道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置的研究

李然 譚大為

摘? 要：該文通過(guò)分析道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置需求背景，闡述了道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置的設(shè)計(jì)方案，分析道岔轉(zhuǎn)換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)道岔外鎖閉自動(dòng)加油實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換阻力自動(dòng)閉環(huán)管控的目的。通過(guò)多種道岔外鎖閉自動(dòng)加油措施，保證道岔外鎖閉的潤(rùn)滑效果，降低道岔轉(zhuǎn)換阻力，減少由于道岔外鎖摩擦阻力大導(dǎo)致的道岔故障發(fā)生機(jī)率，優(yōu)化了道岔維護(hù)工況，為道岔“狀態(tài)修”提供科技手段。

關(guān)鍵詞：道岔外鎖閉;自動(dòng)加油;轉(zhuǎn)換阻力

中圖分類號(hào)：U213? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

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

目前這種加油工作全部要靠人工來(lái)完成。由于車流密度大，道岔動(dòng)作頻繁，加之外界天氣變化使得環(huán)境更加惡劣，現(xiàn)場(chǎng)鐵路維修人員花費(fèi)大量時(shí)間用注油槍或油刷對(duì)道岔進(jìn)行注油，不但造成極大的人力、物力和時(shí)間上的浪費(fèi)，還存在人身安全隱患問(wèn)題。隨著高鐵和客運(yùn)專線的投入使用，維護(hù)方式發(fā)生了較大變化，所有維護(hù)時(shí)間都集中在夜間，特別是雨后潤(rùn)滑外鎖閉裝置，需要申請(qǐng)作業(yè)點(diǎn)才能進(jìn)行，給行車秩序帶來(lái)干擾。

現(xiàn)場(chǎng)需要一種道岔外鎖閉摩擦副自動(dòng)加油裝置，保障鎖閉道岔可靠性、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加潤(rùn)滑油以減少維護(hù)人員上線次數(shù)。

從2014年起，國(guó)內(nèi)相關(guān)廠家開(kāi)始研制道岔外鎖閉裝置自動(dòng)加油設(shè)備，陸續(xù)進(jìn)行上道試驗(yàn)，部分解決了自動(dòng)注油問(wèn)題，但存在4點(diǎn)不足。1）尖軌竄動(dòng)導(dǎo)致機(jī)械加油器驅(qū)動(dòng)桿與加油器機(jī)殼磨卡，反而導(dǎo)致道岔轉(zhuǎn)換阻力增大。2）加注潤(rùn)滑油量未保證外鎖閉裝置潤(rùn)滑效果。3）未根據(jù)道岔動(dòng)作次數(shù)自動(dòng)調(diào)整加油頻次與加油量。4）沒(méi)有反饋手段，不知道加油后阻力是否降低。

為解決以上問(wèn)題，該文展開(kāi)對(duì)符合現(xiàn)場(chǎng)需求的道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置的研究。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 加油方式

1.1.1 道岔動(dòng)作次數(shù)加油方式

該自動(dòng)加油裝置監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)道岔動(dòng)作次數(shù)，并作為觸發(fā)加油依據(jù)，達(dá)到設(shè)定閾值后自動(dòng)加油。

1.1.2 設(shè)置周期加油方式

該自動(dòng)加油裝置時(shí)鐘通過(guò)站機(jī)定時(shí)同步，在站機(jī)軟件中設(shè)定加油周期，達(dá)到設(shè)置時(shí)間后自動(dòng)加油。

1.1.3 阻力超標(biāo)加油方式

該自動(dòng)加油裝置可通過(guò)接入阻力測(cè)量傳感器監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)轍機(jī)傳動(dòng)桿阻力。達(dá)到設(shè)置阻力閾值后自動(dòng)加油。

1.1.4 復(fù)合方式

該自動(dòng)加油裝置在正常運(yùn)行的同時(shí)監(jiān)測(cè)扳動(dòng)次數(shù)、設(shè)置周期和阻力值，任何一種情況發(fā)生后都觸發(fā)加油動(dòng)作。

2.2 人工觸發(fā)加油功能

2.2.1 遠(yuǎn)程觸發(fā)

站機(jī)端可遠(yuǎn)程人工觸發(fā)任意1組、多組、全站道岔加油動(dòng)作。加油量可以進(jìn)行設(shè)定。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)觸發(fā)

現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)主機(jī)上的手動(dòng)按鈕觸發(fā)單臺(tái)設(shè)備加油，加油量由手動(dòng)按鈕按下的時(shí)長(zhǎng)決定。

2.3 油位報(bào)警功能

站機(jī)端以站場(chǎng)圖形式展示設(shè)備油位與運(yùn)行狀態(tài)，每臺(tái)設(shè)備狀態(tài)對(duì)應(yīng)1個(gè)顯示界面;油位低于40 mm預(yù)警，低于30 mm告警。綠色表示工作正常;橙色表示設(shè)備工作異常;紅色表示油位過(guò)低;站機(jī)軟件提供油位報(bào)警記錄查詢界面、提供當(dāng)前油位統(tǒng)計(jì)表。

2.4 加油記錄功能

主機(jī)端應(yīng)該具備記錄各道岔自動(dòng)加油的時(shí)間點(diǎn)，提供記錄查詢界面的功能。

2.5 第三方系統(tǒng)接口功能

該裝置可以通過(guò)TCP協(xié)議接入道岔缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲取道岔定反位狀態(tài)，道岔扳動(dòng)事件，豐富加油策略，實(shí)現(xiàn)精確加油控制，減少油量浪費(fèi)。

2.6 其他功能

在滿足上述必備需求的基礎(chǔ)上，為了使該裝置更好的應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)保證運(yùn)輸安全，還需要引入4項(xiàng)功能。1）道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置加油嘴固定需要利用現(xiàn)有道岔外鎖螺栓固定，不對(duì)現(xiàn)有道岔外鎖閉裝置做任何改動(dòng)，不影響道岔維護(hù)作業(yè)。2）加油嘴與主機(jī)間需采用絕緣油管連接，不影響道岔區(qū)段軌道電氣性能。3）道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置須依據(jù)阻力變化趨勢(shì)自動(dòng)給道岔外鎖閉涂油點(diǎn)自動(dòng)加油，以自動(dòng)降低轉(zhuǎn)換阻力，提升道岔維護(hù)工況，降低道岔故障發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換阻力的自動(dòng)閉環(huán)管控。4）道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置要具備獨(dú)立運(yùn)行的功能，也可以和既有道岔缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共用通信傳輸設(shè)備與站機(jī)設(shè)備。

3 設(shè)計(jì)方案

為實(shí)現(xiàn)以上思路，所研究的道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置由主機(jī)、油管和加油嘴組件組成，可接入阻力傳感器。該裝置通過(guò)站機(jī)實(shí)現(xiàn)功能。其組成及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

站機(jī)采用工業(yè)控制機(jī)，運(yùn)行站機(jī)軟件，通過(guò)交換機(jī)和通訊設(shè)備控制加油主機(jī)，下發(fā)加油指令，主機(jī)內(nèi)置智能控制器根據(jù)站機(jī)加油策略與設(shè)定參數(shù)對(duì)主機(jī)內(nèi)油路動(dòng)力與分配單元進(jìn)行操作，使油由油箱經(jīng)由油管至油嘴處并流出，實(shí)現(xiàn)道岔外鎖閉自動(dòng)加油。同時(shí)，站機(jī)通過(guò)接入阻力采集傳感器統(tǒng)計(jì)道岔外鎖閉裝置的摩擦部分的扳動(dòng)次數(shù)和監(jiān)測(cè)外鎖閉裝置摩擦部分阻力，并以此來(lái)制定不同加油策略，實(shí)現(xiàn)智能加油。

3.1 主機(jī)

主機(jī)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(jī)控制指令、油位監(jiān)測(cè)、油量存儲(chǔ)、油路分配以及加油動(dòng)作執(zhí)行功能。

油泵提供潤(rùn)滑油流動(dòng)的動(dòng)力核心，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將設(shè)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(zhí)行裝置，為了保證其在惡劣的環(huán)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(shí)為了滿足其按照設(shè)定油量加油以及現(xiàn)場(chǎng)功耗要求，油泵的性能參數(shù)也有特殊的要求。油泵的主要部件材質(zhì)見(jiàn)表1，油泵的主要性能參數(shù)見(jiàn)表2，油泵流量如圖2所示。

加油裝置的潤(rùn)滑油分配器采用的是可調(diào)節(jié)的一體式分配器，潤(rùn)滑油分配器用于機(jī)器或設(shè)備的潤(rùn)滑，尤其是帶有往復(fù)運(yùn)動(dòng)分配的分配裝置，它是油路管道分配和油量大小調(diào)節(jié)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。由電磁閥、調(diào)節(jié)閥、殼體3個(gè)部件集成。與傳統(tǒng)的加油控制管路相比，其將電磁閥、調(diào)節(jié)閥整合到一個(gè)殼體上，有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)。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(fù)雜程度，提高生產(chǎn)效率。

內(nèi)部工作原理如圖3所示，需要加油時(shí)，油泵開(kāi)始工作，潤(rùn)滑油油管進(jìn)入到兩路電磁閥下方的密閉管道中;打開(kāi)其中一路電磁閥M1，閥門(mén)打開(kāi)，潤(rùn)滑油進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的兩路出油管道當(dāng)中到達(dá)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)2個(gè)油嘴出油量比例，再經(jīng)過(guò)油嘴排出加油。潤(rùn)滑油流經(jīng)路徑如圖3所示，由油泵流經(jīng)M1，之后流經(jīng)S1或S2，再流經(jīng)P1或P2。

3.2 油管

油管是連接主機(jī)和加油嘴的絕緣油路，由于設(shè)備是用在道岔旁非常惡劣的露天環(huán)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(zhì)是高壓樹(shù)脂，內(nèi)徑6.2 mm，外徑8.6 mm。其具備能在-40℃～+120℃溫度范圍內(nèi)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(shù)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(dǎo)潤(rùn)滑油加在指定位置上。開(kāi)始加油時(shí)，潤(rùn)滑油從油管進(jìn)入到油嘴后，克服彈簧力和摩擦力使單向閥的閥口開(kāi)啟，潤(rùn)滑油從油管端流向油嘴的出油口;當(dāng)停止加油時(shí)，在彈簧力和出油口（腔）余氣力作用下，閥口處于關(guān)閉狀態(tài)，出油口至油管不通。油嘴采用的是一體式閥體結(jié)構(gòu)，其外觀小巧，結(jié)構(gòu)緊湊;具有單向閥功能，防止油脂在重力和振動(dòng)的情況下滴漏。

3.4 阻力傳感器

利用道岔動(dòng)作連接桿在受力情況下，會(huì)因受力而產(chǎn)生與受力方向及受力大小相關(guān)的形變特性。通過(guò)直接在道岔動(dòng)作連接桿安裝傳感器實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換阻力采集。

3.5 站機(jī)及軟件

站機(jī)軟件上可顯示設(shè)備的狀態(tài)、油量數(shù)據(jù)、自動(dòng)或手動(dòng)注油記錄、油位趨勢(shì)和預(yù)告警信息、阻力歷史曲線和阻力日統(tǒng)計(jì)曲線。

4 阻力曲線分析與閉環(huán)管控實(shí)現(xiàn)

4.1 道岔轉(zhuǎn)換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關(guān)系

在現(xiàn)有的鐵路外鎖閉道岔上，道岔的動(dòng)作和鎖閉靠鎖閉板帶動(dòng)鎖鉤，用鎖鉤勾住鎖閉框來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種動(dòng)作過(guò)程均由鎖閉板推、拉動(dòng)鎖鉤來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于道岔來(lái)回反復(fù)扳動(dòng)，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(dāng)尖軌與基本軌發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各摩擦面的摩擦系數(shù)都會(huì)發(fā)生變化，因而轉(zhuǎn)轍機(jī)的負(fù)載力發(fā)生變化，由于轉(zhuǎn)轍機(jī)的輸出力是額定值（已調(diào)整好的），當(dāng)負(fù)載大于轉(zhuǎn)轍機(jī)的輸出力時(shí)，就發(fā)生轉(zhuǎn)換不良故障，因此摩擦副的潤(rùn)滑狀態(tài)直接影響轉(zhuǎn)換道岔的可靠性。所以，可以通過(guò)對(duì)道岔轉(zhuǎn)換阻力的監(jiān)測(cè)來(lái)反應(yīng)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(guò)大量的道岔監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，依據(jù)電流特征與阻力曲線特征，結(jié)合道岔動(dòng)作過(guò)程，將道岔轉(zhuǎn)換過(guò)程分5個(gè)階段進(jìn)行道岔轉(zhuǎn)換阻力曲線分析：解鎖前、解鎖過(guò)程、轉(zhuǎn)換過(guò)程、鎖閉過(guò)程、鎖閉后。

如圖4所示，在站機(jī)對(duì)道岔轉(zhuǎn)換阻力曲線進(jìn)行精確數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上，獲得道岔解鎖過(guò)程、鎖閉過(guò)程阻力變化數(shù)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(zhuǎn)換阻力閉環(huán)管控實(shí)現(xiàn)

由于準(zhǔn)確獲取了道岔解鎖過(guò)程、鎖閉過(guò)程阻力變化數(shù)值，道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置可依據(jù)解鎖或鎖閉過(guò)程阻力變化趨勢(shì)，自動(dòng)給道岔外鎖閉涂油點(diǎn)加油，以自動(dòng)降低轉(zhuǎn)換阻力，實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換阻力的自動(dòng)閉環(huán)管控。

5 結(jié)論

該文分析了道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置需求背景，闡述了道岔外鎖閉自動(dòng)加油裝置的設(shè)計(jì)方案，分析了道岔轉(zhuǎn)換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關(guān)系，通過(guò)對(duì)道岔外鎖閉自動(dòng)加油實(shí)現(xiàn)了道岔轉(zhuǎn)換阻力自動(dòng)閉環(huán)管控的目的。通過(guò)多種道岔外鎖閉自動(dòng)加油措施的實(shí)現(xiàn)，可以保證道岔外鎖閉的潤(rùn)滑效果，掌握并降低道岔轉(zhuǎn)換阻力，減少由于道岔外鎖摩擦阻力大導(dǎo)致的道岔故障發(fā)生機(jī)率，提升道岔維護(hù)工況，為道岔“狀態(tài)修”提供科技手段。

參考文獻(xiàn)

[1]王勇.提高外鎖道岔調(diào)整效率和運(yùn)用穩(wěn)定性的方案[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2017（5）：108-110.

[2]徐衛(wèi)東，宋軍民.淺談提速道岔外鎖閉設(shè)備的維護(hù)和整治[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016（1））：72-73.

[3]周俊偉，邢力民，高國(guó)棟.鉤形外鎖閉裝置鎖閉框組優(yōu)化的探討[J].鐵道通信信號(hào)，2014（5）：30-32.

[4]呂永昌.有關(guān)道岔轉(zhuǎn)換阻力的測(cè)試[J].鐵道通信信號(hào)，2006（12）：21-22.