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基于轨道车为载体的除雪装置的研究

2018-09-19刘仕超

价值工程 2018年30期
关键词:轨道车

刘仕超

摘要:为有效解决雪害线路及时通车的问题,本着节支增效的原则,在原内燃机车为载体的除雪装置研究基础上,应用机械设计、电气控制相关技术理论,设计一种基于金鹰GC-270轨道车为载体的V型犁式除雪装置,通过“推+刮”的作业方式快速清除线路积雪,机动性更强,操作更加快捷方便,可进一步完善除雪应急机制,应用前景广阔。

Abstract: In order to effectively solve the problem of timely traffic of snow damage lines, based on the principle of saving cost and increasing efficiency, based on the research of the snow removal device with the original diesel locomotive as the carrier, the technical theory of mechanical design and electrical control is applied to design a kind of V-type plow-type snow removal device based on Jinying GC-270rail car as the carrier, quickly removes snow from the line through the "push + scrape" operation mode, which is more maneuverable and more convenient to operate. It can further improve the snow removal emergency mechanism and has broad application prospects.

关键词:V型犁式;轨道线路除雪;轨道车;液压控制

Key words: V-type plow;track line snow removal;rail car;hydraulic control

中图分类号:U27 文獻标识码:A 文章编号:1006-4311(2018)30-0139-03

1 技术背景

针对线路雪害影响正常运输秩序的问题,2013年,呼和局集团公司自主研发了一种线路除雪装置。它以DF8B内燃机车为载体,在不改变机车主体结构基础上,前端加装V型除雪犁体,辅以刮、吹装置,依次通过“推+刮+吹”三道工序,达到清除线路积雪目的,解决雪害线路及时通车的问题。在2015至2016年雪季期间,加装该除雪装置的机车累计出动10余次,又好又快地完成了集团公司管内线路除雪任务,保障了正常运输生产秩序。

虽然内燃机车为载体的除雪装置较传统人工除雪作业有了巨大进步,但在运用过程中仍存在一些问题:①占用机车费用较高。除雪装置以内燃机车为载体,降低了该机车正常牵引作业运用效率,增加了部分成本支出。②机动性欠佳。一般情况下,改装的内燃机车处于正常运用状态,一旦发生雪害,需重新安排调度才能投入使用,不能及时出动,远水救不了近火。

鉴于上述因素,结合呼和局集团公司车辆配置情况,提出了在轨道车上加装除雪设备的可行性研究方案。

2 技术方案

本着节支增效的原则,除雪装置仍基于V型犁板式除雪机理进行设计,通过设计改造轨道车排障器及裙板的结构,将除雪装置加装在连挂的轨道车车两端(如图1所示)。除雪作业时,随着轨道车的行进,依次通过“推、刮”两道工序清除线路上的积雪以露出轨面,达到开通线路的目的。

根据除雪装置功能需求,设计装置主要由V型雪犁、支撑连接装置及犁体高度调节装置三部分组成,如图2所示。

2.1 V型雪犁的设计

V型雪犁是除雪装置的核心机构,直接影响除雪效果,主要由V型雪铲、安全吊环、支撑桁架、角支撑及刮雪装置四部分组成(如图3所示)。

V型雪铲:铲面基于铧式耕地犁体曲面进行设计,可有效提高装置翻雪、排雪性能,降低推雪阻力。雪铲背面沿弧度方向对称焊接5条加强筋,以增加铲面的强度。铲尖弧形上翘设计,保证车辆除雪作业时能顺利通过铁路道口等特殊路段。沿铲刃方向焊接异形钢板,以增加铲刃强度。

安全吊环:焊接在V型雪铲上端,用来拴挂安全绳(安全绳另一端钩挂在车体上),为除雪装置加装运行提供进一步的安全保障。

支撑桁架:焊接在铲面背后与V型雪铲形成稳定的三角形,加强机构稳定性的同时,也是连接其他机构的中介。桁架主体由5根长短不一的空心方管焊接而成的格构式结构,保证强度的同时,尽量降低机构自重。在桁架主体两端焊接由槽钢加工而成的连接梁,其上加工有4个长孔用来与支撑连接装置通过螺栓相连,可实现V型雪犁高低位置的微调,使装置的适用性更强。

角支撑:三角形钢板焊接在支撑桁架与雪铲之间的四个角,既增加了两者的连接强度,也进一步提高了雪铲的结构稳定性。

刮雪装置:设置在轨道正上方,通过螺栓固定在支撑桁架上。借鉴机车车辆扫石器机构,利用优质高分子板材,用来刮除经V型雪铲推除后的残留积雪以露出轨面。

2.2 支撑连接装置的设计

支撑连接装置是连接V型雪犁与车体之间的桥梁。它以重量小、装卸快捷方便为设计原则,主要由铰接立梁、保持架、限位角板及限位顶丝几部分组成(如图4所示)。

铰接立梁:主体由工字钢加工而成,前端通过螺栓与V型雪犁连接,上端通过销轴与保持架的挂耳横梁铰接,下端通过液压缸与保持架的限位横梁连接。液压缸是犁体高度调节装置的执行机构,可驱动铰接立梁绕销轴旋转,进而实现犁体高度的调节。

保持架:主体由槽钢、工字钢焊接而成的长方体桁架,利用后端四个耳环与改装后的车体铰接,整体结构简洁紧凑,稳定性强。

限位角板:整体铸造加工而成,通过定位螺栓与保持架前端横梁连接,然后焊接固定。除雪作业时,用来限制铰接立梁横向移动,避免因V型雪犁两侧受力不均引起结构发生形变。

限位顶丝:与保持架限位横梁通过螺纹连接。调节顶丝伸出的长短限制铰接立梁向下翻转的位置,既对V型雪犁下端与轨面的距离进行微调,调整好后用背母锁死。该设计可有效降低因加工、安装误差等因素对除雪装置的影响,提高适用性。

2.3 犁体高度调节装置的设计

除雪作业时,为达到良好的除雪效果,要求犁体下端距轨面有3~5cm的距离;而空载长途运行时,为保证行车安全,要求犁体下端距轨面要有足够的距离,一般高于车体排障器底端位置。因此,犁体的高度要根据不同的工况进行调节,以提高轨道车加装除雪装置运行时的科学性、可靠性。

原内燃机车为载体的除雪装置采用关节螺杆的机构,完全靠人力拧动来实现犁体的升降,费时费力。新的犁体高度调节装置基于液压控制原理进行设计,主要由油箱、电动泵、阀站及液压缸几部分组成。其中,油箱、电动泵和阀站集成为系统的动力单元。其液压系统原理如图5所示,电路控制原理如图6所示。

电动泵:由电机、液压泵、单向阀及溢流阀构成。其中,溢流阀起安全保护作用,避免系统过载引起事故。M口G1/4处安装机械式压力开关,当系统压力到达设定值时控制电机停止。

阀站:三位四通电磁换向阀、叠加式液控单向阀及双单向节流阀的集成。其中,三位四通电磁换向阀用来实现液压缸的伸缩;叠加式液控单向阀在管路失压时会充当液压锁的作用,保持液压缸中的压力,进而锁定其动作;双单向节流阀用来调节液压缸伸缩的快慢,进而控制犁体翻转的速度。

整个系统工作原理:从轨道车底部取220V交流电,经变压整流器U1变为24V直流电供系统使用。系统工作时,长按控制器按钮S1,三位四通电磁换向阀左端Y1得电,处于左工位;继电器K1得电,K1常开开关闭合,常闭开关断开,形成互锁;电机得电启动,驱动液压泵;此时,液压缸左腔室进油,右腔室回油,活塞杆伸长。当到达上限位时,系统压力持续升高,触动压力开关B1断开,控制回路断电,三位四通电磁换向阀左端Y1失电,处于中位保压;继电器K1失电,K1常开开关断开,常闭开关闭合,电机失电停止,松开控制器按钮S1。长按控制器按钮S2,三位四通电磁换向阀右端Y2得电,处于右工位;继电器K2得电,K2常开开关闭合,常闭开关断开,形成互锁;电机得电启动,驱动液压泵;此时,液压缸右腔室进油,左腔室回油,活塞杆缩短。当到达下限位时,系统压力持续升高,触动压力开关B1断开,控制回路断电,三位四通电磁换向阀右端Y2失电,处于中位保压;继电器K2失电,K2常开开关断开,常闭开关闭合,电机失电停止,松开控制器按钮S2。

3 实际应用

2018年2月5日,基于轨道车为载体的除雪装置在呼和局集团公司集宁工务段加装完成,2月7日,在集宁II场——大陆号区间进行了空载运行试验,并取得成功(如图7所示)。

经现场试验,总结该除雪装置具有如下特点:

①装置加装、拆卸快捷方便。在有起重设备的配合下,两个除雪装置的加装/拆卸工作可控制在30分钟以内。

②犁体高度可调设计科学可靠。上限位采用液压锁加安全绳设计,为空载运行提供双保险。下限位采用限位頂丝设计,可根据线路情况进行调节,限位安全可靠。

③除雪犁体高度调节省时省力,操作简单方便,犁体由下限位到上限位仅需9秒,由上限位到下限位仅需7秒。

研究期间,一直未能满足线路除雪的自然条件,装置实际除雪效果有待验证。

4 结束语

除雪装置以金鹰GC-270轨道车为载体,“推+刮”的除雪模式,较传统人工除雪模式,可有效提高作业效率、降低劳动强度。与市面既有产品相比结构简单,投入成本低。与原内燃机车加装方案相比机动性更强(冬季时轨道车基本可以作为除雪专用车辆,线路发生雪害时能够及时出动),运营成本更低;液压控制犁体的升降,操作更加快捷方便;轨道车上可载多人,作业过程中遇突发状况时更容易做应急处理,实用价值更高。

参考文献:

[1]吴杨.具有压缩功能的小型除雪机的开发设计研究[D].华北理工大学,2015.

[2]齐晓杰.楔刃振动式道路冰雪清除机理和除雪机械研究[D].哈尔滨理工大学,2007.

[3]杜鸣青.小型螺杆式清雪车研究[D].南京理工大学,2004.

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