張洪波,劉 音,欒和宇,王 進,孫玉峰,孫 權,宋家峰
(哈爾濱威克軌道交通技術開發(fā)有限公司,黑龍江哈爾濱 150000)
列車自動清洗機安裝在車輛段/停車場的洗車庫內,在清洗過程中,列車由司機駕駛,以3~5 km/h 的速度通過洗車庫,根據洗車庫設置的停車標志牌和信號機的信號,完成對列車端面和側面的清洗。
洗滌劑采用低泡洗滌劑,按比例與水混合,通過刷組把洗滌劑和水的混合物均勻的涂抹到車體表面,這樣會造成洗滌劑隨車體表面淌下來,從而影響洗滌劑和污漬的反應作用。
2.1.1 前期準備階段
2021 年10 月項目啟動,進行相應的市場調研,了解產品的市場情況,收集整理相似的設備信息資料。根據調研和資料進行整體方案設計、系統(tǒng)可行性分析和方案確定。12 月開始進行詳細設計[1]。
2.1.2 系統(tǒng)設計階段
2.1.2.1 發(fā)泡工位位置確定
根據調研,發(fā)泡工位應安裝在洗車機工位前端,是布置在最前端還是安裝在預濕、預冷工位后面的問題上,最后決定裝在預濕、預冷工位后面,原因是列車在洗車前,車體表面溫度較高,這樣就需要給車體表面降溫,使車體表面濕潤,傳統(tǒng)洗車預濕、預冷工位使用的噴嘴流量較大,這樣會在車體表面殘留大量的水,當洗滌劑噴到車體上后,會隨水一起流下來,這樣就降低了洗滌劑和污漬的反應時間,從而影響了去污的效果,所以我們選擇在預濕、預冷工位安裝小流量的噴嘴,在洗車機各工位允許的前提下,適當增大預濕、預冷工位和發(fā)泡工位之間的距離,在發(fā)泡工位后面設置一道側面刷洗工位,此工位可選擇是否噴水,它能夠把洗滌劑均勻的涂抹導車體表面,見圖1。
圖1 洗滌劑發(fā)泡工位平面布置示意圖
2.1.2.2 發(fā)泡工位設計
發(fā)泡工位立柱采用標準方鋼焊接而組成,經熱浸鋅防腐處理后表面噴船舶用重防腐底漆和面漆,噴淋管采用304 材質,經試驗噴嘴確定為標準扇形噴嘴,噴射角度定為95°,單側布置3 個噴嘴,能夠完全覆蓋地鐵車體表面,在噴嘴流量選擇上,剛開始選擇小流量噴嘴,但是在試驗中噴射效果欠佳,后來選用大流量噴嘴,此外在噴淋管下端設置旁路,用于在現場調試時補氣使用。扇形噴嘴基本參數見表1。
表1 扇形噴嘴基本參數
各種噴嘴試驗數據見表2。
表2 各種噴嘴試驗數據
此試驗結果在水壓5 bar,氣壓5 bar,洗滌劑量為50%下得出。
根據試驗選擇流量代碼為9570 的噴嘴孔徑為5.2 mm,在6 bar 下的流量為39 L/min,噴射角度為99°。
2.1.2.3 發(fā)泡水泵選型
發(fā)泡對水質要求比較高,所以使用城市自來水,儲存的水容器可以是水箱或水池,由于發(fā)泡要求高壓,所以選用立式多級離心泵,性能滿足發(fā)泡高壓低流量的要求[3]。
如圖2 所示,CR1 水泵是CR 系列水泵中最小流量的,發(fā)泡需要的壓力6~8 bar,對應的揚程是60~80 m,相應水泵揚程要大于80 m(考慮管道壓力損耗),CR1 水泵額定流量是1 m3/h,根據曲線選擇CR1-15 水泵揚程大于80 m。
圖2 水泵流量與揚程性能曲線圖
由于發(fā)泡系統(tǒng)是集成在洗車機系統(tǒng)里,可以跟洗車機共用空壓機,洗車機各工位用氣量比較少,所以洗車機自帶的空壓機排氣量也相對小一些,這樣卻無法滿足發(fā)泡系統(tǒng)的用氣量,后來選擇排氣量大一些空壓機,而且空壓機自帶儲氣罐,儲氣罐為簡單壓力容器,滿足洗車機計及發(fā)泡用氣量需求,空壓機可選擇螺桿式或活塞式。
2.1.2.4 發(fā)泡裝置設計
發(fā)泡裝置設計為一個整體式結構,如圖3 所示,內部集成洗滌劑系統(tǒng)、泡沫發(fā)生系統(tǒng)、水氣路調節(jié)系統(tǒng)及電控系統(tǒng),早期設計選用洗車機塑料桶盛放洗滌劑,由此需要做一個支架,下面放塑料桶,桶上部安裝洗滌劑泵,洗滌劑泵選用機械隔膜泵,泵的功率為0.09 KW,壓力為0.65 MP,流量為63 L/min,泵體自帶流量調節(jié)裝置,可在0~100%范圍內調節(jié)打入洗滌劑量,進口末端安裝底閥,出口安裝單向閥,支架上部安裝一個背板,泡沫發(fā)生器[2]、閥門、水管件及電控箱都安裝在背板上,由于受塑料桶外形尺寸的限制,支架尺寸的比較大,背板上元器件全都暴漏在外面,后來把發(fā)泡裝置做成上下兩個柜體,塑料桶也改為了不銹鋼水箱,放到下柜體中,其他部件都放到上柜體內,上下柜體摞在一起,組成了改進后的發(fā)泡裝置,當時此發(fā)泡裝置體型龐大,質量大,造價高,由此誕生了第三代產品,液壓站機構發(fā)泡裝置,此裝置外型尺寸為650 mm(長)X400 mm(寬)X1 200 mm(高),此機構簡單、緊湊,下部柜體集成不銹鋼水箱、泡沫發(fā)生器、閥門、水管件及電控箱等,水箱的容積約為0.1 立方,計量泵安裝在柜體上面,后面的背板裝有壓力表、按鈕和指示燈,壓力表2 塊,1 塊為水壓表,量程為0~1.6 MPa,另1 塊為氣壓表,量程為0~1.0 MPa,為了防止水、氣、洗滌劑倒流,分別在水、氣、洗滌劑管道安有單向閥,氣路系統(tǒng),氣路管道裝有調壓閥,旋轉閥門旋鈕,通過閥上的壓力表可調節(jié)氣壓,水路先期設計采用普通的手動球閥,但手動球閥只適合開啟和關閉,無法精確的調節(jié)水壓,后來選用了立式絲扣截止閥,此閥能夠微調水管道壓力,管道安裝壓力表,便于觀察水壓,此外洗滌劑水箱裝有浮球液位計,液位計有上下兩個液位,由于洗滌劑進水口安裝右底閥,底閥距箱底距離為30 mm,下液位要高于底閥,所以下液位距箱底距離為120 mm(底閥的長度約為70 mm),上液位距箱體上沿為50 mm,用于監(jiān)控水箱內洗滌劑的量,當洗滌劑液位到達上、下液位時,設備會自動報警。
圖3 發(fā)泡裝置示意圖
2.2.1 與水路系統(tǒng)接口
水源為城市自來水,水壓不小與0.2 MPa,儲存水的容器為水池或水箱,容積不小于4 立方,動力來源來自水泵,水泵為高壓低流量立式多級離心泵,水泵口徑為DN25,額定流量為1 m3/h(在8 bar 壓力下)使用水池時,水泵進水口要安裝底閥,前端布置泵前補水罐,水池或水箱內部安裝液位計,控制水池或水箱內的水量。
2.2.2 與氣路系統(tǒng)接口
氣源為洗車機自來空壓機,空壓機的形式可分為活塞式空壓機和螺桿式空壓機,功率為7.5 KW,空壓機氣量和氣壓要滿足發(fā)泡系統(tǒng)用氣要求,排氣壓力為0.8 MPa,排氣量為0.95 m3/min,空壓機自帶儲氣罐,儲氣罐為簡單壓力容器,儲氣罐容積為0.3 m3滿足洗車機計及發(fā)泡用氣量需求,氣路主管路安裝過濾器,保證壓縮空氣質量。
2.2.3 與洗滌劑系統(tǒng)接口
洗滌劑系統(tǒng)集成在洗滌劑發(fā)泡裝置內,不銹鋼水箱內裝有不摻水的純高泡洗滌劑[4],洗滌劑泵為機械隔膜泵,電機功率為0.09 KW,進口末端安裝底閥,出口安裝單向閥,管道口徑為DN15,計量泵自帶洗滌劑打出調節(jié)裝置,水箱上安裝液位浮球,用于控制水箱內洗滌劑的量。
2.2.4 與電氣系統(tǒng)接口
(1) 主控制系統(tǒng)提供電源380VAC,50HZ, 主回路采用西門子3RV 系列斷路器具有過流、過載、短路、缺相保護功能,回路中通過西門子3RT 系列斷路器控制對應的水泵工作,控制發(fā)泡洗滌劑系統(tǒng)配合主控系統(tǒng)工作。
(2) 發(fā)泡洗滌劑液位信號接入西門子1500PLC控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)根據液位實際值做出相應的報警信息處理,上位機報警畫面提供具體報警文本。
(3) 發(fā)泡系統(tǒng)盤面板布置24VDC LED 指示燈,由1500PLC 經過計算后輸出控制LED 指示燈狀態(tài),從而顯示系統(tǒng)狀態(tài)。
水、洗滌劑和氣的混合物從噴嘴成扇形噴射出來,成片狀,泡沫大小適中,均勻附著在車體表面不下流,水壓可先調到0.5~0.6 MPa,氣壓可調到0.4~0.5 MPa,洗滌劑可調到50%,這些數值為試驗數值,根據不同的現場實際條件進行現場調節(jié),如果由于現場噴淋工位距離過遠而造成發(fā)泡效果欠佳,經調節(jié)各數值無效時,可通過跟噴淋工位補氣的方法來解決。
發(fā)泡裝置在加工完成組裝工作,水泵與水箱相連,水箱內裝滿自來水,氣源來自空壓機,洗滌劑水箱里裝入高泡洗滌劑,設立噴淋機構,連接管道進行試驗,試驗過程中通過調節(jié)水、氣和洗滌劑數值,觀察發(fā)泡效果[5],試驗表格見表3。
表3 洗滌劑發(fā)泡系統(tǒng)試驗數據
通過試驗,采用高壓立式離心泵,水壓調整為0.5 MPa,氣壓調整為0.5 MPa,洗滌劑打出量調整為50%,洗滌劑選用高泡列車專用清洗劑,水、氣、洗滌劑三者在泡沫發(fā)生器里充分混合,噴嘴采用大口徑、大角度扇形噴嘴,最后從噴嘴噴射出大小適中的泡沫,均勻的附著在車體表面。