鐵路機車整備電腔加砂車設計與運用

胡溫清

摘要：針對鐵路機車整備上砂的現狀及存在問題，設計一種利用蓄電池作為動力，結合電氣傳動技術，可以調節、控制速度的車輛。它能縮短機車整備加砂環節的準備時間，減輕勞動強度，提高管理效率，使機車能夠安全、高效、快速地完成上砂作業。

關鍵詞：機車整備;加砂車設計;控制器;電機

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）07-0157-02

機車整備就是機車運用前進行各項技術檢查和保養的準備工作，使其具備良好的技術狀態。主要內容包括給油（脂）和上砂。上砂亦稱加砂，是為了提高機車車輪與鋼軌間的粘著系數，增大粘著牽引力，防止車輪空轉、打滑，以免造成坡停事故及擦傷車輪和軌面。機車用砂成份中二氧化硅的含量不能少于60%，不能有金屬化合物或具有水硬性的成份及異物。

1鐵路機車整備上砂現狀

1.1手推車加砂

手推車是依靠人力推、拉搬運的車輛。短距離搬運十分方便，但當機車整備數量上升，需要跨道作業時，操作過程比較困難，勞動強度增大，耗時費力。依據《鐵路內燃機車機務設備設計規范》中的規定，機車砂箱內應裝滿規定粒度的干燥細砂。手推車采用半封閉式料箱，砂子易受到風雪等極端天氣的影響，運送中易撒漏及產生粉塵。并且砂子受潮后會相互粘結在一起形成板結狀態，造成撒砂器堵塞不撒砂，增加乘務員的工作量及難度。

1.2固定式氣力輸送加砂

固定式機車加砂氣力輸送系統采用PLC程序控制，由渦流式發送罐輸送至貯存砂塔，后經輸砂管將砂送到加砂平臺兩側的砂塔，每個砂塔均設置溜管及加砂槍。機車需要調車員進行多次變道，才能將機車停放在專門的整備平臺進行加砂作業。在頻繁使用過程中，氣壓罐氣力輸砂會發生輸送管堵塞、磨損，容易造成拆裝不便、密封不嚴。輸送帶易受砂礫摩擦產生粉狀、粒狀或龜裂碎料，烘砂裝置難以過篩，會將有害雜質輸入機車砂箱，直接影響機車牽引力的發揮，減少使用壽命，增加維修成本。

2鐵路機車整備電控加砂車設計分析

裝卸機械是鐵路運輸生產的重要設備。電控加砂車作為一種服務于鐵路機車整備的半自動化輕型機動車輛。它設計簡單、結構牢固、易于操作、便于跨道作業。在某些特殊場地還可用作普通電動車進行裝載、搬運貨物。

電控加砂車由料斗、底盤、萬向輪及驅動系統、輸送系統、控制系統組成。其中料斗屬于物料輸送部件，是一種接料斗;底盤屬于運動機械結構，具有承載作用和移動功能;萬向輪屬于活動腳輪，它的結構允許水平360。旋轉;驅動系統屬于動力系統，它的儲能動力源是蓄電池;輸送系統屬于物料輸送單元，是將砂子進一步提供給與之相連的傳輸裝置實現傳遞功能;控制系統屬于電氣控制系統，它的作用是保持和改變驅動機構的可變量，使之達到穩定狀態。

2.1料斗設計

料斗是一種用于轉運物料的承載構件。采用立式布置，外形呈長方體，內形呈V型，其橫截面為梯形結構。殼體的上端設有開口，為進料口;下端為封閉式料倉蓋，為出料口。封蓋采用錳鋼制成，設有通孔，用于固定攪輪傳動裝置。錳鋼是一種高強度的抗磨鋼，主要用于需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣的工況條件，既堅硬又富有韌性。

2.2底盤設計

底盤設計的目的是提高車輛的行駛性能。底盤采用穿插構造設計，綜合力學性能好，上下布局，承載能力優于傳統平板車。它包括車架、蓋板、底架和H型固定手柄等部件。

2.3萬向輪設計

萬向輪是非常重要的推車配件，萬向輪的選擇對推車的質量有著非常重要的作用。通常車輪直徑越大越容易推動，荷重能力也愈大。設計選擇十寸重型橡膠輪，單只載重800kg，轉動更加平緩穩定，為車輛移動或轉彎提供良好的輔助作用。其輪面寬度70mm，輪子直徑250mm，可降低轉彎側翻概率，提高運輸的安全性。萬向輪作為移動部件，安裝在底盤車架左側底部的位置，方便操作人員確定駕駛方向。萬向輪包括滾輪、輪支架、安裝板等部件。

2.4驅動系統設計

驅動系統是電動加砂車的主要系統之一，其作用是將存儲的電能轉換為機械能，繼而使電機產生動力，最后傳到車輪的整個機械運轉中。采用直流無刷電機，可提供額定轉矩的性能，但特性上交流電機若要達到相當于直流電機的性能，須用復雜的控制技術才能達到。電機采用的是無級調速，小車行走速度可調，可與人的行走速度保持一致性。驅動系統采用單電機結構動力系統，它包括蓄電池、一體后橋總成和車輪等部件。蓄電池采用48V/20A鋰電池，環保節能，并具有較長的續航里程;一體后橋總成屬于電車底盤驅動裝置，差速電機和后橋一體，由電機側蓋與后橋半軸密封連接，由電機的差速轉子轉動帶動后橋半軸轉動，并由后橋半軸帶動兩端的車輪行駛，使電動車的底盤在傳動中減少了阻力，易于操作。電機選用直流電機，最大功率800W，能提供穩定的動力輸出，允許兩邊半軸以不同的轉速旋轉，且易于控制，無噪音，可靠性較高，最大行走速度為5.5km/h。蓄電池采用飽和充電方式，以確保蓄電池較長的使用壽命，并且可在任何地方進行充電;車輪采用充氣橡膠輪，具有耐壓、防滑、減震的特性，其輪胎外徑350mm，輪子厚度70mm，軸承內徑20mm，軸承選用6204碳鋼軸承，它屬于深溝球軸承系列，具有較強的承擔徑向載荷能力，輪胎橡膠含量高、耐磨、載重力大，主適用摩托車、倉庫手推車等。

2.5輸送系統設計

輸送系統是承擔電控加砂車加砂自動化傳輸的重要系統。它主要包括攪輪傳動裝置、攪輪電機及加砂管三大部件。攪輪傳動裝置包括輸送管體、攪輪。輸送管體包括管體、砂料端口和端蓋。管體相對內側設置攪輪，且連通輸送管體上下兩端;砂料端口為外螺紋緊固件，與墊圈壓接緊固在管體上端，這種連接件使用方便，安全可靠，常用于緊固件連接;端蓋為砂料端口密封蓋，其內壁設置有耐磨層，減緩攪輪傳動的磨損強度。攪輪與攪輪電機連接，攪輪可以使攪拌更充分，減輕電機負擔，它包括攪拌轉軸、螺旋導料葉及導料通道。轉軸設于輸送管體中心位置。螺旋導料葉螺旋式設于轉軸周圍，主要起攪拌與導料的作用;導料通道是由轉軸和螺旋導料葉形成的輸送管體內部剩余空間，即砂料的傳輸通道。

2.6控制系統設計

控制系統是電控加砂車驅動系統和輸送系統的動力輸入直接供給控制器。控制系統安裝在H型固定手柄上端?？刂破饔脕砜刂齐姍C的啟動、運行、進退、速度、停止。小車電動機控制系統應根據其控制算法的復雜程度，選擇合適的微處理器系統。小車控制方式簡單實用，大大降低了開發成本和后期維護成本。同時還設計了集成電量顯示，提醒操作者及時充電。設計保護電路避免過載燒毀電機，具有DSP控制功能。電動機驅動專用芯片可以滿足一些輔助系統電機控制需求。對小車電動機控制器而言，在大電流、高頻開關狀態下，從電解電容到功率開關模塊的雜散電感對功率回路的能耗、模塊上的尖峰電壓影響較大，因而采用層疊式母線基板，使電路的雜散電感盡可能小，以適應控制系統低電壓、大電流工作的特點。它包括電源開關、調速開關、控制器、握把總成、駐車手剎等部件。

3鐵路機車整備電控加砂車的運用

電控加砂車以電力驅動替代人力手推車的一種搬運車輛。它的總質量240kg，設計高度僅1.5m，能提供良好的視野范圍，外觀精巧、結構緊湊，符合機械行業的產品標準以及相關的安全、環保、節能等標準和要求。具有轉動靈活、運行平穩、載重較大、續行里程長、還能爬坡作業的特點。其充電時間約6～8小時，連續工作時間約8～10小時。

機車整備加砂時，可用握把控制方向，轉把控制車速將加砂車平穩的行駛到指定區域。手剎限制車輪轉動，防止溜車。當砂料裝載完成后，將加砂車行駛到整備機車的各砂箱處，將加砂管放入砂箱內，操作調速開關控制攪輪傳輸砂量的速度，自動完成卸砂操作。也可當作普通電動車裝載貨物，例如：機車閘瓦、電機碳刷及輪軌潤滑油脂等機車整備所需物資。它不僅能減輕加砂工依靠手推車搬運的疲勞強度，還可減少乘務員參與作業的范圍，從而縮短機車整備時間。

電控加砂車是流動式裝卸搬運機械在實際生產過程中的設計與應用。它的操作非常人性化，簡單靈活，穩定可靠。結合機車整備現狀來看，它能適應各種環境，對提升機車整備質量，加強鐵路運輸裝卸機械運用管理水平而言，具有較高的應用價值。

電控加砂車節能環保，通過通道上砂，使得工作中揚塵減少，防止污染。配置專用加砂管和專用吸砂裝置，采用快速接頭聯接，操作便捷。給機車上砂，只需簡單開關旋鈕及調整加砂管，即可進行加砂，大大提成整備速度與質量。另外操作簡單，一人即可完成上砂作業。也可以在上砂作業過程中，通過對砂箱的觀察，即可對上砂量、上砂時間等進行實時記錄。

4結語

隨著鐵路運輸向重載、高速方向的發展，機車整備貫穿了整個作業環節。實現了機車整備作業全過程的卡控及安全管理，除了明確整備作業范圍外，還要廣泛應用新技術，不斷完善設備性能，這樣才能有效地提升整備質量。電控加砂車設計是在現有技術上的優化運用，對推進鐵路發展具有重要的意義。