移動上砂小車在動車組列車與機車整備作業(yè)中的應用研究

丁莉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司機械環(huán)工處，天津　300142)

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移動上砂小車在動車組列車與機車整備作業(yè)中的應用研究

丁莉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司機械環(huán)工處，天津300142)

摘要:針對整備加砂作業(yè)中存在的高污染、大強度、低效率的問題，將氣力輸送技術與電動駕駛小車技術相結合，研究移動加砂工藝、移動上砂小車，及其在動車組列車和機車加砂作業(yè)中的應用，實現(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加砂作業(yè)。

關鍵詞:移動上砂小車;整備加砂作業(yè);移動加砂工藝;動車組;應用

1　概述

整備加砂作業(yè)起始于普速客貨運機車，機車在牽引過程中為保證安全減速制動需要撒砂系統(tǒng)向輪軌間撒砂以增加阻力，因此，機車回段首要的整備作業(yè)是將砂箱充滿。早期的機車加砂作業(yè)由于運量不大機車較少，機車在入段(走行)線，或人工推著小車加砂，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集中到達的機車入段影響較大，受砂型(黃砂)規(guī)格影響壓力輸送設備磨損嚴重。隨著高速鐵路和客貨運量的快速發(fā)展，鐵路客運動車組進入了快速遞增，普速客貨運機車進入更新?lián)Q代的發(fā)展階段，與之匹配的砂型更換為成品砂。對于朝發(fā)夕至的客運動車組晚間集中入動車段(所)檢查庫整列進行加砂整備，對于客貨運機車一個交路長度即入機務(折返)段整備場(棚內(nèi))加砂整備，整備后即出段擔當下一個交路，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備［1］。

2009年鐵道第三勘察設計院與湖北遠程科技有限公司聯(lián)合，將氣力輸送技術與電動駕駛小車相結合，研究移動式加砂新設備，并于2010年開始廣泛地應用于客運動車組的整備作業(yè)中，2011年通過改進結構應用于客貨運機車的整備作業(yè)中，完成了從初級的人工加砂到機械化的移動上砂小車加砂的跨越。目前新的自動輸送系統(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

客運動車組的整備加砂作業(yè)要求整列動車組進檢查庫后，在檢查臺位兩側按編組不解體順序進行加砂作業(yè)，加砂作業(yè)在作業(yè)平臺的下面，加砂作業(yè)移動范圍為整列動車組長度，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)應在加砂作業(yè)之前。

客貨運機車的整備加砂作業(yè)要求機車進入整備棚后，在整備臺位兩側順序進行加砂作業(yè)，加砂作業(yè)在作業(yè)平臺的下面，加砂作業(yè)移動范圍為機車長度，加砂作業(yè)要求隨機車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)應在加砂作業(yè)之前［2］。

(2)庫(棚)內(nèi)布局要求(圖1、圖2)

動車組檢查庫:根據(jù)停車線數(shù)不同一般設計要求庫長按16輛編組，庫寬按線間距7.0～8.5 m。

機車整備棚:根據(jù)整備線數(shù)不同、機型不同一般設計要求棚長大于機車長度，棚寬按機型不同線間距6.0～7.5 m。

每條停車(整備)線兩側設置三層整備作業(yè)平臺，上砂小車位于一層地面且穿梭于平臺立柱之間，受空間限制上砂小車應滿足機動靈活、小尺寸、小轉彎的使用要求。

圖1　動車組檢查庫剖面(單位:mm)

3　目前整備加砂工藝(作業(yè))存在的問題

多年來由于技術滯后，大部分機務(折返)段由于管道磨損嚴重，致使壓力輸送加砂設備長期放置無法使用，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，勞動強度大作業(yè)效率低，而動車組砂箱體積小但數(shù)量多，機車砂箱體積大數(shù)量少，采用原始的人工加砂作業(yè)很難適應目前這種大編組動車組和機車高頻度加砂需求。

4　移動上砂小車加砂工藝研究

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，通過氣流與物料混合達到一定的比例，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壓輸送兩大類。

正壓輸送:是氣力輸送系統(tǒng)的最基本形式，利用系統(tǒng)起點的風機，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行的氣流中，在氣流的帶動下，物料到達輸送系統(tǒng)終點，經(jīng)過濾后空氣與物料分離排入大氣中。

負壓輸送:利用輸送系統(tǒng)終點的風機抽吸系統(tǒng)內(nèi)的空氣，在系統(tǒng)中形成低于大氣壓的負壓氣流，物料與空氣一起從吸嘴進入系統(tǒng)內(nèi)并隨氣流到達終點，經(jīng)過濾分離將空氣排入大氣中［3］。

4.2氣力輸送裝置的要求

若滿足動車組或機車庫(棚)內(nèi)補砂、加砂、卸砂的要求，氣力輸送裝置應具備如下特點:

(1)物料應在密閉管道內(nèi)輸送，粉塵應有回收裝置;

(2)氣控系統(tǒng)可隨補砂、加砂、卸砂功能調(diào)整［4］;

(3)加砂系統(tǒng)、砂槍可隨機型不同、加砂量不同定型匹配［5］;

(4)加砂軟管可適應不同高度和距離的砂箱口加砂。

4.3電動駕駛小車的要求

為滿足動車組及機車整備作業(yè)要求，移動小車應具備如下特點:

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

(2)大容量鉛酸電池系統(tǒng)，動力強勁，使用壽命長［6］;

(3)自駕駛，無極變速，低噪聲，免維護，整車使用壽命長;

(4)控制器先用進口件，性能穩(wěn)定，功耗低;

(5)車身外殼采用汽車專用耐磨材料，抗老化，抗撞擊。

4.4移動小車的加砂工藝

將氣力輸送裝置與電動駕駛小車相結合組成移動加砂小車，利用正壓輸送的原理，將型砂加(補)到動車組、機車兩側的儲砂箱里，根據(jù)同時加砂的動車組或機車數(shù)量，配備同等數(shù)量的移動加砂小車，可保證整備作業(yè)時間。通過變換氣動系統(tǒng)將起點風機變?yōu)榻K點風機，利用負壓輸送的原理，完成動車組或機車兩側砂箱內(nèi)的余砂吸出。

動車組及機車加砂作業(yè)流程:地面站補充型砂到移動上砂小車儲砂罐——小車自行進入檢修庫(整備棚)停在動車組或機車兩側的儲砂箱傍邊——啟動加砂控制裝置完成加(補)砂作業(yè)——進入下一組砂箱重復加砂作業(yè)直至完成整個動車組或機車的加(補)砂作業(yè)。

動車組及機車卸砂作業(yè)流程:小車自行進入檢修庫(整備棚)停在動車組或機車兩側的儲砂箱旁邊——啟動吸砂控制裝置完成吸砂作業(yè)——進入下一組砂箱重復吸砂作業(yè)直至完成整個動車組或機車的清理砂箱作業(yè)。作業(yè)中的移動上砂小車見圖3。

圖3　作業(yè)中的移動上砂小車

5　移動上砂小車主要設備、技術參數(shù)及特點

5.1主要設備組成

根據(jù)動車組、機車的加(補)砂作業(yè)特點，客運動車組的加砂量比較小，主要為補砂，貨運機車的加砂量大，作業(yè)時間短，移動上砂小車根據(jù)不同的整備作業(yè)特點配置不同的電動車和加砂系統(tǒng)，其中加砂系統(tǒng)主要包括:儲砂罐、高壓風機、輸砂管、切換閥、進出風口、加砂槍和控制系統(tǒng)。

5.2主要技術參數(shù)

(1)充電電源AC 220V;

(2)電池鉛酸蓄電池;

(3)功率3～5 kW;

(4)行進速度≤20 km/h;

(5)轉彎半徑≤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)工作時間8 h;

(10)蓄電池壽命不低于5年;

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

5.3主要性能特點

(1)上砂小車為成品石英砂上砂作業(yè)專門設計，并具備卸砂功能以滿足砂箱清理的需要。車身設計充分考慮了整備臺位的通過性能，車上所有系統(tǒng)均以車載蓄電池為能源。

(2)根據(jù)不同的機型配套不同的電動車、儲砂罐、高壓風機、輸砂管、切換閥、進出風口、加砂槍及控制系統(tǒng)。

(3)配備防雨司機室及前視燈、轉向燈、后視鏡，儲砂罐外有玻璃鋼護罩，防塵防水［10］。

(4)砂槍掛于司機室側面，操作者駕駛小車停于動車組(機車)砂箱附近，不必下車即可取用上砂槍進行上砂作業(yè)，一臺機車加滿砂時間≤7 min，砂滿自動停止。

(5)設備采用多級空氣過濾裝置，一是對進入的空氣進行過濾，以防止外界空氣中的水汽和塵土污染砂料;二是負壓吸取機車砂箱內(nèi)可能存在的揚塵;三是對排入環(huán)境的空氣進行過濾，不會污染工作環(huán)境。設備采用高性能風機同時配備消聲器，工作噪聲低［7］。

5.4上砂、補砂作業(yè)操作流程

加砂作業(yè)的操作流程見圖4。

圖4　加砂作業(yè)操作流程

補砂作業(yè)的操作流程見圖5。

6　移動小車加砂方式對整備(工藝)作業(yè)的改進

移動上砂小車是專用于動車運用所檢查庫內(nèi)動車組的整備加砂和機務(折返)段整備棚內(nèi)機車的整備加砂，具有機動靈活、密封環(huán)保、氣力可調(diào)、操控簡單的特點，是室內(nèi)整備作業(yè)首選的整備設備。實現(xiàn)了無塵化加砂、無害化環(huán)保、連續(xù)高效率的加砂作業(yè)。從運用實際看，客運動車組加砂作業(yè)集中、作業(yè)范圍大，客貨運機車加砂作業(yè)頻繁、作業(yè)時間要求短，移動上砂小車根據(jù)不同的作業(yè)需求配置不同的氣力系統(tǒng)和砂罐砂槍，實現(xiàn)了安全、環(huán)保、高效的加砂作業(yè)，移動上砂小車上砂較人工上砂，作業(yè)人員減少一半，效率提高50%，大大提高了客運動車組和普速客貨運機車的運用效率。

用于客貨運機車的機務上砂槍和機務上砂車2015年獲得國家知識產(chǎn)權局頒發(fā)的實用新型專利證書和外觀設計專利證書［8，9］。

圖5　補砂作業(yè)操作流程

7　移動上砂小車主要應用實例及效果

(1)動車領域應用實例

在動車領域移動上砂小車主要應用特點是補砂，一次補砂量少，但補砂點多，配備的移動上砂小車體積小，速度較高，截止到2014年底已成功應用于哈爾濱、沈陽、北京、上海、濟南、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51臺(套)。

(2)機車領域應用實例

在機車領域移動上砂小車主要應用特點是加砂，一次加砂量大，但加砂點少，配備的移動上砂小車體積大，速度較低，截至到2015年3月已成功應用于沈陽、北京、武漢、烏魯木齊、青藏等鐵路局(鐵路公司)等17家單位，計41臺(套)。

(3)應用效果

從實際應用看，移動上砂小車替代了繁重的人力小推車運砂、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，實現(xiàn)了環(huán)保連續(xù)的加砂作業(yè)，得到了動車段(運用所)機務段(折返段)等使用單位的高度認可［10］。

8　結語

移動上砂小車，綜合了氣力輸送技術和電動駕駛小車的優(yōu)點，研究過程充分考慮了動車組和機車整備作業(yè)的實際需求，研制了集自行駕駛、氣力可控、自動加砂于一體的既經(jīng)濟環(huán)保又方便適用的整備設備，可完全替代人力手推小車加砂作業(yè)，特別適合于室內(nèi)狹小空間作業(yè)，并廣泛應用于動車組列車與客貨運機車的整備作業(yè)中，應用效果前景廣泛。但隨著移動上砂小車越來越多的應用，也反映出一些問題。

(1)有些機務段機型較雜，不同機型的砂箱口形狀與加砂槍的匹配要求不同，存在加砂過程密封不嚴，部分粉塵外溢的問題。

(2)對于寒冷地區(qū)，移動小車動力蓄電池耐寒較差。

針對機型雜、砂箱口密封問題，建議機務段進行砂箱口通用化改造，以匹配砂槍密封帽，或隨機型更換砂槍密封帽，但會影響上砂作業(yè)效率。針對寒冷地區(qū)蓄電池耐寒問題，建議增加移動上砂小車功能，工藝設計中配備地面電源供電方式，解決冬季移動上砂小車整備作業(yè)供電問題［11］。

近年來，隨著整備設備的不斷發(fā)展創(chuàng)新，新的固定式自動輸送上砂系統(tǒng)正在研制中［12］。相比于固定式上砂系統(tǒng)，從機動性、性價比上移動式上砂小車都有不可比擬的優(yōu)勢。經(jīng)過不斷的改進技術，完善結構，更加環(huán)保、適用的新一代上砂小車將越來越得到廣泛的應用。

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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

作者簡介:丁莉(1961—)，女，高級工程師，1983年畢業(yè)于天津輕工業(yè)學院機械專業(yè)，工學學士，E-mail:DL610819@ sina.com。

收稿日期:2015-08-11;修回日期:2015-08-30

文章編號:1004-2954(2016) 03-0159-04

中圖分類號:U269.3

文獻標識碼:A

DOI:10.13238/j.issn.1004－2954.2016.03.033