列車自動清洗機洗滌劑發泡系統設計

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有限公司，黑龍江哈爾濱 150000）

1 傳統列車自動清洗機清洗模式

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 洗滌劑發泡系統

2.1 洗滌劑發泡系統研發過程

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 系統設計階段

2.1.2.1 發泡工位位置確定

根據調研，發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、預冷工位和發泡工位之間的距離，在發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 洗滌劑發泡工位平面布置示意圖

2.1.2.2 發泡工位設計

發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 發泡水泵選型

發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，由于發泡要求高壓，所以選用立式多級離心泵，性能滿足發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

由于發泡系統是集成在洗車機系統里，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，這樣卻無法滿足發泡系統的用氣量，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，滿足洗車機計及發泡用氣量需求，空壓機可選擇螺桿式或活塞式。

2.1.2.4 發泡裝置設計

發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、泡沫發生系統、水氣路調節系統及電控系統，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，泵體自帶流量調節裝置，可在0～100%范圍內調節打入洗滌劑量，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，組成了改進后的發泡裝置，當時此發泡裝置體型龐大，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，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 發泡裝置示意圖

2.2 洗滌劑發泡系統接口

2.2.1 與水路系統接口

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泡系統用氣要求，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 與洗滌劑系統接口

洗滌劑系統集成在洗滌劑發泡裝置內，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 與電氣系統接口

（1） 主控制系統提供電源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，控制發泡洗滌劑系統配合主控系統工作。

（2） 發泡洗滌劑液位信號接入西門子1500PLC控制系統，控制系統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） 發泡系統盤面板布置24VDC LED 指示燈，由1500PLC 經過計算后輸出控制LED 指示燈狀態，從而顯示系統狀態。

2.3 洗滌劑發泡系統發泡標準

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，如果由于現場噴淋工位距離過遠而造成發泡效果欠佳，經調節各數值無效時，可通過跟噴淋工位補氣的方法來解決。

2.4 洗滌劑發泡系統試驗

發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水、氣和洗滌劑數值，觀察發泡效果[5]，試驗表格見表3。

表3 洗滌劑發泡系統試驗數據

3 結論

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。