地铁工程车高压清洗机控制分析

邸广杰 邵加鼎 王道永

【摘  要】高压清洗机在地铁工程车中扮演了重要的角色，主要功能为清洗绝缘子和隧道壁等。在北方地区使用高压清洗机，解决好防冻防凝问题十分重要。本文介绍了一套控制方式，可以高效的保证高压清洗机在有水状态下启动，并在结束作业后快速的排空高压清洗机及出水管路中的存水。

【关键词】高压清洗机;防冻防凝;

引言

随着国民经济的迅速发展，道路拥堵日益严重，为了解决这一问题，各大城市对地铁的需求日益增强，因此我国各地政府大力修建城市轨道交通。用于隧道检修及维护作业的地铁工程车运营频率也不断提高，地铁运营时间受限于“天窗时间”，作业时间紧，工作任务重。因此，地铁工程车需要快速、高效的完成作业任务。

在地铁工程车各种作业功能中，高压清洗功能显得尤为重要，多种地铁工程车配置有高压清洗功能，我司设计的一辆名为“接触网维修作业车”上配置了一台高压清洗机，该车辆交付并运营于各大城市地铁车辆段，在北方城市，冬季施工作业过程中，需要处理好高压清洗机泵内及管路防冻防凝要求。本文通过实际应用，设计了一套高压清洗机的控制方式，可以高效的保证高压清洗机在有水状态下启动，并在结束作业后快速的排空高压清洗机及出水管路中的存水。

1.设备简介

接触网维修作业车是我司总体设计，关键部件由国内外知名厂家共同开发设计的专用接触网维修作业车，该车专为地铁维保中心在正线、车辆段及停车场内接触网特殊检修作业（包括接触网动态检测、高净空检修及绝缘子清洗等作业）、接触网换线或抢修时可与接触网辅助放线车编组作业。

高压清洗系统包括水箱、常压钢丝橡胶软管、高压清洗机、高压橡胶软管、喉辊、双喷枪。水箱位于车体下部，通过2米长DN20常压钢丝橡胶软管到达高压清洗机;喉辊位于固定作业平台上，水流经过DN10高压橡胶软管-DN20钢管-DN10高压橡胶软管-喉辊-喷枪。如图1所示。

该清洗机具有保护装置，能确保操作安全，水流经水枪喷出后形成30 -50°均匀扇面，有效清洗区域为水枪喷嘴150mm左右，距水枪喷嘴150mm 外的扇面基本雾化，水流轻柔，水枪开关设置在把手处，为连续式开关，即松开开关，水枪停止工作，在操作过程中，如果水枪不慎脱手，不会对操作人员造成伤害， 同时，该设备设有水循环系统，即在停枪过程中，不产生压力。

高压冲洗的泵头工作主要是靠水来润滑冷却的。如果进水不足会造成冷却和润滑不良好、压力不足，长时间运行可能造成设备报废。因此，系统设置了低液位传感器，当水箱液位过低或者不足时，限制水泵的运行，保证水泵不会出现长时间空转状态。触发水箱低液位传感器时，水泵会自动停止运行并无法启动，但水箱底部及出水管路还会有积水存在，要想排空水箱，通常的做法是操作人员打开水箱底部的排水口。水箱安装于车体底部，当接触网维修作业车在隧道中作业时，操作人员需要下车进入隧道，徒手打开水箱排水口，这种操作方式，有安全隐患、效率低并且无法排空出水管路内的积水。如果不排空水箱及出水管路内的积水，在北方地区，冬天天气寒冷，清洗机出水管为DN10高压胶管，管径细，管长约22m，如管内或泵内有存水，易冻坏胶管或柱塞泵，不仅造成损失，且影响清洗工作正常进行，问题十分突出，另一方面冬季水温较低时也影响清洗效果，为了在北方地区使用高压清洗机，解决好防冻凝问题十分重要。

2.控制系统

综合考虑高压清洗效果和防冻凝需求，可以从3方面着手做好防冻凝工作：一是对水箱进水进行加热后供高压清洗机使用;二是對水箱增加保温防冻措施;三是优化改进操作工艺，保证冬季清洗效果和尽量减少停机后的系统内存水。

本文从第三方面出发，设计了一套高效、安全的操作工艺，既保证高压清洗机不会出现缺水状态下长时间空转的现象，同时可以高效、安全的排空水箱底部、出水管及泵内的积水。大大的提高了操作人员的工作效率和安全。下面介绍一下本套操作工艺的控制系统。如图2所示：

本套控制系统包括低液位传感器、低液位传感器继电器、停止按钮1、启动按钮1、高压清洗机接触器、停止按钮2、启动按钮2、排水继电器、时间继电器（20S）。

低液位传感器安装于水箱底部，低液位传感器为音叉物位开关。音叉物位开关是基于音叉振动原理的点位测量产品;该仪表具有稳定性高、测量精度高、应用场合广等优点;相比传统的音叉物位开关，产品采用模块化设计，并配有指示灯，使用户能够直观地获取所需的信息，方便了设定和维护。音叉振动原理是以共振理论为基础。在物理学上共振是一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是两个固有振动频率相同的物体，当一个发生振动时，引起另一个物体振动的现象。系统受外界激励，作强迫振动时，若外界激励的频率接近于系统频率时，强迫振动的振幅可能达到非常大的值，这种现象叫共振。可见，产生共振的重要条件是：物体要有弹性，而且一件物体受外力的周期性作用时，其固有频率要与外来的频率相同或基本相近。基于此原理，音叉以压电晶体作为激励源，激起具有固有频率的弹性叉体（或棒体）产生共振。共振频率通过后级数据系统采集，对振动频率实时监控，根据需求，对监控到的频率变动进行处理，以继电器或其他方式进行输出。音叉技术测量结果精度高，适用场合广，是目前点位监控产品中，应用最广泛的测量技术之一。

图3  液位传感器的安装方式

低液位传感器采用了水平安装的形式，如图3所示。图中MAX表示高液位传感器，MIN表示低液位传感器。

当水箱液位高于MIN传感器时，低液位传感器处于常闭状态，低液位传感器继电器处于得电状态，常开触点K1为闭合状态，此时点击启动按钮1（自复位），高压清洗机接触器K2得电，常开触点K2为闭合状态，此时停止按钮1—常开触点K2—常开触点K1—接触器K2形成通电回路，高压清洗机电机通电，高压清洗机开始清洗工作。此状态为高压清洗机正常的启、停操作。

当水箱液位低于MIN传感器时，低液位传感器处于常开状态，低液位传感器继电器处于失电状态，常开触点K1为常开状态，此时停止按钮1—常开触点K2—常开触点K1—接触器K2回路自动断电，通过启动按钮1也无法让高压清洗机正常运行。此状态对高压清洗机起到保护作用。

当水箱液位低于MIN传感器时，可通过启动按钮2来排空水箱底部及出水管路内的积水，点击启动按钮2，排水继电器得电，常开触点K3为常闭状态，此时停止按钮2—常闭触点K4—常开触点K3—排水继电器K3形成通电回路，时间继电器K4设置20S的触发时间（可根据水箱水位调整），点击启动按钮K2之后20S时间继电器K4得电，常闭触点K4为常开状态，此时停止按钮2—常闭触点K4—常开触点K3—排水继电器K3回路自动断电。高压水泵工作20S之后自动停止，如果水箱底部及出水管路积水未全部排空，可再次点击启动按钮2，如此反复操作，直至高压水枪不出水，整个高压系统内积水全部排空。此状态可在水箱液位低于MIN传感器时，短暂启动高压清洗机来排空水箱、泵头及出水管路内的积水。

由上可以看出，本控制系统相比于传统的操作工艺，更加高效、安全。并且已经在我们接触网维修作业车中得到了实际应用，并取得了良好的效果。

3.结语

本文以地铁接触网维修作业车为载体，设计了一套高压清洗机的控制系统，取代了传统的操作工艺，大大提高了地铁接触维修作业车在隧道内使用高压清洗机清洗隧道壁以及绝缘子的工作效率。并且在我们实际产品中得到了成功验证，值得推广。

参考文献：

[1]司书军. 高压清洗机在北方铁路槽车清洗中的应用[J]. 石化技术， 2018.

[2]王炳炳. 高压清洗机喷嘴特性及设计准则[J]. 机械工业标准化与质量， 2019.

作者简介：邸广杰（1990-）男，山东济南人，东北大学机械工程专业硕士，现就职于中车山东机车车辆有限公司，主要从事地铁工程车研发设计工作。