一種全天候車體外皮清洗機(jī)的研究

曲萌 任青茂 喬春 郭浩

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸越來(lái)越成為交通運(yùn)輸?shù)暮诵模蓛粽麧嵉能圀w在交通服務(wù)中就尤為顯得重要。同時(shí)車輛的通車越來(lái)越頻繁，調(diào)度壓力越來(lái)越大，如果仍是采用拖車入庫(kù)清洗或者人工清洗，將越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)在鐵路車輛的發(fā)展速度。本論文是對(duì)一種全天候車體外皮清洗機(jī)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)在既有線路上鐵路多車型的不建庫(kù)、通過(guò)式車體外皮清洗作業(yè)，同時(shí)采用獨(dú)有的保溫技術(shù)配合完善的洗車工藝，使系統(tǒng)在冬季低溫環(huán)境下也能正常使用，實(shí)現(xiàn)四季全天候不建庫(kù)、通過(guò)式洗車作業(yè)，不僅能大大降低調(diào)度壓力，同時(shí)也能克服低溫環(huán)境因素難題，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。

關(guān)鍵詞：不建庫(kù);通過(guò)式;多車型適用;冬季低溫洗車作業(yè)

中圖分類號(hào)：U279 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 緒論

1.1 課題的背景及意義

隨著時(shí)代的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸越來(lái)越成為交通運(yùn)輸?shù)暮诵模蓛粽麧嵉能圀w在交通服務(wù)中就尤為顯得重要。車體表皮清洗一直是一項(xiàng)工程繁重、內(nèi)容繁瑣的工作，現(xiàn)有的檢修段均為既有線路，無(wú)法修建專用的洗車庫(kù)，表皮清洗工作多數(shù)都由人工完成，需要大量的工人參與且清洗周期較長(zhǎng)，尤其是冬季環(huán)境溫度較低，極大增加洗車難度和洗車周期。

考慮到以上因素，為降低車體表皮清洗周期、提高清洗效果、減少人工工作量，擬研究了一種適用于鐵路各車型的不建庫(kù)、通過(guò)式、四季均可使用的全天候自動(dòng)表皮清洗產(chǎn)品，克服冬季低溫難題。改變現(xiàn)有洗車產(chǎn)品采用拖車入庫(kù)清洗以及人工庫(kù)內(nèi)清洗的清洗方式，極大地降低了建設(shè)成本和人工成本，縮短清洗時(shí)間，提高洗車機(jī)利用率，減輕調(diào)度壓力[1]。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)列車受風(fēng)沙、雨雪、霧霾等環(huán)境的影響，在車體外表面積累了大量的灰塵、油污及其他污垢。為了更好的進(jìn)行日常運(yùn)營(yíng)及維護(hù)，必須對(duì)車體表面進(jìn)行清洗。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)主要工藝為：高壓水射流、刷洗和人工清洗。高壓水射流刷洗適應(yīng)性窄、人工清洗耗時(shí)又耗能、外皮清洗機(jī)設(shè)備無(wú)法在寒冷的冬季發(fā)揮作用。一些廠家的洗車機(jī)能夠進(jìn)行冬季洗車，其中一種是需要建庫(kù)，通過(guò)牽引車牽引降弓后的列車，清洗完后，再用牽引車?yán)?另一種是采用通過(guò)式洗車，但仍然不能解決冬季結(jié)冰問(wèn)題，不能達(dá)到清洗的目的。

1.3 本文的研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排

本文是針對(duì)一種全天候車體外皮清洗機(jī)進(jìn)行研究。全文分為三章節(jié)：第一章節(jié)為緒論，探討課題的背景意義以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀;第二章節(jié)為系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的方案進(jìn)行研究;第三章節(jié)為新型功能的研究，對(duì)系統(tǒng)具備的新型功能進(jìn)行探索研究。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)方案

全天候車體外皮清洗機(jī)采用不建庫(kù)、通過(guò)式清洗，滿足四季環(huán)境下的洗車作業(yè)。通過(guò)水、清洗劑和清洗刷的作用，自動(dòng)清洗車輛的兩側(cè)外表面、側(cè)頂弧面和側(cè)裙面，包括車門和窗玻璃。清洗后車體外表面無(wú)灰塵、泥土和其它污漬，清洗后的污水全部回收，經(jīng)配套的水處理系統(tǒng)處理后循環(huán)使用。

整個(gè)清洗作業(yè)過(guò)程利用車體自身動(dòng)力進(jìn)行牽引或牽引機(jī)牽引的方式對(duì)通過(guò)洗車線的車體進(jìn)行清洗，通過(guò)速度≤5 km/h。整個(gè)清洗過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可采用自動(dòng)與手動(dòng)的操作控制模式，并能實(shí)現(xiàn)切換是否使用洗滌劑以及只通過(guò)不洗車等模式的選擇。在全天候全自動(dòng)模式下，設(shè)備在無(wú)車時(shí)自動(dòng)停機(jī)并處于待機(jī)狀態(tài)。來(lái)車后自動(dòng)啟動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備無(wú)人值守。

2.2 系統(tǒng)布局

全天候車體外皮清洗機(jī)主要由信號(hào)指示系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、側(cè)面洗刷組、側(cè)弧頂洗刷組、水供給系統(tǒng)、清洗劑配比供給系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、攝像監(jiān)控系統(tǒng)及污水處理系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)除控制部分外，軌邊清洗作業(yè)裝置為一條單向行駛直接實(shí)施洗車作業(yè)的專用線。整個(gè)全天候車體外皮清洗機(jī)的系統(tǒng)布局圖如圖1所示。

2.3 各部分組成詳情

設(shè)備信號(hào)指示系統(tǒng)由入庫(kù)信號(hào)燈、洗車作業(yè)提示牌、洗車程序信號(hào)控制裝置等組成，入庫(kù)信號(hào)燈用于提示車輛司機(jī)列車行進(jìn)的安全狀態(tài);洗車作業(yè)提示牌用于提示車輛司機(jī)即將進(jìn)行洗車區(qū)域，需要進(jìn)行限速行駛;洗車程序信號(hào)控制裝置用于設(shè)備工作狀態(tài)的控制以及信號(hào)指示等。

設(shè)備噴淋系統(tǒng)主要由預(yù)濕工位、清潔劑噴淋工位、漂洗工位等組成。用于各刷組水和清潔劑的噴淋，并按照洗車工藝流程分布。

設(shè)備側(cè)面洗刷組是采用氣缸作用使毛刷達(dá)到工作區(qū)域，利用電機(jī)帶動(dòng)毛刷旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車體側(cè)面部位進(jìn)行清洗作業(yè)，并采用獨(dú)有的保溫技術(shù)，滿足四季全天候清洗作業(yè)，同時(shí)刷組系統(tǒng)具有安全保護(hù)裝置，系統(tǒng)刷洗不會(huì)對(duì)車皮造成損傷。針對(duì)不同寬度車輛的清洗作業(yè)，刷組系統(tǒng)均能自動(dòng)保持穩(wěn)定的洗刷力[2]。

設(shè)備側(cè)弧頂裙邊洗刷組采用一體化分時(shí)工作結(jié)構(gòu)，既采用同一個(gè)氣缸作用使側(cè)弧頂和裙邊毛刷達(dá)到工作區(qū)域，獨(dú)立電機(jī)帶動(dòng)各自毛刷旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車體側(cè)頂弧面及裙邊的清洗作業(yè)，并采用獨(dú)有的保溫技術(shù)，滿足四季全天候清洗作業(yè)，同時(shí)刷組系統(tǒng)具有安全保護(hù)裝置，系統(tǒng)刷洗不會(huì)對(duì)車皮造成損傷。針對(duì)不同寬度車輛的清洗作業(yè)，刷組系統(tǒng)均能自動(dòng)保持穩(wěn)定的洗刷力。

設(shè)備水供給系統(tǒng)由回用水供水泵、清水供水泵、失水保護(hù)裝置及管路系統(tǒng)組成，主要用于噴淋、洗刷組的水供給。針對(duì)不同的供水要求，系統(tǒng)采用分別獨(dú)立的水泵供水，以實(shí)現(xiàn)各自穩(wěn)定的壓力和流量。同時(shí)系統(tǒng)加入加熱水裝置以實(shí)現(xiàn)四季露天全天候正常洗車作業(yè)[3]。

設(shè)備清洗劑配比供給系統(tǒng)采用防腐蝕材料，適合清洗劑的使用。并配有計(jì)量泵、流量校正柱等，通過(guò)電氣控制箱的控制，保證洗滌劑用量合適，同時(shí)具有輔助的自動(dòng)導(dǎo)液裝置，保護(hù)操作人員的安全和減輕操作人員倒液的勞動(dòng)量。

設(shè)備采用MBR一體化污水處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)污水處理系統(tǒng)處理后的廢水能夠達(dá)到原鐵道部頒發(fā)的TB/T 3007-2000《鐵路回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)溢流部分的水質(zhì)滿足當(dāng)?shù)氐膹U水排放標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)備電氣控制系統(tǒng)由傳感器、控制單元、執(zhí)行元件組成。用于控制清洗機(jī)各系統(tǒng)的動(dòng)作執(zhí)行，并監(jiān)控各系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。

攝像監(jiān)控系統(tǒng)采用全面監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)，對(duì)洗車全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，保證洗刷的安全。設(shè)備具有閉路電視攝像監(jiān)視洗車全過(guò)程功能，可連續(xù)記錄至少24小時(shí)。記錄存儲(chǔ)時(shí)間不少于30天。

3 全天候車體外皮清洗機(jī)新型功能的研究

全天候車體外皮清洗機(jī)一套適用于鐵路各車型的不建庫(kù)、通過(guò)式、四季均可使用全天候自動(dòng)表皮清洗系統(tǒng)。其新型功能主要體現(xiàn)以下兩個(gè)方面：能實(shí)現(xiàn)既有線路下的安裝使用;能實(shí)現(xiàn)冬季低溫環(huán)境下室外通過(guò)式洗車功能。

3.1 不建庫(kù)、通過(guò)式功能的研究

要實(shí)現(xiàn)既有線路上，不建庫(kù)、通過(guò)式洗車方式，需要滿足鐵路建筑限界標(biāo)準(zhǔn)2 440 mm。系統(tǒng)刷組結(jié)構(gòu)采用較長(zhǎng)的擺臂結(jié)構(gòu)，以滿足系統(tǒng)在不工作時(shí)刷組收回的狀態(tài)下，滿足鐵路建筑限界標(biāo)準(zhǔn)2 440 mm，不影響既有線路上車輛的正常通行。同時(shí)系統(tǒng)在工作狀態(tài)下，對(duì)通行進(jìn)行清洗的車輛進(jìn)行限速要求，通過(guò)速度≤5 km/h。一是保證車輛刷組清洗作業(yè)時(shí)間，達(dá)到良好的洗車效果;二是低速狀態(tài)下，車輛在行駛過(guò)程中的偏移量將極大的減小，對(duì)刷組的作用力也將減小，提高系統(tǒng)使用壽命的同時(shí)也將避免刷組結(jié)構(gòu)件對(duì)于車體的影響。從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)式清洗作業(yè)。

3.2 低溫作業(yè)功能的研究

現(xiàn)有洗車設(shè)備刷組結(jié)構(gòu)均為開放式結(jié)構(gòu)，無(wú)法在室外低溫環(huán)境下使用。為了應(yīng)對(duì)以及隔絕室外低溫環(huán)境的影響，系統(tǒng)采用了獨(dú)有的保溫倉(cāng)技術(shù)，在刷組機(jī)構(gòu)上配置有半封閉式保溫倉(cāng)，冬季低溫環(huán)境下半封閉保溫倉(cāng)與車體形成保溫空間，以隔絕外部低溫環(huán)境。

為保證清洗作業(yè)區(qū)域內(nèi)活水作業(yè)，避免水結(jié)冰對(duì)清洗作業(yè)的影響，系統(tǒng)中水供給管路采用了保溫措施，并對(duì)清洗使用的水進(jìn)行加熱處理，冬季低溫環(huán)境下采用熱水供給使用。熱水輸出后配合管路保溫措施，使到達(dá)清洗作業(yè)區(qū)域的水和清洗劑混合液具備穩(wěn)定的溫度，實(shí)現(xiàn)活水作業(yè)。

考慮冬季低溫因素的影響，系統(tǒng)對(duì)洗車工藝進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)理想的洗車效果。首先加入了預(yù)濕噴淋工位，并將其設(shè)立清洗作業(yè)第一步，用以調(diào)節(jié)車體溫度，達(dá)到潤(rùn)濕車體的目的。冬季低溫模式下，預(yù)濕噴淋裝置將采用熱水供給，改善車體溫度，使車體具備清洗作業(yè)條件，避免車體溫度對(duì)后續(xù)洗車工藝產(chǎn)生影響;其次加入了干燥工位，車輛經(jīng)過(guò)清洗劑抹刷、初清洗以及精清洗后，車輛進(jìn)入外皮干燥區(qū)域，此區(qū)域利用干燥的熱刷毛帶走車皮表面的殘余水分，保證車體表面的潔凈干燥，避免出現(xiàn)殘余水造成的污染以及冬季環(huán)境出現(xiàn)殘余水結(jié)冰附著在車體表面的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉迪.全自動(dòng)運(yùn)行地鐵車輛段設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析[J].科技與創(chuàng)新，2020，7（08）：53-54+57.

[2]曾磊，蔣軍，曹友龍.洗車機(jī)無(wú)人值守洗車可行性分析[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2019，28（10）：122-123.

[3]白天榮.洗車機(jī)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)加裝固定裝置的可行性分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2019，48（12）：153-155.