THDS系统探头箱防雪堵装置优化设计

包丽静

摘要：本文对目前THDS系统应用的探头箱防雪堵装置效果进行分析，并给出新的探头箱自动除雪装置设计方案。最终确定探头箱内设置小型风机，采取不间断工作的方式可以较好的达到防止探头箱雪堵的目的。

Abstract： This article analyzes the effect of the snow blocking device of the probe box currently used in the THDS system， and gives a new design scheme for the automatic snow removal device of the probe box. Finally， it is determined that a small fan is installed in the probe box， and uninterrupted work can better achieve the purpose of preventing snow blockage in the probe box.

关键词：THDS系统;防雪堵;自动除雪装置

Key words： THDS system;anti-snow blocking;automatic snow removal device

中图分类号：U216                                        文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）23-0087-02

0  引言

车辆轴温智能探测系统（THDS）监测运行列车轴承温度，防范运行列车热切轴事故，是保障列车运行安全的重要设备。THDS系统有轨边室外设备和轨边室内设备及用户终端设备、信息传输系统组成。其中轨边室外设备主要完成运行列车轴温采集工作，核心工作设备为红外线轴温探测器。运行列车轴端持续向外辐射红外线，温度不同辐射的红外线也不同，当列车通过探头箱时探头箱内的红外线探测器接收到红外线，通过计算得出当前车轴轴端温度，监测列车轴温，防止因为轴温生干导致的热切轴事故。为保证行车安全THDS系统各部必须确保工作可靠，但由于探头箱的特殊结构下雪天气积雪会覆盖THDS轴温探测的光学通路，导致系统无法检测到过站列车轴承温度造成漏检，严重的会造成行车安全事故。为解决探头箱雪堵问题，铁路部门不断研究THDS系统探头箱的防雪堵方案。

1  几种防雪堵方案分析

1.1 平探和内探结合

探头箱出现雪堵是因为探头箱特殊结构，为保证良好光学通路探头箱上盖设孔（光学通道），雪天积雪覆盖光学通路导致无法正常检测轴温，若设备光学通路方向处于水平位置则可以很大程度避免积雪影响，所以提出水平探测和内探相结合方式，工作状态如图1所示。平探和内探结合的方式，平时主要依据内探数据监测轴温，雪天内探受积雪影响轴温监测数据以平探为主。存在的主要问题，平探探测温度为轴端温度探测精度较差[1]。

1.2 融雪除雪

融雪除雪方案，如图2所示。此方案采用以融雪为主、以吹雪为辅的设计思想。融雪功能既要保证飘落的雪雾在探测器箱体上随落即融，使探测器箱体上和挡雪板上不积雪，消除雪堵现象同时又要避免热辐射对轴温探测产生影响，吹扫功能则能有效地干扰雪雾在探测器箱体上保护门部位的飞行线路，防止雪雾由探测器箱体光口保护门处侵入探测器箱体内部造成雪堵。方案通过安装在探头箱上盖上的电加热设备达到防止雪堵的目的，加热设备材料采用碳纤维，能够迅速升温。此方案可以很好的融化积雪，但是会出现融后雪水流进探头箱内冻结箱内设备、再次封堵光学通路的问题，也存在融雪加热过程温度升高影响探测准确度的问题[2]。

1.3 外加风机送风吹雪

探头箱外设置鼓风机通过通风管路将风送入探头箱内，利用风压将落雪吹走，原理如图3所示。因风机离探头箱出风口较远需要通过管路送风，而流体在流动过程中能量损失较大，为保证探头箱出风口风压足够吹动落雪，需要大功率风机。因风机功率大，长时间运转耗能过高[3]。

2  探头箱防雪堵装置优化设计

通過对现有自动除雪装置的分析得出，THDS系统探头箱防雪堵装置应能做到：

①不影响探测系统检测精度。

②不会对探测系统造成内部设备被冻结等新的危害。

③能够支持长时间连续工作。

④能够很好的防止探头箱光学通路积雪。

所以，新的防雪堵装置设计可以着眼于一种在探头箱内光学通道附近设置风源的方法。本方案采用小型风机设置在探头箱内，结构如图4所示。风机安装及工作需考虑以下问题：

①安装空间：由图4可以看出探测器光学通路与地面程45°夹角，在探头箱出风口正下方存在狭小空间，能够实现不遮挡光学通路的前提下安装小型风机。

②出风：由于流体流动状态的特殊性，且安装小型风机的空间及风源到出风口处空间都比较狭小，容易造成风路两侧形成负压，导致风路两侧有雪花在负压作用下卷入探头箱内，造成箱内积雪的情况。因此风机出风应以散射状且配置合理风压，确保出风口整个孔径处不会出现负压卷雪情况。

③进风：风机工作可以向外提供风压的前提是需要吸入足够空气，探头箱内空间过于狭小无法保证足够的空气量。因此在探头箱下打孔，使风机进风口与外界相通。为避免风机工作时吸入杂质，出现风机卡滞等影响风机正常工作的问题，进风口处需设置过滤网。滤网选择要保证阻隔杂质的同时，要保证风机工作可以顺利获取足够的风源，不影响正常出风，通过多次实验得出，滤网规格采用孔径2-3mm时效果最好。

④其他：选取风机参数及安装高度时经过多次试验得出最优方案，风机外形尺寸为50*50mm，叶片直径70mm，直流12V*600mA功率，安装高度距出风口平面垂直距离100mm，风机中心线与出风口中心线重合。风机供电电源电流不小于10A，为保证持续大电流不影响系统探测设备正常运行，风机单独供电不与探测设备共用电源。

3  应用效果分析

对小型风机持续工作放探头箱雪堵装置进行标定试验，验证其应用效果。试验方案如下：选择某THDS探测站在大雪天气进行标定试验，标定温度选择30℃、50℃、70℃三个温度。考虑防雪堵效果可能会受到瞬时降雪量降雪累计时间的影响，选择多个时间节点测试。给出重要节点测试数据，其中下雪时间30min时是本次瞬时降雪量最大的时间节点。试验数据如表1。

通过表1中数据可以看出小型风机持续工作模式探头箱自动除雪装置在大雪天可以很好地保证探测器的检测精度，能够实现保证轴温探测系统工作可靠性。

4  结束语

为保证THDS系统在雨雪天气下的工作可靠性，现有多种方案可以实现THDS探头箱自动清雪，通过论证分析得出本文中提出探头箱内设置小型风机的方案更具实用性和可靠性，可以较好的完成探头箱自动清雪工作，保证系统轴温检测的可靠性。

参考文献：

[1]王德明，刘玉林.肖井波.采用内探和水平探测相结合的方式解决风雪覆盖环境下THDS探测问题的探讨[J].铁道车辆，2013，51（04）：37-40.

[2]宋铁民.SCTHRCH—1型车辆轴温智能探测系统轨边探测器融雪除雪装置的研制[J].铁道车辆，2016，54（12）：31-34.

[3]李刚.哈木线THDS车辆智能轴温探测系统吹雪装置探析[J].高新技术，2017（05）：8-9.

[4]杨二斌，李春林，乔万华，张恒.轴温探测系统除雪装置设计与应用[J].铁道技术监督，2016，357：30-32.

[5]钱胜，王孟鸿，何远营，罗姗姗，陈岩.计算流体力学原理及其在复杂空间结构表面风壓数值模拟中的应用[A].天津大学.第十三届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C].天津大学：全国现代结构工程学术研讨会学术委员会，2013：6.