一種針對(duì)重載鐵路的道岔徹底清掃裝置研究

鄭東偉

（國(guó)能包神鐵路有限責(zé)任公司，鄂爾多斯 017000）

鐵路作為我國(guó)交通運(yùn)輸重要的基礎(chǔ)設(shè)施，具有運(yùn)量大、行車密度大等優(yōu)點(diǎn)，成為大宗貨物及大型原材料貨物重要的運(yùn)輸設(shè)施[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全社會(huì)約80%的木材、原油、煤炭、鋼鐵及治煉物資依賴鐵路運(yùn)輸。因此，保障重載鐵路安全穩(wěn)定運(yùn)輸對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展至關(guān)重要[2]。道岔是鐵路軌道的薄弱環(huán)節(jié)[3]。傳統(tǒng)道岔清掃需要操作者使用油泥鏟、鋼刷、棉紗以及防護(hù)木錘等多種工具，頻繁蹲、站進(jìn)行鏟、刮、刷、掃、擦多種操作，養(yǎng)護(hù)工作量大，操作復(fù)雜、清掃不便且頻繁。針對(duì)重載鐵路道岔養(yǎng)護(hù)需求及其結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)一種對(duì)重載鐵路道岔徹底清掃的裝置，可使養(yǎng)護(hù)人員高效、便捷地清掃道岔，降低作業(yè)難度和強(qiáng)度，提高清掃質(zhì)量。

1 重載鐵路道岔清掃需求分析

1.1 道岔結(jié)構(gòu)分析

道岔是一種使機(jī)車車輛從一股道轉(zhuǎn)入另一股道的線路連接裝置，大量鋪設(shè)于車站、編組站，用以提高線路的通過能力，是股道轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備[4]。道岔由轉(zhuǎn)轍器、連接部分、轍叉及護(hù)軌組成。改變股道時(shí)，利用轉(zhuǎn)轍器使尖軌移動(dòng)位置改變連接。機(jī)車進(jìn)入連接部分時(shí)，沿著導(dǎo)曲線軌過渡到轍叉和護(hù)軌單元。在車輪通過轍叉時(shí)，翼軌到轍叉心最尖端之間存在一段空隙。車輪經(jīng)過此處時(shí)如果走錯(cuò)轍叉槽會(huì)引起脫軌。護(hù)軌單元能強(qiáng)制引導(dǎo)車輪的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。

1.2 道岔清掃要求

道岔清掃主要包括2個(gè)環(huán)節(jié)：一是清掃各單元上的油泥污垢、塵土砂子；二是要對(duì)滑床板、道岔鎖溝等活動(dòng)部位注油保持潤(rùn)滑。道岔的零部件多，油泥污垢、塵土砂子的堆積會(huì)在道岔轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生不良影響。清潔道岔后，必須保證表面露本色、無雜物、無油垢，避免因道岔轉(zhuǎn)換阻力過大而產(chǎn)生摩卡、空轉(zhuǎn)等問題，且要及時(shí)注油保持道岔潤(rùn)滑，減小尖軌與滑床板間的摩擦阻力，減小鎖閉鐵、鎖勾、連接鐵等銷孔的磨耗。

1.3 重載鐵路道岔清掃難點(diǎn)

重載鐵路道岔清掃主要存在3方面難點(diǎn)。第一，重載鐵路具有軸重大、牽引質(zhì)量大、運(yùn)量大、行車密度大的特點(diǎn)，易堆積油泥污垢、塵土砂子，清理頻率高，清掃強(qiáng)度大。第二，道岔由諸多單元零件組成，存在大量的厚、老、隱蔽部位。這些部位不易清掃，易因?yàn)榍鍜卟粡氐琢粝码[患。第三，道岔各單元對(duì)接點(diǎn)尺寸、位置、阻力都有嚴(yán)格要求，傳統(tǒng)清掃運(yùn)用高壓水槍、刷頭配合化工試劑進(jìn)行打磨清理，易在設(shè)備上留下積水、化工試劑等腐蝕設(shè)備元件。

2 道岔徹底清掃裝置設(shè)計(jì)思路

2.1 裝置擬實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

重載鐵路道岔徹底清掃裝置主要為解決清掃工作強(qiáng)度大、清掃不徹底以及易留下隱患等問題，以“功能集成、運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)省人力、提高效率”為目標(biāo)，設(shè)計(jì)一種易移動(dòng)、攜帶方便的裝置來滿足重載鐵路道岔清掃要求，實(shí)現(xiàn)油污清除、清洗、清掃及注油等一系列的標(biāo)準(zhǔn)化步驟，減少作業(yè)人員數(shù)量，降低作業(yè)難度，提高清掃效率和清掃能力，尤其側(cè)重于提高精細(xì)部位、隱蔽部位、復(fù)雜部位的清掃能力。

2.2 裝置功能實(shí)現(xiàn)思路

清掃裝置主要運(yùn)用高溫高壓技術(shù)和整機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。作業(yè)人員通過操作裝置噴槍，即可徹底清掃道岔各部位，實(shí)現(xiàn)整個(gè)清掃作業(yè)的“無接觸”式清掃。由于油泥污垢清掃困難，同時(shí)存在不少精細(xì)部位和不易清掃作業(yè)的隱蔽部位，需要保障噴槍壓力能足夠清理重度油泥污垢且易于控制。針對(duì)精細(xì)部位、隱蔽部位設(shè)計(jì)不同尺寸、規(guī)格、結(jié)構(gòu)形狀的噴頭、手持桿，以滿足精細(xì)部位、隱蔽部位的清掃需要。為避免對(duì)道岔元件的腐蝕、銹蝕影響，可設(shè)計(jì)選用清潔油污效果好且防結(jié)垢、防銹蝕、防腐蝕的清潔用水。清掃作業(yè)需要多點(diǎn)移動(dòng)，盡可能減小裝置的重量和體積。

2.3 裝置基本技術(shù)原理

清掃裝置利用控制功能調(diào)節(jié)面板及電路，實(shí)現(xiàn)預(yù)水、啟動(dòng)、干濕度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、供電監(jiān)測(cè)、汽溫調(diào)節(jié)保護(hù)及過壓調(diào)節(jié)保護(hù)功能。利用點(diǎn)火控制器、鼓風(fēng)機(jī)、高壓油泵、高溫高壓控制器、供水柱塞泵、干濕調(diào)節(jié)器及電磁閥實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作。清掃裝置進(jìn)水口通過柱塞泵將水注入螺旋增壓盤管，啟動(dòng)電源，控制燃燒器，使燃油在燃燒室內(nèi)旋風(fēng)式燃燒。加熱換熱冷機(jī)對(duì)盤管內(nèi)的水進(jìn)行加熱，部分水變成水蒸汽，壓縮水蒸氣形成高溫高壓水流和蒸汽混合物。在內(nèi)燃高溫的作用下，利用自動(dòng)控制將其水化為高溫高壓水流和蒸汽，通過手持噴槍輸出進(jìn)行清掃作業(yè)。整個(gè)裝置技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 清掃裝置技術(shù)原理

3 裝置主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)策略

3.1 高溫高壓蒸汽生成技術(shù)

清掃裝置通過燃油燃燒加熱盤管內(nèi)的水，使部分水形成蒸汽，并壓縮生成高溫高壓水流和水蒸汽。裝置機(jī)殼內(nèi)設(shè)置柴油箱，由柴油泵提供動(dòng)力。柴油箱出口連接過濾器，柴油經(jīng)過濾器過濾后通過柴油泵油管、輸油管達(dá)到燃燒室，配合點(diǎn)火器、火焰感應(yīng)器、底部鼓風(fēng)機(jī)組成燃燒器。燃燒室采用空管狀耐高溫腔體，內(nèi)設(shè)螺旋增壓盤管。啟動(dòng)電源后，點(diǎn)火器點(diǎn)火，燃油在燃燒室內(nèi)旋風(fēng)式燃燒對(duì)螺旋增壓盤管均勻加熱，使盤管內(nèi)的水加熱形成水蒸汽，壓縮水蒸汽產(chǎn)生高溫高壓水流和蒸汽混合物，通過手持噴槍噴射高溫高壓水流和水蒸汽混合物，軟化油泥污垢，并用高壓蒸汽和高壓水流進(jìn)行徹底的沖洗與清掃。高溫水流和水蒸汽能迅速蒸發(fā)，因此道岔單元表面不留明顯水漬，可避免銹蝕腐蝕和結(jié)垢。

3.2 過溫過壓安控技術(shù)

為減小清掃裝置的重量和體積，盡可能減小裝置器件厚度。高溫高壓冗余量較小，本文將著重對(duì)過溫過壓技術(shù)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)優(yōu)化。利用設(shè)置于燃燒室出口的溫度傳感器實(shí)現(xiàn)裝置的溫度控制，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度超過設(shè)置的保護(hù)溫度時(shí)停止泵油燃燒加熱，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)泵油燃燒加熱，使出口溫度不超過保護(hù)溫度并能維持正常清掃作業(yè)。過壓安控利用設(shè)置于燃燒室出口的壓力傳感器監(jiān)測(cè)壓力。當(dāng)實(shí)時(shí)壓力超過設(shè)置最高壓力時(shí)，降低柱塞泵轉(zhuǎn)速、油泵壓力甚至停止，使壓力降低至預(yù)設(shè)壓力之下；當(dāng)壓力低于預(yù)設(shè)壓力時(shí)，則增加柱塞泵轉(zhuǎn)速、油泵壓力，使裝置壓力保持在作業(yè)所需壓力水平，以維持正常清掃作業(yè)需要。

3.3 功能控制及機(jī)械組裝技術(shù)

為使整個(gè)裝置的功能控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行狀態(tài)觀測(cè)直觀，清掃裝置采用電子控制集成功能的方式，設(shè)計(jì)功能調(diào)節(jié)控制面板，以便捷調(diào)節(jié)控制各項(xiàng)功能，包括裝置的啟動(dòng)、關(guān)閉操作，溫度、壓力、水汽比例調(diào)節(jié)操作，以及溫度、壓力、水汽比例、供電電壓、電池電量監(jiān)測(cè)顯示等。所有監(jiān)測(cè)裝置采用電信號(hào)傳輸監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。所有控制裝置包括電磁閥、水泵、點(diǎn)火器、溫控裝置、壓力控制裝置及燃燒室，根據(jù)預(yù)設(shè)值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。整個(gè)裝置的點(diǎn)火系統(tǒng)、泵油系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等各種電器元件均由鋰電池供電。考慮對(duì)作業(yè)持續(xù)性的需求，采用48 V、12 Ah的鋰電池，與主機(jī)分離設(shè)置，并設(shè)置逆變器調(diào)節(jié)電壓[5]。

3.4 清洗介質(zhì)使用技術(shù)

清掃裝置外置水箱儲(chǔ)存清洗介質(zhì)，加水方便，清洗容易，更換便捷。清洗介質(zhì)可采用自來水、軟化水、純凈水等，均能達(dá)到清洗效果。對(duì)于低防腐需求的道岔組件，可采用自來水作為清洗介質(zhì)。對(duì)于高防腐防銹需求的組件，則采用特殊機(jī)能水作為清洗介質(zhì)。本裝置引進(jìn)了一種含有富勒烯納米材料的機(jī)能水，可預(yù)防裝置內(nèi)部結(jié)垢，清洗能力強(qiáng)，洗凈率高，能迅速剝離固體表面油污，耗時(shí)短，效率高，對(duì)油污容納量高，使用壽命長(zhǎng)，有防止生銹的特點(diǎn)，無須人工二次擦洗，且對(duì)道岔設(shè)備表面無腐蝕，不傷底材。產(chǎn)品無刺激性、無腐蝕性、無可燃性，不會(huì)侵蝕設(shè)備、機(jī)件。

4 技術(shù)關(guān)鍵及應(yīng)用效果

4.1 裝置技術(shù)關(guān)鍵

重載鐵路道岔清掃的難點(diǎn)在于作業(yè)量大、作業(yè)不便以及精細(xì)隱蔽部位不易清理干凈會(huì)造成銹蝕腐蝕影響，因此研究的清掃裝置著重于解決以上難點(diǎn)。首先，采用高溫高壓蒸汽生成技術(shù)，利用高溫高壓蒸汽徹底清掃油泥污垢，不留水漬，避免銹蝕腐蝕道岔組件。其次，采用便于拆卸更換的噴頭和手持桿，針對(duì)不同清掃部位更換噴頭手持桿，方便徹底清掃精細(xì)部位、隱蔽部位。最后，采用裝置集成技術(shù)，根據(jù)作業(yè)特征，在保證作業(yè)需求的情況下，盡可能減小裝置的體積和重量。裝置整機(jī)體積小、重量輕、移動(dòng)方便，可解決多點(diǎn)作業(yè)、不便移動(dòng)作業(yè)等問題。相較于傳統(tǒng)的道岔清掃作業(yè)工藝，該清掃裝置僅需2～4人即可完成道岔清掃工作，具有作業(yè)強(qiáng)度低、操作簡(jiǎn)便、清掃徹底和移動(dòng)便捷的優(yōu)勢(shì)。

4.2 裝置應(yīng)用效果

清掃裝置經(jīng)北京鐵路局集團(tuán)公司管內(nèi)唐山電務(wù)段唐山站、唐山北站，石家莊電務(wù)段管內(nèi)工業(yè)站、西站，鄭州電務(wù)段歡河站、鐵爐站、平原站、五里堡站、鄭州東站，包神鐵路沙沙圪臺(tái)站應(yīng)用測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該裝置的清掃效果良好，達(dá)到了操作簡(jiǎn)易、清掃徹底、移動(dòng)便捷、持續(xù)穩(wěn)定的目的。針對(duì)不同清掃部位采用不同的口徑槍頭，并配套槍頭油鏟或磨頭進(jìn)行有效清掃。經(jīng)測(cè)試：清理后的道岔鎖鉤和滑床板無油垢、無磨痕且易于上油；清理尖軌后，尖軌走動(dòng)時(shí)無磨卡，尖軌和基本軌間無異物；清理后的道岔?xiàng)U件及外閉鎖裝置無油垢、光潔油潤(rùn)、桿件無卡阻、桿件底部無雜物、鎖鉤與軸銷不磨卡；清理道岔滑床板及灰枕與滑床板間的間隙部分后，物露本色；還可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的其他設(shè)備進(jìn)行輔助除污。采用道岔清掃裝置后，配套使用選型的機(jī)能水加清洗劑，能有效去除復(fù)雜、隱蔽、易污染部位的重度油污，降低精細(xì)部位的清掃難度，有效延長(zhǎng)維護(hù)周期。

5 結(jié)語

道岔的安全穩(wěn)定在鐵路運(yùn)輸中極為重要，而重載鐵路對(duì)道岔清掃要求更高。它的清掃作業(yè)強(qiáng)度大、環(huán)境不利于清掃作業(yè)、隱蔽精細(xì)部位清掃不徹底易銹蝕腐蝕磨損道岔組件等問題，長(zhǎng)期困擾一線道岔清掃作業(yè)人員。研究的清掃裝置根據(jù)重載鐵路道岔清掃需求和作業(yè)環(huán)境特征，采用高溫高壓水汽生成技術(shù)設(shè)計(jì)不同的噴頭，可實(shí)現(xiàn)無接觸式清掃，有效解決了作業(yè)強(qiáng)度大、隱蔽精細(xì)部位清掃不徹底易銹蝕腐蝕磨損道岔組件問題，不僅操作簡(jiǎn)單、方便、快捷，而且可以有效提高道岔清掃工作效率和清掃質(zhì)量，延長(zhǎng)了維護(hù)周期。該裝置還可采用整機(jī)控制技術(shù)，操作直觀方便，能簡(jiǎn)單直接地觀測(cè)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫控壓，提高了作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。