TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置在集通鐵路（集團）公司配屬機車上的應用

陳 寧，張凌毅，陳賽清

（1 神華集團公司 神木北機務段，陜西神木719216；2 內蒙古集通集團公司 錫林浩特機務段，內蒙古錫林浩特026000）

集通鐵路地處內蒙古高原，下設大板、錫林浩特兩個機務段，共計配屬內燃機車201臺，其中錫林浩特機務段擔當的“錫林浩特—多倫”線路狀況環境惡劣，地處位置海拔1 200m，年無霜期僅100多天，氣候寒冷，風、雪、沙塵大，坡道大（縱斷面坡道6‰—12‰），冬季氣候寒冷，鋼軌結霜嚴重，機車在長大坡道運行所用沙量大，給運輸安全生產帶來很大影響。

長期以來，我國鐵路部門解決因黏著系數變小而產生車輪空轉、滑行的對策是采用簡單的撒沙方法，即把干燥的天然砂以簡單的方式撒在車輪踏面和軌面之間。隨著我國鐵路運營不斷提速，為了確保列車的運輸安全，輪軌黏著技術裝備（即TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置），該裝置的應用，解決了傳統撒沙的諸多弊端，對于神華集團公司重載運輸，節支降耗，保護環境都有著非常重要的現實意義。

1 機車傳統撒沙方式的缺點

目前，我國鐵路機車防滑增黏普遍采用的撒沙措施，即在自動撒沙或司機人工操控下，以簡單的方式把干燥的天然沙撒在車輪踏面和輪軌之間。傳統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題，但存在許多不利的方面。

傳統撒沙存在的弊端：

（1）以現有的方式撒沙，受機車走行速度及風速的影響，沙的落點難以準確；所撒的沙極易被風吹落在鋼軌下。

（2）天然沙的硬度不夠，易被車輪碾成粉末，對環境造成粉塵污染；同時由于河沙的硬度不夠，且使用量很大，被車輪碾成沙塵后，彌漫在大氣之中，給鐵路沿線、站場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軌道電路分路不良等故障，嚴重時可能導致列車追尾等事故；

（4）各工務段須定期動用大量的人力或專用設備對所轄鐵路線路進行清篩整修；

（5）各機務段都必須設置很大的沙場，配備成套的天然沙篩選、烘干、填裝設備，機車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介［2］

TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置結構緊湊、整機輕便、控制可靠，采用密封、變徑方式增壓，以確保經過燒結等深加工的特殊增黏著基料準確噴射在鋼軌和車輪踏面之間，達到快速增加黏著系數的效果，該裝置主要由輪軌瓷沙噴射裝置、噴射裝置介質及控制系統等部分組成。與國內傳統的撒沙裝置比較輪軌瓷沙噴射裝置具有如下特點：

圖3 TPS-1型瓷砂裝置安裝位置

（1）噴點集中，不受機車走行速度及風速的影響

新型瓷沙顆粒具有較好的機械強度（抗拉強度250 MPa、莫氏硬度9級、臨界粒徑10μm），增黏著性能優良，因此新型瓷沙顆粒相比天然沙增黏著效果更好、更穩定，瓷沙噴射裝置噴點集中，使用增黏著材料，增黏著材料高速噴射，不受走行風向的影響，對高速運行列車增黏著有效；殘留在軌頭頂面的瓷沙顆粒附著在鋼軌上，還可在編組內后續車輛的車輪及鋼軌表面間反復移動，使整個編組產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，增黏著效果可持續一段時間。增黏著材料與以往的天然沙相比，不僅能夠提高本車抑制空轉的效果，而且還具有抑制其他列車發生空轉的效果。保障了機車運行的穩定性。

（2）能夠有效避免粉塵，減輕對周邊環境的粉塵污染

環保性能較好，無粉塵飛揚現象，大大改善車站區、沿線居民區和草原的環境。目前，國內現有撒沙系統采用的材料多為河沙，由于河沙的硬度不夠，且使用量很大，按目前每臺車年均用沙35t計算，我國現有電力、內燃機車（不含新造）以14 000臺計，鐵路總里程70 000km，則每年機車撒在鐵路路基上的河沙量就有490 000t，即7t／km。河沙被車輪碾成沙塵后，彌漫在大氣之中，給鐵路沿線、站場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，瓷沙是化學穩定性高的泛用陶瓷，它對其他電器的影響較小，對于使用電器較多的鐵路比較有利。由于其強度大，不易被碾成粉塵，用于噴射的瓷沙顆粒的粒徑為0.3mm，噴射后被車輪碾壓成10μm左右的微粒。變成微粒的瓷沙顆粒陷入車輪及鋼軌表面，不易飛濺，同時由于材料硬度大，穩定性高，使用量少、無浪費（30～50g／min），大大減輕了對環境的污染。

（3）很大程度上提高了機車運行安全性，保障了人民群眾的生命安全

本產品可以確保經過燒結等深加工的特殊增黏著基料準確噴射到鋼軌和車輪踏面之間，達到快速增加黏著系數的效果，在雨天也可確保與晴天時基本相同的制動距離，進一步提高了緊急情況下的安全性；另外由于噴沙量極少，不會在路軌上殘留過多的粉塵源，造成軌道電路故障。

（4）增強了機車運行安全系數，促進機車提速的順利進行

響應速度快，可以立即得到所期望的黏著系數，可與緊急指令、空轉和滑行信號聯動，通過聯動可有效增大黏著系數；目前制約列車提速的一個重要因素就是提速中出現的車輪空轉、滑行及制動距離拖長，從而導致安全隱患。本裝置是針對我國提速過程中出現的車輪空轉、滑行及制動距離拖長等問題而開發的有效提高踏面和軌面之間黏著系數的高新技術產品，填補了國內空白，有利于機車提速的順利進行，具有良好的現實與社會意義。

（5）降低機車運營綜合成本

由于本裝置用瓷沙量少，大大減少了機車進段的整備時間，提高機車的有效出勤率，據有關資料數據介紹，本項目產品消耗1t瓷沙相當于傳統撒沙裝置消耗天然沙50～80t，減輕機務段沙場、人員、設備、能耗等方面負擔；無粉塵污染，實現了綠色運營，降低線路維護費用；無沙礫堵塞道床使信號傳輸不良的現象發生；機車入庫整備時間減少；徹底解決機車長交路中途補沙難題。故能夠在很大程度上節約機車運營的綜合費用，具有良好的經濟效益。

（6）瓷沙噴射裝置優點及效益分析

現有的機車撒沙裝置，受結構模式及機車走行高速風的影響很大，沙的落點難以準確，沙的利用率很低。為了保證機車黏著的需要，被迫加大撒沙量，造成機沙用量加大。為此，各機務段都必須設置相應的設備及人力，來提高機車整備的裝沙工作，綜合成本很高。

全國各機務段用普通沙流程如圖1所示。

圖4 機車使用河沙傳統流程

隨著近年來我公司錫林浩特—多侖復線的開通，機車重載運行的交路延長，由于撒沙量大，已出現了機車運行途中機沙不足的狀況，需在中間站對沙箱進行補沙作業（錫林浩特機務段所支配機車上均以配備了4個20kg的備有沙桶）。另外，由于機車撒沙導致鐵路沿線余沙很多，各工務段還須定期動用大量的人力或專用設備對線路進行清沙修整，這些都進一步增加了機車撒沙裝置的運營成本。

調查錫林浩特機務段內燃機車傳統撒沙與瓷沙噴射使用成本對比如表1。

從數據可以看出，瓷沙噴射裝置雖一次成本較高，但消耗1t瓷沙相當于傳統撒沙裝置消耗天然沙50～80t，在減輕機務段沙場、人員、設備、能耗等方面負擔，無粉塵污染，實現了綠色運營，降低線路維護費用；無沙礫堵塞道床使信號傳輸不良的現象發生；機車入庫整備時間減少；徹底解決機車長交路中途補沙難題。故能夠在很大程度上節約機車運營的綜合費用，具有良好的經濟效益。

表1 內燃機車傳統撒沙與瓷沙噴射使用成本對比

3 TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置在集通鐵路錫林浩特機務段機車上的應用

集通鐵路錫林浩特機務段配屬內燃機車40臺，目前在7臺內燃機上安裝了TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置，每臺機車安裝瓷沙裝置，一次性需投入7萬元，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，但綜合費用節約可觀，具有長久的經濟效益，經過一年的實際應用，該裝置在節省材料成本、人工成本和設備投入等方面有一定綜合效益，有一定的節支降耗成果，使用效果良好。

4 結束語

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

［1］孫 瓊.高速鐵路輪軌黏著機理及其實驗研究［D］.北京：鐵道部科學研究院，1998.

［2］株洲慶云電力機車配件工廠.TPS-1型輪軌瓷沙噴射裝置技術研究報告［R］.北京：2009.