一种针对重载铁路的道岔彻底清扫装置研究

郑东伟

（国能包神铁路有限责任公司，鄂尔多斯 017000）

铁路作为我国交通运输重要的基础设施，具有运量大、行车密度大等优点，成为大宗货物及大型原材料货物重要的运输设施[1]。据统计，全社会约80%的木材、原油、煤炭、钢铁及治炼物资依赖铁路运输。因此，保障重载铁路安全稳定运输对国民经济建设和社会发展至关重要[2]。道岔是铁路轨道的薄弱环节[3]。传统道岔清扫需要操作者使用油泥铲、钢刷、棉纱以及防护木锤等多种工具，频繁蹲、站进行铲、刮、刷、扫、擦多种操作，养护工作量大，操作复杂、清扫不便且频繁。针对重载铁路道岔养护需求及其结构特征，设计一种对重载铁路道岔彻底清扫的装置，可使养护人员高效、便捷地清扫道岔，降低作业难度和强度，提高清扫质量。

1 重载铁路道岔清扫需求分析

1.1 道岔结构分析

道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接装置，大量铺设于车站、编组站，用以提高线路的通过能力，是股道转换的重要设备[4]。道岔由转辙器、连接部分、辙叉及护轨组成。改变股道时，利用转辙器使尖轨移动位置改变连接。机车进入连接部分时，沿着导曲线轨过渡到辙叉和护轨单元。在车轮通过辙叉时，翼轨到辙叉心最尖端之间存在一段空隙。车轮经过此处时如果走错辙叉槽会引起脱轨。护轨单元能强制引导车轮的运转方向。

1.2 道岔清扫要求

道岔清扫主要包括2个环节：一是清扫各单元上的油泥污垢、尘土砂子；二是要对滑床板、道岔锁沟等活动部位注油保持润滑。道岔的零部件多，油泥污垢、尘土砂子的堆积会在道岔转换时产生不良影响。清洁道岔后，必须保证表面露本色、无杂物、无油垢，避免因道岔转换阻力过大而产生摩卡、空转等问题，且要及时注油保持道岔润滑，减小尖轨与滑床板间的摩擦阻力，减小锁闭铁、锁勾、连接铁等销孔的磨耗。

1.3 重载铁路道岔清扫难点

重载铁路道岔清扫主要存在3方面难点。第一，重载铁路具有轴重大、牵引质量大、运量大、行车密度大的特点，易堆积油泥污垢、尘土砂子，清理频率高，清扫强度大。第二，道岔由诸多单元零件组成，存在大量的厚、老、隐蔽部位。这些部位不易清扫，易因为清扫不彻底留下隐患。第三，道岔各单元对接点尺寸、位置、阻力都有严格要求，传统清扫运用高压水枪、刷头配合化工试剂进行打磨清理，易在设备上留下积水、化工试剂等腐蚀设备元件。

2 道岔彻底清扫装置设计思路

2.1 装置拟实现目标

重载铁路道岔彻底清扫装置主要为解决清扫工作强度大、清扫不彻底以及易留下隐患等问题，以“功能集成、运行稳定、节省人力、提高效率”为目标，设计一种易移动、携带方便的装置来满足重载铁路道岔清扫要求，实现油污清除、清洗、清扫及注油等一系列的标准化步骤，减少作业人员数量，降低作业难度，提高清扫效率和清扫能力，尤其侧重于提高精细部位、隐蔽部位、复杂部位的清扫能力。

2.2 装置功能实现思路

清扫装置主要运用高温高压技术和整机控制技术实现各项功能。作业人员通过操作装置喷枪，即可彻底清扫道岔各部位，实现整个清扫作业的“无接触”式清扫。由于油泥污垢清扫困难，同时存在不少精细部位和不易清扫作业的隐蔽部位，需要保障喷枪压力能足够清理重度油泥污垢且易于控制。针对精细部位、隐蔽部位设计不同尺寸、规格、结构形状的喷头、手持杆，以满足精细部位、隐蔽部位的清扫需要。为避免对道岔元件的腐蚀、锈蚀影响，可设计选用清洁油污效果好且防结垢、防锈蚀、防腐蚀的清洁用水。清扫作业需要多点移动，尽可能减小装置的重量和体积。

2.3 装置基本技术原理

清扫装置利用控制功能调节面板及电路，实现预水、启动、干湿度调节、压力调节、供电监测、汽温调节保护及过压调节保护功能。利用点火控制器、鼓风机、高压油泵、高温高压控制器、供水柱塞泵、干湿调节器及电磁阀实现控制动作。清扫装置进水口通过柱塞泵将水注入螺旋增压盘管，启动电源，控制燃烧器，使燃油在燃烧室内旋风式燃烧。加热换热冷机对盘管内的水进行加热，部分水变成水蒸汽，压缩水蒸气形成高温高压水流和蒸汽混合物。在内燃高温的作用下，利用自动控制将其水化为高温高压水流和蒸汽，通过手持喷枪输出进行清扫作业。整个装置技术原理如图1所示。

图1 清扫装置技术原理

3 装置主要技术实现策略

3.1 高温高压蒸汽生成技术

清扫装置通过燃油燃烧加热盘管内的水，使部分水形成蒸汽，并压缩生成高温高压水流和水蒸汽。装置机壳内设置柴油箱，由柴油泵提供动力。柴油箱出口连接过滤器，柴油经过滤器过滤后通过柴油泵油管、输油管达到燃烧室，配合点火器、火焰感应器、底部鼓风机组成燃烧器。燃烧室采用空管状耐高温腔体，内设螺旋增压盘管。启动电源后，点火器点火，燃油在燃烧室内旋风式燃烧对螺旋增压盘管均匀加热，使盘管内的水加热形成水蒸汽，压缩水蒸汽产生高温高压水流和蒸汽混合物，通过手持喷枪喷射高温高压水流和水蒸汽混合物，软化油泥污垢，并用高压蒸汽和高压水流进行彻底的冲洗与清扫。高温水流和水蒸汽能迅速蒸发，因此道岔单元表面不留明显水渍，可避免锈蚀腐蚀和结垢。

3.2 过温过压安控技术

为减小清扫装置的重量和体积，尽可能减小装置器件厚度。高温高压冗余量较小，本文将着重对过温过压技术进行全面设计优化。利用设置于燃烧室出口的温度传感器实现装置的温度控制，当实时温度超过设置的保护温度时停止泵油燃烧加热，当温度低于设定值时系统启动泵油燃烧加热，使出口温度不超过保护温度并能维持正常清扫作业。过压安控利用设置于燃烧室出口的压力传感器监测压力。当实时压力超过设置最高压力时，降低柱塞泵转速、油泵压力甚至停止，使压力降低至预设压力之下；当压力低于预设压力时，则增加柱塞泵转速、油泵压力，使装置压力保持在作业所需压力水平，以维持正常清扫作业需要。

3.3 功能控制及机械组装技术

为使整个装置的功能控制简单、运行状态观测直观，清扫装置采用电子控制集成功能的方式，设计功能调节控制面板，以便捷调节控制各项功能，包括装置的启动、关闭操作，温度、压力、水汽比例调节操作，以及温度、压力、水汽比例、供电电压、电池电量监测显示等。所有监测装置采用电信号传输监测的实时数据。所有控制装置包括电磁阀、水泵、点火器、温控装置、压力控制装置及燃烧室，根据预设值实现自动控制。整个装置的点火系统、泵油系统、供水系统、监测系统以及控制系统等各种电器元件均由锂电池供电。考虑对作业持续性的需求，采用48 V、12 Ah的锂电池，与主机分离设置，并设置逆变器调节电压[5]。

3.4 清洗介质使用技术

清扫装置外置水箱储存清洗介质，加水方便，清洗容易，更换便捷。清洗介质可采用自来水、软化水、纯净水等，均能达到清洗效果。对于低防腐需求的道岔组件，可采用自来水作为清洗介质。对于高防腐防锈需求的组件，则采用特殊机能水作为清洗介质。本装置引进了一种含有富勒烯纳米材料的机能水，可预防装置内部结垢，清洗能力强，洗净率高，能迅速剥离固体表面油污，耗时短，效率高，对油污容纳量高，使用寿命长，有防止生锈的特点，无须人工二次擦洗，且对道岔设备表面无腐蚀，不伤底材。产品无刺激性、无腐蚀性、无可燃性，不会侵蚀设备、机件。

4 技术关键及应用效果

4.1 装置技术关键

重载铁路道岔清扫的难点在于作业量大、作业不便以及精细隐蔽部位不易清理干净会造成锈蚀腐蚀影响，因此研究的清扫装置着重于解决以上难点。首先，采用高温高压蒸汽生成技术，利用高温高压蒸汽彻底清扫油泥污垢，不留水渍，避免锈蚀腐蚀道岔组件。其次，采用便于拆卸更换的喷头和手持杆，针对不同清扫部位更换喷头手持杆，方便彻底清扫精细部位、隐蔽部位。最后，采用装置集成技术，根据作业特征，在保证作业需求的情况下，尽可能减小装置的体积和重量。装置整机体积小、重量轻、移动方便，可解决多点作业、不便移动作业等问题。相较于传统的道岔清扫作业工艺，该清扫装置仅需2～4人即可完成道岔清扫工作，具有作业强度低、操作简便、清扫彻底和移动便捷的优势。

4.2 装置应用效果

清扫装置经北京铁路局集团公司管内唐山电务段唐山站、唐山北站，石家庄电务段管内工业站、西站，郑州电务段欢河站、铁炉站、平原站、五里堡站、郑州东站，包神铁路沙沙圪台站应用测试发现，该装置的清扫效果良好，达到了操作简易、清扫彻底、移动便捷、持续稳定的目的。针对不同清扫部位采用不同的口径枪头，并配套枪头油铲或磨头进行有效清扫。经测试：清理后的道岔锁钩和滑床板无油垢、无磨痕且易于上油；清理尖轨后，尖轨走动时无磨卡，尖轨和基本轨间无异物；清理后的道岔杆件及外闭锁装置无油垢、光洁油润、杆件无卡阻、杆件底部无杂物、锁钩与轴销不磨卡；清理道岔滑床板及灰枕与滑床板间的间隙部分后，物露本色；还可对现场的其他设备进行辅助除污。采用道岔清扫装置后，配套使用选型的机能水加清洗剂，能有效去除复杂、隐蔽、易污染部位的重度油污，降低精细部位的清扫难度，有效延长维护周期。

5 结语

道岔的安全稳定在铁路运输中极为重要，而重载铁路对道岔清扫要求更高。它的清扫作业强度大、环境不利于清扫作业、隐蔽精细部位清扫不彻底易锈蚀腐蚀磨损道岔组件等问题，长期困扰一线道岔清扫作业人员。研究的清扫装置根据重载铁路道岔清扫需求和作业环境特征，采用高温高压水汽生成技术设计不同的喷头，可实现无接触式清扫，有效解决了作业强度大、隐蔽精细部位清扫不彻底易锈蚀腐蚀磨损道岔组件问题，不仅操作简单、方便、快捷，而且可以有效提高道岔清扫工作效率和清扫质量，延长了维护周期。该装置还可采用整机控制技术，操作直观方便，能简单直接地观测工作状态，实现自动控温控压，提高了作业的安全性和稳定性。