiǎn)單開關(guān)旋鈕及調(diào)整加砂管，即可進(jìn)行加砂，大大提成整備速度與質(zhì)量。另外操作簡(jiǎn)單，一人即可完成上砂作業(yè)。也可以在上砂作業(yè)過程中，通過對(duì)砂箱的觀察，即可對(duì)上砂量、上砂時(shí)間等進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。

4結(jié)語(yǔ)

隨著鐵路運(yùn)輸向重載、高速方向的發(fā)展，機(jī)車整備貫穿了整個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)車整備作業(yè)全過程的卡控及安全管理，除了明確整備作業(yè)范圍外，還要廣泛應(yīng)用新技術(shù)，不斷完善設(shè)備性能，這樣才能有效地提升整備質(zhì)量。電控加砂車設(shè)計(jì)是在現(xiàn)有技術(shù)上的優(yōu)化運(yùn)用，對(duì)推進(jìn)鐵路發(fā)展具有重要的意義。