THDS系統(tǒng)探頭箱防雪堵裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

包麗靜

摘要：本文對(duì)目前THDS系統(tǒng)應(yīng)用的探頭箱防雪堵裝置效果進(jìn)行分析，并給出新的探頭箱自動(dòng)除雪裝置設(shè)計(jì)方案。最終確定探頭箱內(nèi)設(shè)置小型風(fēng)機(jī)，采取不間斷工作的方式可以較好的達(dá)到防止探頭箱雪堵的目的。

Abstract： This article analyzes the effect of the snow blocking device of the probe box currently used in the THDS system， and gives a new design scheme for the automatic snow removal device of the probe box. Finally， it is determined that a small fan is installed in the probe box， and uninterrupted work can better achieve the purpose of preventing snow blockage in the probe box.

關(guān)鍵詞：THDS系統(tǒng);防雪堵;自動(dòng)除雪裝置

Key words： THDS system;anti-snow blocking;automatic snow removal device

中圖分類號(hào)：U216? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0087-02

0? 引言

車輛軸溫智能探測(cè)系統(tǒng)（THDS）監(jiān)測(cè)運(yùn)行列車軸承溫度，防范運(yùn)行列車熱切軸事故，是保障列車運(yùn)行安全的重要設(shè)備。THDS系統(tǒng)有軌邊室外設(shè)備和軌邊室內(nèi)設(shè)備及用戶終端設(shè)備、信息傳輸系統(tǒng)組成。其中軌邊室外設(shè)備主要完成運(yùn)行列車軸溫采集工作，核心工作設(shè)備為紅外線軸溫探測(cè)器。運(yùn)行列車軸端持續(xù)向外輻射紅外線，溫度不同輻射的紅外線也不同，當(dāng)列車通過(guò)探頭箱時(shí)探頭箱內(nèi)的紅外線探測(cè)器接收到紅外線，通過(guò)計(jì)算得出當(dāng)前車軸軸端溫度，監(jiān)測(cè)列車軸溫，防止因?yàn)檩S溫生干導(dǎo)致的熱切軸事故。為保證行車安全THDS系統(tǒng)各部必須確保工作可靠，但由于探頭箱的特殊結(jié)構(gòu)下雪天氣積雪會(huì)覆蓋THDS軸溫探測(cè)的光學(xué)通路，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到過(guò)站列車軸承溫度造成漏檢，嚴(yán)重的會(huì)造成行車安全事故。為解決探頭箱雪堵問(wèn)題，鐵路部門(mén)不斷研究THDS系統(tǒng)探頭箱的防雪堵方案。

1? 幾種防雪堵方案分析

1.1 平探和內(nèi)探結(jié)合

探頭箱出現(xiàn)雪堵是因?yàn)樘筋^箱特殊結(jié)構(gòu)，為保證良好光學(xué)通路探頭箱上蓋設(shè)孔（光學(xué)通道），雪天積雪覆蓋光學(xué)通路導(dǎo)致無(wú)法正常檢測(cè)軸溫，若設(shè)備光學(xué)通路方向處于水平位置則可以很大程度避免積雪影響，所以提出水平探測(cè)和內(nèi)探相結(jié)合方式，工作狀態(tài)如圖1所示。平探和內(nèi)探結(jié)合的方式，平時(shí)主要依據(jù)內(nèi)探數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)軸溫，雪天內(nèi)探受積雪影響軸溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以平探為主。存在的主要問(wèn)題，平探探測(cè)溫度為軸端溫度探測(cè)精度較差[1]。

1.2 融雪除雪

融雪除雪方案，如圖2所示。此方案采用以融雪為主、以吹雪為輔的設(shè)計(jì)思想。融雪功能既要保證飄落的雪霧在探測(cè)器箱體上隨落即融，使探測(cè)器箱體上和擋雪板上不積雪，消除雪堵現(xiàn)象同時(shí)又要避免熱輻射對(duì)軸溫探測(cè)產(chǎn)生影響，吹掃功能則能有效地干擾雪霧在探測(cè)器箱體上保護(hù)門(mén)部位的飛行線路，防止雪霧由探測(cè)器箱體光口保護(hù)門(mén)處侵入探測(cè)器箱體內(nèi)部造成雪堵。方案通過(guò)安裝在探頭箱上蓋上的電加熱設(shè)備達(dá)到防止雪堵的目的，加熱設(shè)備材料采用碳纖維，能夠迅速升溫。此方案可以很好的融化積雪，但是會(huì)出現(xiàn)融后雪水流進(jìn)探頭箱內(nèi)凍結(jié)箱內(nèi)設(shè)備、再次封堵光學(xué)通路的問(wèn)題，也存在融雪加熱過(guò)程溫度升高影響探測(cè)準(zhǔn)確度的問(wèn)題[2]。

1.3 外加風(fēng)機(jī)送風(fēng)吹雪

探頭箱外設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)通風(fēng)管路將風(fēng)送入探頭箱內(nèi)，利用風(fēng)壓將落雪吹走，原理如圖3所示。因風(fēng)機(jī)離探頭箱出風(fēng)口較遠(yuǎn)需要通過(guò)管路送風(fēng)，而流體在流動(dòng)過(guò)程中能量損失較大，為保證探頭箱出風(fēng)口風(fēng)壓足夠吹動(dòng)落雪，需要大功率風(fēng)機(jī)。因風(fēng)機(jī)功率大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)耗能過(guò)高[3]。

2? 探頭箱防雪堵裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)除雪裝置的分析得出，THDS系統(tǒng)探頭箱防雪堵裝置應(yīng)能做到：

①不影響探測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)精度。

②不會(huì)對(duì)探測(cè)系統(tǒng)造成內(nèi)部設(shè)備被凍結(jié)等新的危害。

③能夠支持長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。

④能夠很好的防止探頭箱光學(xué)通路積雪。

所以，新的防雪堵裝置設(shè)計(jì)可以著眼于一種在探頭箱內(nèi)光學(xué)通道附近設(shè)置風(fēng)源的方法。本方案采用小型風(fēng)機(jī)設(shè)置在探頭箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)如圖4所示。風(fēng)機(jī)安裝及工作需考慮以下問(wèn)題：

①安裝空間：由圖4可以看出探測(cè)器光學(xué)通路與地面程45°夾角，在探頭箱出風(fēng)口正下方存在狹小空間，能夠?qū)崿F(xiàn)不遮擋光學(xué)通路的前提下安裝小型風(fēng)機(jī)。

②出風(fēng)：由于流體流動(dòng)狀態(tài)的特殊性，且安裝小型風(fēng)機(jī)的空間及風(fēng)源到出風(fēng)口處空間都比較狹小，容易造成風(fēng)路兩側(cè)形成負(fù)壓，導(dǎo)致風(fēng)路兩側(cè)有雪花在負(fù)壓作用下卷入探頭箱內(nèi)，造成箱內(nèi)積雪的情況。因此風(fēng)機(jī)出風(fēng)應(yīng)以散射狀且配置合理風(fēng)壓，確保出風(fēng)口整個(gè)孔徑處不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓卷雪情況。

③進(jìn)風(fēng)：風(fēng)機(jī)工作可以向外提供風(fēng)壓的前提是需要吸入足夠空氣，探頭箱內(nèi)空間過(guò)于狹小無(wú)法保證足夠的空氣量。因此在探頭箱下打孔，使風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與外界相通。為避免風(fēng)機(jī)工作時(shí)吸入雜質(zhì)，出現(xiàn)風(fēng)機(jī)卡滯等影響風(fēng)機(jī)正常工作的問(wèn)題，進(jìn)風(fēng)口處需設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)。濾網(wǎng)選擇要保證阻隔雜質(zhì)的同時(shí)，要保證風(fēng)機(jī)工作可以順利獲取足夠的風(fēng)源，不影響正常出風(fēng)，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得出，濾網(wǎng)規(guī)格采用孔徑2-3mm時(shí)效果最好。

④其他：選取風(fēng)機(jī)參數(shù)及安裝高度時(shí)經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出最優(yōu)方案，風(fēng)機(jī)外形尺寸為50*50mm，葉片直徑70mm，直流12V*600mA功率，安裝高度距出風(fēng)口平面垂直距離100mm，風(fēng)機(jī)中心線與出風(fēng)口中心線重合。風(fēng)機(jī)供電電源電流不小于10A，為保證持續(xù)大電流不影響系統(tǒng)探測(cè)設(shè)備正常運(yùn)行，風(fēng)機(jī)單獨(dú)供電不與探測(cè)設(shè)備共用電源。

3? 應(yīng)用效果分析

對(duì)小型風(fēng)機(jī)持續(xù)工作放探頭箱雪堵裝置進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，驗(yàn)證其應(yīng)用效果。試驗(yàn)方案如下：選擇某THDS探測(cè)站在大雪天氣進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，標(biāo)定溫度選擇30℃、50℃、70℃三個(gè)溫度。考慮防雪堵效果可能會(huì)受到瞬時(shí)降雪量降雪累計(jì)時(shí)間的影響，選擇多個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)測(cè)試。給出重要節(jié)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，其中下雪時(shí)間30min時(shí)是本次瞬時(shí)降雪量最大的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

通過(guò)表1中數(shù)據(jù)可以看出小型風(fēng)機(jī)持續(xù)工作模式探頭箱自動(dòng)除雪裝置在大雪天可以很好地保證探測(cè)器的檢測(cè)精度，能夠?qū)崿F(xiàn)保證軸溫探測(cè)系統(tǒng)工作可靠性。

4? 結(jié)束語(yǔ)

為保證THDS系統(tǒng)在雨雪天氣下的工作可靠性，現(xiàn)有多種方案可以實(shí)現(xiàn)THDS探頭箱自動(dòng)清雪，通過(guò)論證分析得出本文中提出探頭箱內(nèi)設(shè)置小型風(fēng)機(jī)的方案更具實(shí)用性和可靠性，可以較好的完成探頭箱自動(dòng)清雪工作，保證系統(tǒng)軸溫檢測(cè)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王德明，劉玉林.肖井波.采用內(nèi)探和水平探測(cè)相結(jié)合的方式解決風(fēng)雪覆蓋環(huán)境下THDS探測(cè)問(wèn)題的探討[J].鐵道車輛，2013，51（04）：37-40.

[2]宋鐵民.SCTHRCH—1型車輛軸溫智能探測(cè)系統(tǒng)軌邊探測(cè)器融雪除雪裝置的研制[J].鐵道車輛，2016，54（12）：31-34.

[3]李剛.哈木線THDS車輛智能軸溫探測(cè)系統(tǒng)吹雪裝置探析[J].高新技術(shù)，2017（05）：8-9.

[4]楊二斌，李春林，喬萬(wàn)華，張恒.軸溫探測(cè)系統(tǒng)除雪裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2016，357：30-32.

[5]錢(qián)勝，王孟鴻，何遠(yuǎn)營(yíng)，羅姍姍，陳巖.計(jì)算流體力學(xué)原理及其在復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓數(shù)值模擬中的應(yīng)用[A].天津大學(xué).第十三屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].天津大學(xué)：全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)，2013：6.