智能機車防寒加熱裝置的研究

項東波

摘要：鐵路機車防寒技術是確保機車低溫工作性能的關鍵，低溫環境嚴重影響機車空氣制動系統零部件及閥件正常工作，導致無法正常排污或內部氣流通道堵塞。既有的防寒措施大多為加裝保溫套或者電阻絲持續加熱，這樣增加了加熱成本，還可能造成電阻絲過熱而出現加熱套著火現象，后果不堪設想。本文以筆者工作經驗為例，分析了該裝置的應用意義及關鍵技術等內容，為今后機車更好的防寒加熱工作提供參考。

關鍵詞：智能防寒加熱;提醒打溫;設置溫度閾值

1 ?智能機車防寒加熱裝置研究意義

內燃機車在低溫環境下潤滑油脂粘度增大甚至固化，嚴重時發生機車冷卻系統凍結導致管路漲裂及柴油機大部件破損，造成機車柴油機報廢等嚴重后果。一直以來，內燃機車在冬季庫內保溫采取柴油機啟機打溫的方法，但由于對內燃機車的打溫缺乏有效監控手段，整備人員憑經驗進行打溫，往往會出現因漏打溫而造成管路凍結甚至破損，或因過度打溫而造成燃油的大量浪費，因此需要開發一套軟件對機車打溫過程進行有效的管理。

2 ?研究內容

研發智能機車防寒加熱裝置，由智能控溫護套，車載主機，4G/WLAN傳輸模塊，連接線纜組成。研發、測試具有PTC效應的導電高分子復合材料形成線狀或片狀的加熱體，實現自控溫功能;模擬出被加熱體，在被測物體上加裝防寒裝置，測試溫度變化。

研發配套地面軟件一套，模擬現場測試環境，實時查看各個被加熱體溫度，當被加熱體溫度低于設定值，軟件界面出現“需打溫”的提示，當被加熱體溫度上升至規定范圍后，提醒打溫人員及時停止打溫。

3 ?技術關鍵

①加熱套工作狀態自動監測功能，能夠實時反映加熱套是否正常。

②機車斷電狀態油、水、氣管路溫度監測功能，并可以無線傳輸，溫度達到打溫條件時提醒整備車間打溫。

③打溫狀態監測功能，在柴油機或升弓監測機車主要參數，并將打溫狀態無線傳輸至地面監控軟件，實現遠程值守打溫。

4 ?技術創新點

①具有PTC效應的導電高分子復合材料形成線狀或片狀的加熱體，具有自控溫特性。

②電流電壓傳感器和溫度傳感器，實現各個加熱體電壓、溫度并聯監測。

③高清顯示屏和運算記錄單元以及I/O接口，實時記錄和顯示各個加熱體的電壓、溫度。

④4G無線通訊模塊，實現將車載主機獲取到的數據傳輸至地面服務器。

5 ?裝置工作原理

5.1 主機

主機為嵌入式結構，芯片采用STM32，各監測點的溫度數據通過RS485傳輸至主機，在OLED低溫液晶屏上滾動顯示，主機將溫度數據打包，并通過4G模塊實時傳輸至地面服務器。主機上設置有電源、通信、運行等相關功能指示燈，可實時查看裝置運行情況。

5.2 加熱原件

智能機車防寒加熱裝置的發熱體是自控溫電熱元件，其發熱元件是由具有PTC效應的導電高分子復合材料組成，形成線狀或片狀的加熱體。所謂PTC效應是指發熱材料的電阻隨溫度的升高而增大的現象，因此，它可隨溫度的變化而自動調整電熱輸出功率，當溫度低時，電阻值低，輸出功率增大;隨著溫度的升高，電阻值逐步增加，輸出功率逐步減小;當溫升至某一溫度時，其電阻趨向于無窮大，即輸出功率近似于零，使溫度恒定在設定值上。

5.3 服務器與客戶端

服務器實時接收車載主機傳輸的相關數據，進行解析并存儲至數據庫，對接收到的溫度數據進行實時統計分析，并通過客戶端對話框、聲音智能提醒地面工作人員“開始打溫”或“停止打溫”。

6 ?安裝部位技術要求

6.1 電熱線安裝

①將安裝管路清理干凈;

②將電熱線用尼龍線卡固定在管路下方45°處，尼龍線卡間距不大于30mm，注意出線端方向;

③將橡塑管從中間劈開，包裹在管路上，用尼龍線卡固定，間距合適即可;

④用鋁箔膠帶半疊包纏繞橡塑管，要求纏繞緊密，粗細均勻，纏繞完畢后，用尼龍線卡固定，間距30mm左右。

6.2 電熱套安裝

①將安裝部位清理干凈。

②將電熱套包裹在安裝部位上，扣住粘扣。

③要求安裝牢固緊密，外觀平整，注意出線端方向。

6.3 電熱片安裝

①將安裝部位清理干凈。

②將AB膠均勻涂在電熱片安裝面，按壓在安裝部位上，用膠帶或尼龍線卡子固定。

③對帶有安裝空或安裝支架的電熱片，可直接固定在安裝部位。

6.4 主機線纜安裝

將主機固定在機車內機械間部適當位置，所有電纜外部均套有尼龍護套，盡量沿車體線道布線，間隔0.5m左右用尼龍線卡子固定。

7 ?管理軟件

7.1 軟件系統拓撲

軟件采用B/S架構，Web端的形式展現，格爾木機務段防寒加熱裝置系拓撲圖如圖1所示。

7.2 軟件功能

①機車溫度狀態瀏覽功能。

將在線機車防寒加熱裝置各加熱點的溫度實時反饋至服務器，通過瀏覽器瀏覽查看各在線機車溫度狀態。

②機車打溫狀態提醒功能。

當在線機車防寒加熱裝置各監測點的溫度低于設定溫度時，軟件提示需要打溫，提醒管理人員進行開始打溫工作。

當在線機車防寒加熱裝置各監測點的溫度從低溫狀態上升至設定溫度時，軟件提示停止打溫，提醒管理人員終止打溫工作。

注：各溫度閥值可根據實際需要進行修正調整。

8 ?使用與維護

①智能機車防寒加熱裝置應在冬季防寒期使用根據實際需求將主機開關閉合或斷開。

②主機通電后指示燈亮，觀察顯示屏各電熱套有溫升。

③軟件接收被監測點的實時溫度，根據軟件提示，管理人員做出“打溫”與“終止打溫”的工作。

9 ?結束語

研發智能機車防寒加熱裝置，能實現對各個被加熱管路溫度的實時監測，智能提醒地面工作人員開始和結束打溫，避免出現漏打溫或者過度打溫造成的損失，該裝置針對我國各路局機車防寒措施缺乏監控手段的實際情況，開展機車防寒加熱過程中各管路溫度變化的研究，對鐵路節支降耗工作具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]劉克巖.淺談機車防寒自控溫電加熱裝置[J].科技視界，2019（12）：58，123.

[2]劉月文，王剛.和諧型電力機車空氣管路系統防寒措施探討[J].鐵道機車與動車，2018（03）：6，32-33，42.

[3]張磊.動車組轉向架關鍵部件溫度加熱系統設計[J].內燃機與配件，2018（24）：8-9.