TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置在集通鐵路（集團(tuán)）公司配屬機(jī)車(chē)上的應(yīng)用

陳 寧，張凌毅，陳賽清

（1 神華集團(tuán)公司 神木北機(jī)務(wù)段，陜西神木719216；2 內(nèi)蒙古集通集團(tuán)公司 錫林浩特機(jī)務(wù)段，內(nèi)蒙古錫林浩特026000）

集通鐵路地處內(nèi)蒙古高原，下設(shè)大板、錫林浩特兩個(gè)機(jī)務(wù)段，共計(jì)配屬內(nèi)燃機(jī)車(chē)201臺(tái)，其中錫林浩特機(jī)務(wù)段擔(dān)當(dāng)?shù)摹板a林浩特—多倫”線路狀況環(huán)境惡劣，地處位置海拔1 200m，年無(wú)霜期僅100多天，氣候寒冷，風(fēng)、雪、沙塵大，坡道大（縱斷面坡道6‰—12‰），冬季氣候寒冷，鋼軌結(jié)霜嚴(yán)重，機(jī)車(chē)在長(zhǎng)大坡道運(yùn)行所用沙量大，給運(yùn)輸安全生產(chǎn)帶來(lái)很大影響。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)鐵路部門(mén)解決因黏著系數(shù)變小而產(chǎn)生車(chē)輪空轉(zhuǎn)、滑行的對(duì)策是采用簡(jiǎn)單的撒沙方法，即把干燥的天然砂以簡(jiǎn)單的方式撒在車(chē)輪踏面和軌面之間。隨著我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)不斷提速，為了確保列車(chē)的運(yùn)輸安全，輪軌黏著技術(shù)裝備（即TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置），該裝置的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)撒沙的諸多弊端，對(duì)于神華集團(tuán)公司重載運(yùn)輸，節(jié)支降耗，保護(hù)環(huán)境都有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 機(jī)車(chē)傳統(tǒng)撒沙方式的缺點(diǎn)

目前，我國(guó)鐵路機(jī)車(chē)防滑增黏普遍采用的撒沙措施，即在自動(dòng)撒沙或司機(jī)人工操控下，以簡(jiǎn)單的方式把干燥的天然沙撒在車(chē)輪踏面和輪軌之間。傳統(tǒng)撒沙裝置雖能在一定程度上緩解輪軌之間黏著力不高的問(wèn)題，但存在許多不利的方面。

傳統(tǒng)撒沙存在的弊端：

（1）以現(xiàn)有的方式撒沙，受機(jī)車(chē)走行速度及風(fēng)速的影響，沙的落點(diǎn)難以準(zhǔn)確；所撒的沙極易被風(fēng)吹落在鋼軌下。

（2）天然沙的硬度不夠，易被車(chē)輪碾成粉末，對(duì)環(huán)境造成粉塵污染；同時(shí)由于河沙的硬度不夠，且使用量很大，被車(chē)輪碾成沙塵后，彌漫在大氣之中，給鐵路沿線、站場(chǎng)周邊造成很大的粉塵污染。

（3）大量的天然沙堆積在軌道上易引發(fā)軌道電路分路不良等故障，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致列車(chē)追尾等事故；

（4）各工務(wù)段須定期動(dòng)用大量的人力或?qū)Ｓ迷O(shè)備對(duì)所轄鐵路線路進(jìn)行清篩整修；

（5）各機(jī)務(wù)段都必須設(shè)置很大的沙場(chǎng)，配備成套的天然沙篩選、烘干、填裝設(shè)備，機(jī)車(chē)整備裝沙的工作量大，材料成本和人工成本較高。

圖1 瓷沙噴射狀況

圖2 天然河沙撒沙狀況

2 TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置簡(jiǎn)介［2］

TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置結(jié)構(gòu)緊湊、整機(jī)輕便、控制可靠，采用密封、變徑方式增壓，以確保經(jīng)過(guò)燒結(jié)等深加工的特殊增黏著基料準(zhǔn)確噴射在鋼軌和車(chē)輪踏面之間，達(dá)到快速增加黏著系數(shù)的效果，該裝置主要由輪軌瓷沙噴射裝置、噴射裝置介質(zhì)及控制系統(tǒng)等部分組成。與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的撒沙裝置比較輪軌瓷沙噴射裝置具有如下特點(diǎn)：

圖3 TPS-1型瓷砂裝置安裝位置

（1）噴點(diǎn)集中，不受機(jī)車(chē)走行速度及風(fēng)速的影響

新型瓷沙顆粒具有較好的機(jī)械強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度250 MPa、莫氏硬度9級(jí)、臨界粒徑10μm），增黏著性能優(yōu)良，因此新型瓷沙顆粒相比天然沙增黏著效果更好、更穩(wěn)定，瓷沙噴射裝置噴點(diǎn)集中，使用增黏著材料，增黏著材料高速噴射，不受走行風(fēng)向的影響，對(duì)高速運(yùn)行列車(chē)增黏著有效；殘留在軌頭頂面的瓷沙顆粒附著在鋼軌上，還可在編組內(nèi)后續(xù)車(chē)輛的車(chē)輪及鋼軌表面間反復(fù)移動(dòng)，使整個(gè)編組產(chǎn)生較大的增黏著效果。由于這些顆粒能夠刺破水膜、增大固體與固體的接觸比例，增黏著效果可持續(xù)一段時(shí)間。增黏著材料與以往的天然沙相比，不僅能夠提高本車(chē)抑制空轉(zhuǎn)的效果，而且還具有抑制其他列車(chē)發(fā)生空轉(zhuǎn)的效果。保障了機(jī)車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）能夠有效避免粉塵，減輕對(duì)周邊環(huán)境的粉塵污染

環(huán)保性能較好，無(wú)粉塵飛揚(yáng)現(xiàn)象，大大改善車(chē)站區(qū)、沿線居民區(qū)和草原的環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有撒沙系統(tǒng)采用的材料多為河沙，由于河沙的硬度不夠，且使用量很大，按目前每臺(tái)車(chē)年均用沙35t計(jì)算，我國(guó)現(xiàn)有電力、內(nèi)燃機(jī)車(chē)（不含新造）以14 000臺(tái)計(jì)，鐵路總里程70 000km，則每年機(jī)車(chē)撒在鐵路路基上的河沙量就有490 000t，即7t／km。河沙被車(chē)輪碾成沙塵后，彌漫在大氣之中，給鐵路沿線、站場(chǎng)周邊造成很大的粉塵污染。

TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置選用新型瓷沙作為增黏著介質(zhì)，瓷沙是化學(xué)穩(wěn)定性高的泛用陶瓷，它對(duì)其他電器的影響較小，對(duì)于使用電器較多的鐵路比較有利。由于其強(qiáng)度大，不易被碾成粉塵，用于噴射的瓷沙顆粒的粒徑為0.3mm，噴射后被車(chē)輪碾壓成10μm左右的微粒。變成微粒的瓷沙顆粒陷入車(chē)輪及鋼軌表面，不易飛濺，同時(shí)由于材料硬度大，穩(wěn)定性高，使用量少、無(wú)浪費(fèi)（30～50g／min），大大減輕了對(duì)環(huán)境的污染。

（3）很大程度上提高了機(jī)車(chē)運(yùn)行安全性，保障了人民群眾的生命安全

本產(chǎn)品可以確保經(jīng)過(guò)燒結(jié)等深加工的特殊增黏著基料準(zhǔn)確噴射到鋼軌和車(chē)輪踏面之間，達(dá)到快速增加黏著系數(shù)的效果，在雨天也可確保與晴天時(shí)基本相同的制動(dòng)距離，進(jìn)一步提高了緊急情況下的安全性；另外由于噴沙量極少，不會(huì)在路軌上殘留過(guò)多的粉塵源，造成軌道電路故障。

（4）增強(qiáng)了機(jī)車(chē)運(yùn)行安全系數(shù)，促進(jìn)機(jī)車(chē)提速的順利進(jìn)行

響應(yīng)速度快，可以立即得到所期望的黏著系數(shù)，可與緊急指令、空轉(zhuǎn)和滑行信號(hào)聯(lián)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)動(dòng)可有效增大黏著系數(shù)；目前制約列車(chē)提速的一個(gè)重要因素就是提速中出現(xiàn)的車(chē)輪空轉(zhuǎn)、滑行及制動(dòng)距離拖長(zhǎng)，從而導(dǎo)致安全隱患。本裝置是針對(duì)我國(guó)提速過(guò)程中出現(xiàn)的車(chē)輪空轉(zhuǎn)、滑行及制動(dòng)距離拖長(zhǎng)等問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的有效提高踏面和軌面之間黏著系數(shù)的高新技術(shù)產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，有利于機(jī)車(chē)提速的順利進(jìn)行，具有良好的現(xiàn)實(shí)與社會(huì)意義。

（5）降低機(jī)車(chē)運(yùn)營(yíng)綜合成本

由于本裝置用瓷沙量少，大大減少了機(jī)車(chē)進(jìn)段的整備時(shí)間，提高機(jī)車(chē)的有效出勤率，據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)介紹，本項(xiàng)目產(chǎn)品消耗1t瓷沙相當(dāng)于傳統(tǒng)撒沙裝置消耗天然沙50～80t，減輕機(jī)務(wù)段沙場(chǎng)、人員、設(shè)備、能耗等方面負(fù)擔(dān)；無(wú)粉塵污染，實(shí)現(xiàn)了綠色運(yùn)營(yíng)，降低線路維護(hù)費(fèi)用；無(wú)沙礫堵塞道床使信號(hào)傳輸不良的現(xiàn)象發(fā)生；機(jī)車(chē)入庫(kù)整備時(shí)間減少；徹底解決機(jī)車(chē)長(zhǎng)交路中途補(bǔ)沙難題。故能夠在很大程度上節(jié)約機(jī)車(chē)運(yùn)營(yíng)的綜合費(fèi)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（6）瓷沙噴射裝置優(yōu)點(diǎn)及效益分析

現(xiàn)有的機(jī)車(chē)撒沙裝置，受結(jié)構(gòu)模式及機(jī)車(chē)走行高速風(fēng)的影響很大，沙的落點(diǎn)難以準(zhǔn)確，沙的利用率很低。為了保證機(jī)車(chē)黏著的需要，被迫加大撒沙量，造成機(jī)沙用量加大。為此，各機(jī)務(wù)段都必須設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備及人力，來(lái)提高機(jī)車(chē)整備的裝沙工作，綜合成本很高。

全國(guó)各機(jī)務(wù)段用普通沙流程如圖1所示。

圖4 機(jī)車(chē)使用河沙傳統(tǒng)流程

隨著近年來(lái)我公司錫林浩特—多侖復(fù)線的開(kāi)通，機(jī)車(chē)重載運(yùn)行的交路延長(zhǎng)，由于撒沙量大，已出現(xiàn)了機(jī)車(chē)運(yùn)行途中機(jī)沙不足的狀況，需在中間站對(duì)沙箱進(jìn)行補(bǔ)沙作業(yè)（錫林浩特機(jī)務(wù)段所支配機(jī)車(chē)上均以配備了4個(gè)20kg的備有沙桶）。另外，由于機(jī)車(chē)撒沙導(dǎo)致鐵路沿線余沙很多，各工務(wù)段還須定期動(dòng)用大量的人力或?qū)Ｓ迷O(shè)備對(duì)線路進(jìn)行清沙修整，這些都進(jìn)一步增加了機(jī)車(chē)撒沙裝置的運(yùn)營(yíng)成本。

調(diào)查錫林浩特機(jī)務(wù)段內(nèi)燃機(jī)車(chē)傳統(tǒng)撒沙與瓷沙噴射使用成本對(duì)比如表1。

從數(shù)據(jù)可以看出，瓷沙噴射裝置雖一次成本較高，但消耗1t瓷沙相當(dāng)于傳統(tǒng)撒沙裝置消耗天然沙50～80t，在減輕機(jī)務(wù)段沙場(chǎng)、人員、設(shè)備、能耗等方面負(fù)擔(dān)，無(wú)粉塵污染，實(shí)現(xiàn)了綠色運(yùn)營(yíng)，降低線路維護(hù)費(fèi)用；無(wú)沙礫堵塞道床使信號(hào)傳輸不良的現(xiàn)象發(fā)生；機(jī)車(chē)入庫(kù)整備時(shí)間減少；徹底解決機(jī)車(chē)長(zhǎng)交路中途補(bǔ)沙難題。故能夠在很大程度上節(jié)約機(jī)車(chē)運(yùn)營(yíng)的綜合費(fèi)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 內(nèi)燃機(jī)車(chē)傳統(tǒng)撒沙與瓷沙噴射使用成本對(duì)比

3 TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置在集通鐵路錫林浩特機(jī)務(wù)段機(jī)車(chē)上的應(yīng)用

集通鐵路錫林浩特機(jī)務(wù)段配屬內(nèi)燃機(jī)車(chē)40臺(tái)，目前在7臺(tái)內(nèi)燃機(jī)上安裝了TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置，每臺(tái)機(jī)車(chē)安裝瓷沙裝置，一次性需投入7萬(wàn)元，投入較大，且瓷沙制造成本較高，5 000元／t，回收成本投入周期較長(zhǎng)，但綜合費(fèi)用節(jié)約可觀，具有長(zhǎng)久的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過(guò)一年的實(shí)際應(yīng)用，該裝置在節(jié)省材料成本、人工成本和設(shè)備投入等方面有一定綜合效益，有一定的節(jié)支降耗成果，使用效果良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置實(shí)際使用效果良好，建議在集通鐵路部分區(qū)段進(jìn)行推廣使用。

［1］孫 瓊.高速鐵路輪軌黏著機(jī)理及其實(shí)驗(yàn)研究［D］.北京：鐵道部科學(xué)研究院，1998.

［2］株洲慶云電力機(jī)車(chē)配件工廠.TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置技術(shù)研究報(bào)告［R］.北京：2009.