THDS系統(tǒng)探頭箱防雪堵裝置優(yōu)化設計

包麗靜

摘要：本文對目前THDS系統(tǒng)應用的探頭箱防雪堵裝置效果進行分析，并給出新的探頭箱自動除雪裝置設計方案。最終確定探頭箱內(nèi)設置小型風機，采取不間斷工作的方式可以較好的達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.

關鍵詞：THDS系統(tǒng);防雪堵;自動除雪裝置

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

中圖分類號：U216? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0087-02

0? 引言

車輛軸溫智能探測系統(tǒng)（THDS）監(jiān)測運行列車軸承溫度，防范運行列車熱切軸事故，是保障列車運行安全的重要設備。THDS系統(tǒng)有軌邊室外設備和軌邊室內(nèi)設備及用戶終端設備、信息傳輸系統(tǒng)組成。其中軌邊室外設備主要完成運行列車軸溫采集工作，核心工作設備為紅外線軸溫探測器。運行列車軸端持續(xù)向外輻射紅外線，溫度不同輻射的紅外線也不同，當列車通過探頭箱時探頭箱內(nèi)的紅外線探測器接收到紅外線，通過計算得出當前車軸軸端溫度，監(jiān)測列車軸溫，防止因為軸溫生干導致的熱切軸事故。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)下雪天氣積雪會覆蓋THDS軸溫探測的光學通路，導致系統(tǒng)無法檢測到過站列車軸承溫度造成漏檢，嚴重的會造成行車安全事故。為解決探頭箱雪堵問題，鐵路部門不斷研究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)雪堵是因為探頭箱特殊結(jié)構(gòu)，為保證良好光學通路探頭箱上蓋設孔（光學通道），雪天積雪覆蓋光學通路導致無法正常檢測軸溫，若設備光學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，平時主要依據(jù)內(nèi)探數(shù)據(jù)監(jiān)測軸溫，雪天內(nèi)探受積雪影響軸溫監(jiān)測數(shù)據(jù)以平探為主。存在的主要問題，平探探測溫度為軸端溫度探測精度較差[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、以吹雪為輔的設計思想。融雪功能既要保證飄落的雪霧在探測器箱體上隨落即融，使探測器箱體上和擋雪板上不積雪，消除雪堵現(xiàn)象同時又要避免熱輻射對軸溫探測產(chǎn)生影響，吹掃功能則能有效地干擾雪霧在探測器箱體上保護門部位的飛行線路，防止雪霧由探測器箱體光口保護門處侵入探測器箱體內(nèi)部造成雪堵。方案通過安裝在探頭箱上蓋上的電加熱設備達到防止雪堵的目的，加熱設備材料采用碳纖維，能夠迅速升溫。此方案可以很好的融化積雪，但是會出現(xiàn)融后雪水流進探頭箱內(nèi)凍結(jié)箱內(nèi)設備、再次封堵光學通路的問題，也存在融雪加熱過程溫度升高影響探測準確度的問題[2]。

1.3 外加風機送風吹雪

探頭箱外設置鼓風機通過通風管路將風送入探頭箱內(nèi)，利用風壓將落雪吹走，原理如圖3所示。因風機離探頭箱出風口較遠需要通過管路送風，而流體在流動過程中能量損失較大，為保證探頭箱出風口風壓足夠吹動落雪，需要大功率風機。因風機功率大，長時間運轉(zhuǎn)耗能過高[3]。

2? 探頭箱防雪堵裝置優(yōu)化設計

通過對現(xiàn)有自動除雪裝置的分析得出，THDS系統(tǒng)探頭箱防雪堵裝置應能做到：

①不影響探測系統(tǒng)檢測精度。

②不會對探測系統(tǒng)造成內(nèi)部設備被凍結(jié)等新的危害。

③能夠支持長時間連續(xù)工作。

④能夠很好的防止探頭箱光學通路積雪。

所以，新的防雪堵裝置設計可以著眼于一種在探頭箱內(nèi)光學通道附近設置風源的方法。本方案采用小型風機設置在探頭箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)如圖4所示。風機安裝及工作需考慮以下問題：

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

②出風：由于流體流動狀態(tài)的特殊性，且安裝小型風機的空間及風源到出風口處空間都比較狹小，容易造成風路兩側(cè)形成負壓，導致風路兩側(cè)有雪花在負壓作用下卷入探頭箱內(nèi)，造成箱內(nèi)積雪的情況。因此風機出風應以散射狀且配置合理風壓，確保出風口整個孔徑處不會出現(xiàn)負壓卷雪情況。

③進風：風機工作可以向外提供風壓的前提是需要吸入足夠空氣，探頭箱內(nèi)空間過于狹小無法保證足夠的空氣量。因此在探頭箱下打孔，使風機進風口與外界相通。為避免風機工作時吸入雜質(zhì)，出現(xiàn)風機卡滯等影響風機正常工作的問題，進風口處需設置過濾網(wǎng)。濾網(wǎng)選擇要保證阻隔雜質(zhì)的同時，要保證風機工作可以順利獲取足夠的風源，不影響正常出風，通過多次實驗得出，濾網(wǎng)規(guī)格采用孔徑2-3mm時效果最好。

④其他：選取風機參數(shù)及安裝高度時經(jīng)過多次試驗得出最優(yōu)方案，風機外形尺寸為50*50mm，葉片直徑70mm，直流12V*600mA功率，安裝高度距出風口平面垂直距離100mm，風機中心線與出風口中心線重合。風機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)探測設備正常運行，風機單獨供電不與探測設備共用電源。

3? 應用效果分析

對小型風機持續(xù)工作放探頭箱雪堵裝置進行標定試驗，驗證其應用效果。試驗方案如下：選擇某THDS探測站在大雪天氣進行標定試驗，標定溫度選擇30℃、50℃、70℃三個溫度?？紤]防雪堵效果可能會受到瞬時降雪量降雪累計時間的影響，選擇多個時間節(jié)點測試。給出重要節(jié)點測試數(shù)據(jù)，其中下雪時間30min時是本次瞬時降雪量最大的時間節(jié)點。試驗數(shù)據(jù)如表1。

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

4? 結(jié)束語

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

參考文獻：

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

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

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