地鐵工程車高壓清洗機控制分析

邸廣杰 邵加鼎 王道永

【摘 ?要】高壓清洗機在地鐵工程車中扮演了重要的角色，主要功能為清洗絕緣子和隧道壁等。在北方地區使用高壓清洗機，解決好防凍防凝問題十分重要。本文介紹了一套控制方式，可以高效的保證高壓清洗機在有水狀態下啟動，并在結束作業后快速的排空高壓清洗機及出水管路中的存水。

【關鍵詞】高壓清洗機;防凍防凝;

引言

隨著國民經濟的迅速發展，道路擁堵日益嚴重，為了解決這一問題，各大城市對地鐵的需求日益增強，因此我國各地政府大力修建城市軌道交通。用于隧道檢修及維護作業的地鐵工程車運營頻率也不斷提高，地鐵運營時間受限于“天窗時間”，作業時間緊，工作任務重。因此，地鐵工程車需要快速、高效的完成作業任務。

在地鐵工程車各種作業功能中，高壓清洗功能顯得尤為重要，多種地鐵工程車配置有高壓清洗功能，我司設計的一輛名為“接觸網維修作業車”上配置了一臺高壓清洗機，該車輛交付并運營于各大城市地鐵車輛段，在北方城市，冬季施工作業過程中，需要處理好高壓清洗機泵內及管路防凍防凝要求。本文通過實際應用，設計了一套高壓清洗機的控制方式，可以高效的保證高壓清洗機在有水狀態下啟動，并在結束作業后快速的排空高壓清洗機及出水管路中的存水。

1.設備簡介

接觸網維修作業車是我司總體設計，關鍵部件由國內外知名廠家共同開發設計的專用接觸網維修作業車，該車專為地鐵維保中心在正線、車輛段及停車場內接觸網特殊檢修作業（包括接觸網動態檢測、高凈空檢修及絕緣子清洗等作業）、接觸網換線或搶修時可與接觸網輔助放線車編組作業。

高壓清洗系統包括水箱、常壓鋼絲橡膠軟管、高壓清洗機、高壓橡膠軟管、喉輥、雙噴槍。水箱位于車體下部，通過2米長DN20常壓鋼絲橡膠軟管到達高壓清洗機;喉輥位于固定作業平臺上，水流經過DN10高壓橡膠軟管-DN20鋼管-DN10高壓橡膠軟管-喉輥-噴槍。如圖1所示。

該清洗機具有保護裝置，能確保操作安全，水流經水槍噴出后形成30 -50°均勻扇面，有效清洗區域為水槍噴嘴150mm左右，距水槍噴嘴150mm 外的扇面基本霧化，水流輕柔，水槍開關設置在把手處，為連續式開關，即松開開關，水槍停止工作，在操作過程中，如果水槍不慎脫手，不會對操作人員造成傷害， 同時，該設備設有水循環系統，即在停槍過程中，不產生壓力。

高壓沖洗的泵頭工作主要是靠水來潤滑冷卻的。如果進水不足會造成冷卻和潤滑不良好、壓力不足，長時間運行可能造成設備報廢。因此，系統設置了低液位傳感器，當水箱液位過低或者不足時，限制水泵的運行，保證水泵不會出現長時間空轉狀態。觸發水箱低液位傳感器時，水泵會自動停止運行并無法啟動，但水箱底部及出水管路還會有積水存在，要想排空水箱，通常的做法是操作人員打開水箱底部的排水口。水箱安裝于車體底部，當接觸網維修作業車在隧道中作業時，操作人員需要下車進入隧道，徒手打開水箱排水口，這種操作方式，有安全隱患、效率低并且無法排空出水管路內的積水。如果不排空水箱及出水管路內的積水，在北方地區，冬天天氣寒冷，清洗機出水管為DN10高壓膠管，管徑細，管長約22m，如管內或泵內有存水，易凍壞膠管或柱塞泵，不僅造成損失，且影響清洗工作正常進行，問題十分突出，另一方面冬季水溫較低時也影響清洗效果，為了在北方地區使用高壓清洗機，解決好防凍凝問題十分重要。

2.控制系統

綜合考慮高壓清洗效果和防凍凝需求，可以從3方面著手做好防凍凝工作：一是對水箱進水進行加熱后供高壓清洗機使用;二是對水箱增加保溫防凍措施;三是優化改進操作工藝，保證冬季清洗效果和盡量減少停機后的系統內存水。

本文從第三方面出發，設計了一套高效、安全的操作工藝，既保證高壓清洗機不會出現缺水狀態下長時間空轉的現象，同時可以高效、安全的排空水箱底部、出水管及泵內的積水。大大的提高了操作人員的工作效率和安全。下面介紹一下本套操作工藝的控制系統。如圖2所示：

本套控制系統包括低液位傳感器、低液位傳感器繼電器、停止按鈕1、啟動按鈕1、高壓清洗機接觸器、停止按鈕2、啟動按鈕2、排水繼電器、時間繼電器（20S）。

低液位傳感器安裝于水箱底部，低液位傳感器為音叉物位開關。音叉物位開關是基于音叉振動原理的點位測量產品;該儀表具有穩定性高、測量精度高、應用場合廣等優點;相比傳統的音叉物位開關，產品采用模塊化設計，并配有指示燈，使用戶能夠直觀地獲取所需的信息，方便了設定和維護。音叉振動原理是以共振理論為基礎。在物理學上共振是一個運用頻率非常高的專業術語。共振的定義是兩個固有振動頻率相同的物體，當一個發生振動時，引起另一個物體振動的現象。系統受外界激勵，作強迫振動時，若外界激勵的頻率接近于系統頻率時，強迫振動的振幅可能達到非常大的值，這種現象叫共振。可見，產生共振的重要條件是：物體要有彈性，而且一件物體受外力的周期性作用時，其固有頻率要與外來的頻率相同或基本相近。基于此原理，音叉以壓電晶體作為激勵源，激起具有固有頻率的彈性叉體（或棒體）產生共振。共振頻率通過后級數據系統采集，對振動頻率實時監控，根據需求，對監控到的頻率變動進行處理，以繼電器或其他方式進行輸出。音叉技術測量結果精度高，適用場合廣，是目前點位監控產品中，應用最廣泛的測量技術之一。

圖3 ?液位傳感器的安裝方式

低液位傳感器采用了水平安裝的形式，如圖3所示。圖中MAX表示高液位傳感器，MIN表示低液位傳感器。

當水箱液位高于MIN傳感器時，低液位傳感器處于常閉狀態，低液位傳感器繼電器處于得電狀態，常開觸點K1為閉合狀態，此時點擊啟動按鈕1（自復位），高壓清洗機接觸器K2得電，常開觸點K2為閉合狀態，此時停止按鈕1—常開觸點K2—常開觸點K1—接觸器K2形成通電回路，高壓清洗機電機通電，高壓清洗機開始清洗工作。此狀態為高壓清洗機正常的啟、停操作。

當水箱液位低于MIN傳感器時，低液位傳感器處于常開狀態，低液位傳感器繼電器處于失電狀態，常開觸點K1為常開狀態，此時停止按鈕1—常開觸點K2—常開觸點K1—接觸器K2回路自動斷電，通過啟動按鈕1也無法讓高壓清洗機正常運行。此狀態對高壓清洗機起到保護作用。

當水箱液位低于MIN傳感器時，可通過啟動按鈕2來排空水箱底部及出水管路內的積水，點擊啟動按鈕2，排水繼電器得電，常開觸點K3為常閉狀態，此時停止按鈕2—常閉觸點K4—常開觸點K3—排水繼電器K3形成通電回路，時間繼電器K4設置20S的觸發時間（可根據水箱水位調整），點擊啟動按鈕K2之后20S時間繼電器K4得電，常閉觸點K4為常開狀態，此時停止按鈕2—常閉觸點K4—常開觸點K3—排水繼電器K3回路自動斷電。高壓水泵工作20S之后自動停止，如果水箱底部及出水管路積水未全部排空，可再次點擊啟動按鈕2，如此反復操作，直至高壓水槍不出水，整個高壓系統內積水全部排空。此狀態可在水箱液位低于MIN傳感器時，短暫啟動高壓清洗機來排空水箱、泵頭及出水管路內的積水。

由上可以看出，本控制系統相比于傳統的操作工藝，更加高效、安全。并且已經在我們接觸網維修作業車中得到了實際應用，并取得了良好的效果。

3.結語

本文以地鐵接觸網維修作業車為載體，設計了一套高壓清洗機的控制系統，取代了傳統的操作工藝，大大提高了地鐵接觸維修作業車在隧道內使用高壓清洗機清洗隧道壁以及絕緣子的工作效率。并且在我們實際產品中得到了成功驗證，值得推廣。

參考文獻：

[1]司書軍. 高壓清洗機在北方鐵路槽車清洗中的應用[J]. 石化技術， 2018.

[2]王炳炳. 高壓清洗機噴嘴特性及設計準則[J]. 機械工業標準化與質量， 2019.

作者簡介：邸廣杰（1990-）男，山東濟南人，東北大學機械工程專業碩士，現就職于中車山東機車車輛有限公司，主要從事地鐵工程車研發設計工作。