移动上砂小车在动车组列车与机车整备作业中的应用研究

丁莉

(铁道第三勘察设计院集团有限公司机械环工处，天津　300142)



移动上砂小车在动车组列车与机车整备作业中的应用研究

丁莉

(铁道第三勘察设计院集团有限公司机械环工处，天津300142)

摘要:针对整备加砂作业中存在的高污染、大强度、低效率的问题，将气力输送技术与电动驾驶小车技术相结合，研究移动加砂工艺、移动上砂小车，及其在动车组列车和机车加砂作业中的应用，实现室内狭小空间安全、环保、高效的连续加砂作业，可完全替代原始的人工推小车加砂作业。

关键词:移动上砂小车;整备加砂作业;移动加砂工艺;动车组;应用

1　概述

整备加砂作业起始于普速客货运机车，机车在牵引过程中为保证安全减速制动需要撒砂系统向轮轨间撒砂以增加阻力，因此，机车回段首要的整备作业是将砂箱充满。早期的机车加砂作业由于运量不大机车较少，机车在入段(走行)线，或人工推着小车加砂，或采用压力输送到高位自流加砂，受上砂效率影响人工加砂对集中到达的机车入段影响较大，受砂型(黄砂)规格影响压力输送设备磨损严重。随着高速铁路和客货运量的快速发展，铁路客运动车组进入了快速递增，普速客货运机车进入更新换代的发展阶段，与之匹配的砂型更换为成品砂。对于朝发夕至的客运动车组晚间集中入动车段(所)检查库整列进行加砂整备，对于客货运机车一个交路长度即入机务(折返)段整备场(棚内)加砂整备，整备后即出段担当下一个交路，高频率大作业量的加砂整备需求，以及成品砂的使用，有必要研制新的加砂设备［1］。

2009年铁道第三勘察设计院与湖北远程科技有限公司联合，将气力输送技术与电动驾驶小车相结合，研究移动式加砂新设备，并于2010年开始广泛地应用于客运动车组的整备作业中，2011年通过改进结构应用于客货运机车的整备作业中，完成了从初级的人工加砂到机械化的移动上砂小车加砂的跨越。目前新的自动输送系统加砂正在研制中。

2　目前整备加砂工艺需求

(1)加砂作业需求

客运动车组的整备加砂作业要求整列动车组进检查库后，在检查台位两侧按编组不解体顺序进行加砂作业，加砂作业在作业平台的下面，加砂作业移动范围为整列动车组长度，加砂作业集中在夜间与保洁、检查等作业同步。根据作业要求若有清理砂箱(吸砂)作业应在加砂作业之前。

客货运机车的整备加砂作业要求机车进入整备棚后，在整备台位两侧顺序进行加砂作业，加砂作业在作业平台的下面，加砂作业移动范围为机车长度，加砂作业要求随机车入段既加既走出段且与整备、检查等作业同步。根据作业要求若有清理砂箱(吸砂)作业应在加砂作业之前［2］。

(2)库(棚)内布局要求(图1、图2)

动车组检查库:根据停车线数不同一般设计要求库长按16辆编组，库宽按线间距7.0～8.5 m。

机车整备棚:根据整备线数不同、机型不同一般设计要求棚长大于机车长度，棚宽按机型不同线间距6.0～7.5 m。

每条停车(整备)线两侧设置三层整备作业平台，上砂小车位于一层地面且穿梭于平台立柱之间，受空间限制上砂小车应满足机动灵活、小尺寸、小转弯的使用要求。

图1　动车组检查库剖面(单位:mm)

3　目前整备加砂工艺(作业)存在的问题

多年来由于技术滞后，大部分机务(折返)段由于管道磨损严重，致使压力输送加砂设备长期放置无法使用，加砂作业始终采用人工加砂作业，灰尘大污染环境，有害灰尘伤害人体健康，劳动强度大作业效率低，而动车组砂箱体积小但数量多，机车砂箱体积大数量少，采用原始的人工加砂作业很难适应目前这种大编组动车组和机车高频度加砂需求。

4　移动上砂小车加砂工艺研究

4.1气力输送的基本原理

气力输送的基本原理是根据物料的特性，通过气流与物料混合达到一定的比例，将物料在密闭的管道中按照一定的走向送到指定的砂箱(罐)中。气力输送分为正压输送和负压输送两大类。

正压输送:是气力输送系统的最基本形式，利用系统起点的风机，将高于大气压的压缩空气通入输送系统，物料定量送入高速运行的气流中，在气流的带动下，物料到达输送系统终点，经过滤后空气与物料分离排入大气中。

负压输送:利用输送系统终点的风机抽吸系统内的空气，在系统中形成低于大气压的负压气流，物料与空气一起从吸嘴进入系统内并随气流到达终点，经过滤分离将空气排入大气中［3］。

4.2气力输送装置的要求

若满足动车组或机车库(棚)内补砂、加砂、卸砂的要求，气力输送装置应具备如下特点:

(1)物料应在密闭管道内输送，粉尘应有回收装置;

(2)气控系统可随补砂、加砂、卸砂功能调整［4］;

(3)加砂系统、砂枪可随机型不同、加砂量不同定型匹配［5］;

(4)加砂软管可适应不同高度和距离的砂箱口加砂。

4.3电动驾驶小车的要求

为满足动车组及机车整备作业要求，移动小车应具备如下特点:

(1)车身自重应与承载加砂系统相匹配，转弯半径小，外形尺寸、外观颜色应与使用环境相匹配;

(2)大容量铅酸电池系统，动力强劲，使用寿命长［6］;

(3)自驾驶，无极变速，低噪声，免维护，整车使用寿命长;

(4)控制器先用进口件，性能稳定，功耗低;

(5)车身外壳采用汽车专用耐磨材料，抗老化，抗撞击。

4.4移动小车的加砂工艺

将气力输送装置与电动驾驶小车相结合组成移动加砂小车，利用正压输送的原理，将型砂加(补)到动车组、机车两侧的储砂箱里，根据同时加砂的动车组或机车数量，配备同等数量的移动加砂小车，可保证整备作业时间。通过变换气动系统将起点风机变为终点风机，利用负压输送的原理，完成动车组或机车两侧砂箱内的余砂吸出。

动车组及机车加砂作业流程:地面站补充型砂到移动上砂小车储砂罐——小车自行进入检修库(整备棚)停在动车组或机车两侧的储砂箱傍边——启动加砂控制装置完成加(补)砂作业——进入下一组砂箱重复加砂作业直至完成整个动车组或机车的加(补)砂作业。

动车组及机车卸砂作业流程:小车自行进入检修库(整备棚)停在动车组或机车两侧的储砂箱旁边——启动吸砂控制装置完成吸砂作业——进入下一组砂箱重复吸砂作业直至完成整个动车组或机车的清理砂箱作业。作业中的移动上砂小车见图3。

图3　作业中的移动上砂小车

5　移动上砂小车主要设备、技术参数及特点

5.1主要设备组成

根据动车组、机车的加(补)砂作业特点，客运动车组的加砂量比较小，主要为补砂，货运机车的加砂量大，作业时间短，移动上砂小车根据不同的整备作业特点配置不同的电动车和加砂系统，其中加砂系统主要包括:储砂罐、高压风机、输砂管、切换阀、进出风口、加砂枪和控制系统。

5.2主要技术参数

(1)充电电源AC 220V;

(2)电池铅酸蓄电池;

(3)功率3～5 kW;

(4)行进速度≤20 km/h;

(5)转弯半径≤2.0 m;

(6)载砂容量600～1 000 L;

(7)上砂速度15～20 kg/min;

(8)卸砂速度10 kg/min;

(9)连续工作时间8 h;

(10)蓄电池寿命不低于5年;

(11)外形尺寸≤长2 600 mm×宽1 200 mm×高1 960 mm。

5.3主要性能特点

(1)上砂小车为成品石英砂上砂作业专门设计，并具备卸砂功能以满足砂箱清理的需要。车身设计充分考虑了整备台位的通过性能，车上所有系统均以车载蓄电池为能源。

(2)根据不同的机型配套不同的电动车、储砂罐、高压风机、输砂管、切换阀、进出风口、加砂枪及控制系统。

(3)配备防雨司机室及前视灯、转向灯、后视镜，储砂罐外有玻璃钢护罩，防尘防水［10］。

(4)砂枪挂于司机室侧面，操作者驾驶小车停于动车组(机车)砂箱附近，不必下车即可取用上砂枪进行上砂作业，一台机车加满砂时间≤7 min，砂满自动停止。

(5)设备采用多级空气过滤装置，一是对进入的空气进行过滤，以防止外界空气中的水汽和尘土污染砂料;二是负压吸取机车砂箱内可能存在的扬尘;三是对排入环境的空气进行过滤，不会污染工作环境。设备采用高性能风机同时配备消声器，工作噪声低［7］。

5.4上砂、补砂作业操作流程

加砂作业的操作流程见图4。

图4　加砂作业操作流程

补砂作业的操作流程见图5。

6　移动小车加砂方式对整备(工艺)作业的改进

移动上砂小车是专用于动车运用所检查库内动车组的整备加砂和机务(折返)段整备棚内机车的整备加砂，具有机动灵活、密封环保、气力可调、操控简单的特点，是室内整备作业首选的整备设备。实现了无尘化加砂、无害化环保、连续高效率的加砂作业。从运用实际看，客运动车组加砂作业集中、作业范围大，客货运机车加砂作业频繁、作业时间要求短，移动上砂小车根据不同的作业需求配置不同的气力系统和砂罐砂枪，实现了安全、环保、高效的加砂作业，移动上砂小车上砂较人工上砂，作业人员减少一半，效率提高50%，大大提高了客运动车组和普速客货运机车的运用效率。

用于客货运机车的机务上砂枪和机务上砂车2015年获得国家知识产权局颁发的实用新型专利证书和外观设计专利证书［8，9］。

图5　补砂作业操作流程

7　移动上砂小车主要应用实例及效果

(1)动车领域应用实例

在动车领域移动上砂小车主要应用特点是补砂，一次补砂量少，但补砂点多，配备的移动上砂小车体积小，速度较高，截止到2014年底已成功应用于哈尔滨、沈阳、北京、上海、济南、呼和浩特、南昌、乌鲁木齐、西安、太原、兰州、青藏等铁路局(铁路公司)等23家单位，计51台(套)。

(2)机车领域应用实例

在机车领域移动上砂小车主要应用特点是加砂，一次加砂量大，但加砂点少，配备的移动上砂小车体积大，速度较低，截至到2015年3月已成功应用于沈阳、北京、武汉、乌鲁木齐、青藏等铁路局(铁路公司)等17家单位，计41台(套)。

(3)应用效果

从实际应用看，移动上砂小车替代了繁重的人力小推车运砂、人工一铲一铲加砂的原始作业，解决了人力紧张与作业效率的矛盾，实现了环保连续的加砂作业，得到了动车段(运用所)机务段(折返段)等使用单位的高度认可［10］。

8　结语

移动上砂小车，综合了气力输送技术和电动驾驶小车的优点，研究过程充分考虑了动车组和机车整备作业的实际需求，研制了集自行驾驶、气力可控、自动加砂于一体的既经济环保又方便适用的整备设备，可完全替代人力手推小车加砂作业，特别适合于室内狭小空间作业，并广泛应用于动车组列车与客货运机车的整备作业中，应用效果前景广泛。但随着移动上砂小车越来越多的应用，也反映出一些问题。

(1)有些机务段机型较杂，不同机型的砂箱口形状与加砂枪的匹配要求不同，存在加砂过程密封不严，部分粉尘外溢的问题。

(2)对于寒冷地区，移动小车动力蓄电池耐寒较差。

针对机型杂、砂箱口密封问题，建议机务段进行砂箱口通用化改造，以匹配砂枪密封帽，或随机型更换砂枪密封帽，但会影响上砂作业效率。针对寒冷地区蓄电池耐寒问题，建议增加移动上砂小车功能，工艺设计中配备地面电源供电方式，解决冬季移动上砂小车整备作业供电问题［11］。

近年来，随着整备设备的不断发展创新，新的固定式自动输送上砂系统正在研制中［12］。相比于固定式上砂系统，从机动性、性价比上移动式上砂小车都有不可比拟的优势。经过不断的改进技术，完善结构，更加环保、适用的新一代上砂小车将越来越得到广泛的应用。

参考文献:

［1］谢一华，谢田.我国铁路机车加砂气力输送的现状及发展［C］//中国机械工程学会物流工程分会管道物料输送技术专业委员会八届二次理事会暨学术交流会论文集.厦门:中国机械工程学会，2014:33-35.

［2］中华人民共和国铁道部.铁建设［2008］242号铁路机务设备设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［3］周乃如，朱风德编著.气力输送原理及设计计算［M］.郑州:河南科技出版社，1981(8):15-31.

［4］安伯杰.应用PLC技术改造机车输砂设备［J］.铁道机车车辆工人，2007(11):18-21.

［5］许树强.谈机车输砂系统设计［J］.铁路工程造价管理，2005 (2):40-42.

［6］肖永清，等.汽车蓄电池的使用与维修［M］.北京:中国电力出版社，2005:9-12.

［7］张寿授，李国华，林柏华.内燃电力机车输砂设备的研制［J］.铁道标准设计，1994(10):44-47.

［8］张永贵，丁莉，王永强，等.机务上砂车:中国，ZL 2014 3 0169976.2［P］.2015-01-21.

［9］丁莉，邢天祥，马晓彤，等.机务上砂枪:中国，ZL 2014 2 0289051.6［P］.2015-03-11.

［10］于永兴.机车用砂设备的比较与推广［J］.铁道勘测与设计，2006(4):26-27.

［11］许树强.对先进输砂设备的探讨［J］.铁路物资科学管理，2004 (5):11-12.

［12］杨伦，谢一华.气力输送工程［M］.北京:机械工业出版社，2006:3-10.

Application of Movable Sand Feeding Car in EMU and Locomotive Servicing

DING Li
(Mechanical and Environment Engineering Design Department，The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300142，China)

Abstract:In order to solve the problems of high pollution，high strength and low efficiency in servicing and sand feeding，this paper studies the movable sand feeding techniques and the movable sand feeding car in the light of the combination of pneumatic transmission and motor car and their application in EMU and locomotives.Study results show that the movable sand feeding car can fulfill sand feeding safely，effectively and environmental friendly in a narrow indoor space and can completely replace the original manual operation.

Key words:Movable sand feeding car; Service sand feeding; Movable sand feeding; EMU; Application

作者简介:丁莉(1961—)，女，高级工程师，1983年毕业于天津轻工业学院机械专业，工学学士，E-mail:DL610819@ sina.com。

收稿日期:2015-08-11;修回日期:2015-08-30

文章编号:1004-2954(2016) 03-0159-04

中图分类号:U269.3

文献标识码:A

DOI:10.13238/j.issn.1004－2954.2016.03.033