道岔外鎖閉自動加油裝置的研究

李然 譚大為

摘? 要：該文通過分析道岔外鎖閉自動加油裝置需求背景，闡述了道岔外鎖閉自動加油裝置的設計方案，分析道岔轉換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關系，實現通過對道岔外鎖閉自動加油實現道岔轉換阻力自動閉環管控的目的。通過多種道岔外鎖閉自動加油措施，保證道岔外鎖閉的潤滑效果，降低道岔轉換阻力，減少由于道岔外鎖摩擦阻力大導致的道岔故障發生機率，優化了道岔維護工況，為道岔“狀態修”提供科技手段。

關鍵詞：道岔外鎖閉;自動加油;轉換阻力

中圖分類號：U213? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

道岔是保障行車安全的重要設備之一，道岔故障在鐵路信號設備故障中占比高，是鐵路設備維護工作的重點。在外鎖閉道岔上，道岔的動作和鎖閉是靠鎖閉板帶動鎖鉤，用鎖鉤勾住鎖閉框來完成的。由于道岔的反復扳動，使鎖閉板與鎖鉤之間的摩擦力越來越大，從而造成磨損，影響道岔使用。外鎖閉裝置的潤滑效果直接影響到轉換道岔的順暢度，因此，就要求對道岔外鎖閉等容易摩擦的部分經常添加潤滑油，使其始終保持潤滑狀態。

目前這種加油工作全部要靠人工來完成。由于車流密度大，道岔動作頻繁，加之外界天氣變化使得環境更加惡劣，現場鐵路維修人員花費大量時間用注油槍或油刷對道岔進行注油，不但造成極大的人力、物力和時間上的浪費，還存在人身安全隱患問題。隨著高鐵和客運專線的投入使用，維護方式發生了較大變化，所有維護時間都集中在夜間，特別是雨后潤滑外鎖閉裝置，需要申請作業點才能進行，給行車秩序帶來干擾。

現場需要一種道岔外鎖閉摩擦副自動加油裝置，保障鎖閉道岔可靠性、實現自動加潤滑油以減少維護人員上線次數。

從2014年起，國內相關廠家開始研制道岔外鎖閉裝置自動加油設備，陸續進行上道試驗，部分解決了自動注油問題，但存在4點不足。1）尖軌竄動導致機械加油器驅動桿與加油器機殼磨卡，反而導致道岔轉換阻力增大。2）加注潤滑油量未保證外鎖閉裝置潤滑效果。3）未根據道岔動作次數自動調整加油頻次與加油量。4）沒有反饋手段，不知道加油后阻力是否降低。

為解決以上問題，該文展開對符合現場需求的道岔外鎖閉自動加油裝置的研究。

1 設計思路

1.1 加油方式

1.1.1 道岔動作次數加油方式

該自動加油裝置監測并統計道岔動作次數，并作為觸發加油依據，達到設定閾值后自動加油。

1.1.2 設置周期加油方式

該自動加油裝置時鐘通過站機定時同步，在站機軟件中設定加油周期，達到設置時間后自動加油。

1.1.3 阻力超標加油方式

該自動加油裝置可通過接入阻力測量傳感器監測轉轍機傳動桿阻力。達到設置阻力閾值后自動加油。

1.1.4 復合方式

該自動加油裝置在正常運行的同時監測扳動次數、設置周期和阻力值，任何一種情況發生后都觸發加油動作。

2.2 人工觸發加油功能

2.2.1 遠程觸發

站機端可遠程人工觸發任意1組、多組、全站道岔加油動作。加油量可以進行設定。

2.2.2 現場觸發

現場可以通過主機上的手動按鈕觸發單臺設備加油，加油量由手動按鈕按下的時長決定。

2.3 油位報警功能

站機端以站場圖形式展示設備油位與運行狀態，每臺設備狀態對應1個顯示界面;油位低于40 mm預警，低于30 mm告警。綠色表示工作正常;橙色表示設備工作異常;紅色表示油位過低;站機軟件提供油位報警記錄查詢界面、提供當前油位統計表。

2.4 加油記錄功能

主機端應該具備記錄各道岔自動加油的時間點，提供記錄查詢界面的功能。

2.5 第三方系統接口功能

該裝置可以通過TCP協議接入道岔缺口監測系統，獲取道岔定反位狀態，道岔扳動事件，豐富加油策略，實現精確加油控制，減少油量浪費。

2.6 其他功能

在滿足上述必備需求的基礎上，為了使該裝置更好的應用于現場保證運輸安全，還需要引入4項功能。1）道岔外鎖閉自動加油裝置加油嘴固定需要利用現有道岔外鎖螺栓固定，不對現有道岔外鎖閉裝置做任何改動，不影響道岔維護作業。2）加油嘴與主機間需采用絕緣油管連接，不影響道岔區段軌道電氣性能。3）道岔外鎖閉自動加油裝置須依據阻力變化趨勢自動給道岔外鎖閉涂油點自動加油，以自動降低轉換阻力，提升道岔維護工況，降低道岔故障發生概率，實現道岔轉換阻力的自動閉環管控。4）道岔外鎖閉自動加油裝置要具備獨立運行的功能，也可以和既有道岔缺口監測系統共用通信傳輸設備與站機設備。

3 設計方案

為實現以上思路，所研究的道岔外鎖閉自動加油裝置由主機、油管和加油嘴組件組成，可接入阻力傳感器。該裝置通過站機實現功能。其組成及網絡拓撲如圖1所示。

站機采用工業控制機，運行站機軟件，通過交換機和通訊設備控制加油主機，下發加油指令，主機內置智能控制器根據站機加油策略與設定參數對主機內油路動力與分配單元進行操作，使油由油箱經由油管至油嘴處并流出，實現道岔外鎖閉自動加油。同時，站機通過接入阻力采集傳感器統計道岔外鎖閉裝置的摩擦部分的扳動次數和監測外鎖閉裝置摩擦部分阻力，并以此來制定不同加油策略，實現智能加油。

3.1 主機

主機由控制單元、油箱、油位傳感器和油路控制分配單元（油泵和油路分配器）組成。主要完成接收站機控制指令、油位監測、油量存儲、油路分配以及加油動作執行功能。

油泵提供潤滑油流動的動力核心，在運轉時將設定的油量從油箱吸入管路并送入分配器。作為加油裝置最重要的執行裝置，為了保證其在惡劣的環境下能夠正常工作，泵頭、閥片和隔膜的材料都要求特制加工而成。同時為了滿足其按照設定油量加油以及現場功耗要求，油泵的性能參數也有特殊的要求。油泵的主要部件材質見表1，油泵的主要性能參數見表2，油泵流量如圖2所示。

加油裝置的潤滑油分配器采用的是可調節的一體式分配器，潤滑油分配器用于機器或設備的潤滑，尤其是帶有往復運動分配的分配裝置，它是油路管道分配和油量大小調節系統的簡稱。由電磁閥、調節閥、殼體3個部件集成。與傳統的加油控制管路相比，其將電磁閥、調節閥整合到一個殼體上，有3個優點。1）縮減了模塊的體積，使該裝置小型化。2）減少了組件間的連接管路，降低了密封難度。3）降低裝配工藝復雜程度，提高生產效率。

內部工作原理如圖3所示，需要加油時，油泵開始工作，潤滑油油管進入到兩路電磁閥下方的密閉管道中;打開其中一路電磁閥M1，閥門打開，潤滑油進入到對應的兩路出油管道當中到達調節閥，調節閥調節2個油嘴出油量比例，再經過油嘴排出加油。潤滑油流經路徑如圖3所示，由油泵流經M1，之后流經S1或S2，再流經P1或P2。

3.2 油管

油管是連接主機和加油嘴的絕緣油路，由于設備是用在道岔旁非常惡劣的露天環境下，所以要求油管具備耐腐蝕、耐老化、耐磨和較高絕緣的特性。

加油裝置采用的油管材質是高壓樹脂，內徑6.2 mm，外徑8.6 mm。其具備能在-40℃～+120℃溫度范圍內保持柔性、正常工作、耐油性好、承受壓力大、耐磨性好、腐蝕性好、壓力損失少、柔性好和膨脹系數低的功能。

3.3 加油嘴

加油嘴固定在道岔外鎖閉裝置上，連接油管，引導潤滑油加在指定位置上。開始加油時，潤滑油從油管進入到油嘴后，克服彈簧力和摩擦力使單向閥的閥口開啟，潤滑油從油管端流向油嘴的出油口;當停止加油時，在彈簧力和出油口（腔）余氣力作用下，閥口處于關閉狀態，出油口至油管不通。油嘴采用的是一體式閥體結構，其外觀小巧，結構緊湊;具有單向閥功能，防止油脂在重力和振動的情況下滴漏。

3.4 阻力傳感器

利用道岔動作連接桿在受力情況下，會因受力而產生與受力方向及受力大小相關的形變特性。通過直接在道岔動作連接桿安裝傳感器實現道岔轉換阻力采集。

3.5 站機及軟件

站機軟件上可顯示設備的狀態、油量數據、自動或手動注油記錄、油位趨勢和預告警信息、阻力歷史曲線和阻力日統計曲線。

4 阻力曲線分析與閉環管控實現

4.1 道岔轉換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關系

在現有的鐵路外鎖閉道岔上，道岔的動作和鎖閉靠鎖閉板帶動鎖鉤，用鎖鉤勾住鎖閉框來實現，這種動作過程均由鎖閉板推、拉動鎖鉤來實現，由于道岔來回反復扳動，鎖閉板、鎖鉤之間的摩擦非常大且容易造成磨損。

道岔外鎖閉裝置中的鎖閉框安裝在基本軌上，鎖鉤安裝在尖軌上，當尖軌與基本軌發生相對運動時，各摩擦面的摩擦系數都會發生變化，因而轉轍機的負載力發生變化，由于轉轍機的輸出力是額定值（已調整好的），當負載大于轉轍機的輸出力時，就發生轉換不良故障，因此摩擦副的潤滑狀態直接影響轉換道岔的可靠性。所以，可以通過對道岔轉換阻力的監測來反應道岔外鎖閉裝置的工況，如果道岔解鎖或鎖閉階段的阻力變大，可反映道岔外鎖閉裝置摩擦面摩擦力增加。

4.2 阻力曲線分析

在通過大量的道岔監測大數據分析基礎上，依據電流特征與阻力曲線特征，結合道岔動作過程，將道岔轉換過程分5個階段進行道岔轉換阻力曲線分析：解鎖前、解鎖過程、轉換過程、鎖閉過程、鎖閉后。

如圖4所示，在站機對道岔轉換阻力曲線進行精確數據挖掘的基礎上，獲得道岔解鎖過程、鎖閉過程阻力變化數值，反映道岔外鎖閉裝置摩擦面摩擦力增加情況。

4.3 道岔轉換阻力閉環管控實現

由于準確獲取了道岔解鎖過程、鎖閉過程阻力變化數值，道岔外鎖閉自動加油裝置可依據解鎖或鎖閉過程阻力變化趨勢，自動給道岔外鎖閉涂油點加油，以自動降低轉換阻力，實現道岔轉換阻力的自動閉環管控。

5 結論

該文分析了道岔外鎖閉自動加油裝置需求背景，闡述了道岔外鎖閉自動加油裝置的設計方案，分析了道岔轉換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關系，通過對道岔外鎖閉自動加油實現了道岔轉換阻力自動閉環管控的目的。通過多種道岔外鎖閉自動加油措施的實現，可以保證道岔外鎖閉的潤滑效果，掌握并降低道岔轉換阻力，減少由于道岔外鎖摩擦阻力大導致的道岔故障發生機率，提升道岔維護工況，為道岔“狀態修”提供科技手段。

參考文獻

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