道岔尖軌減磨劑涂覆裝置的研究與設(shè)計(jì)

1、道岔尖軌減磨劑涂覆裝置的研究與設(shè)計(jì)摘 要：本文研制了i種適用于重載運(yùn)輸條件下尖軌減磨劑的涂覆裝 置，該裝置具有一鍵式噴涂功能，噴涂流量穩(wěn)定，噴涂位置準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn) 單便于掌握。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，利用涂覆裝置進(jìn)行涂覆作業(yè)時(shí)強(qiáng)度低，效率 高，能夠節(jié)約運(yùn)輸成本。關(guān)鍵詞：道岔；尖軌減磨劑；涂覆裝置中圖分類(lèi)號(hào)：u213文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a1概述道岔是一種使機(jī)車(chē)車(chē)輛從一股道轉(zhuǎn)入另一股道的線(xiàn)路連接設(shè)備，通常 在車(chē)站、編組站大量鈾設(shè)。由于道岔具有數(shù)量多、構(gòu)造復(fù)雜、使用壽命短、 限制列車(chē)速度、行車(chē)安全性低、養(yǎng)護(hù)維修投入大等特點(diǎn)，與曲線(xiàn)、接頭并 稱(chēng)為軌道的三大薄弱環(huán)節(jié)。因此道岔的技術(shù)性能和質(zhì)量關(guān)系到列車(chē)行車(chē)速 度、平穩(wěn)性及運(yùn)

2、輸安全。道岔尖軌作為道岔中最薄弱的環(huán)節(jié)，尖軌使用壽 命直接關(guān)系到道岔的壽命。當(dāng)列車(chē)通過(guò)道岔側(cè)向時(shí)，對(duì)尖軌的縱向和橫向 造成沖擊，導(dǎo)致尖軌側(cè)面磨損；尤其是重載列車(chē)通過(guò)道岔時(shí)，會(huì)加劇道岔 尖軌的磨損程度，嚴(yán)重影響道岔的使用壽命，造成鐵路運(yùn)行成本增加。因 此，減緩道岔尖軌的磨損，延長(zhǎng)道岔使用壽命，對(duì)丁節(jié)約運(yùn)行成本，提高 鐵路運(yùn)營(yíng)效益具有重要作用。目前，實(shí)用性較好、比較有效減緩道岔尖軌磨耗的方法是在尖軌側(cè)面涂覆減蘑劑。實(shí)際運(yùn)用證明，涂覆尖軌減蘑劑能延長(zhǎng)尖軌使用壽命達(dá)2個(gè) 周期。但是，現(xiàn)有的尖軌減磨劑涂覆作業(yè)方式主要采用手工涂覆或簡(jiǎn)單機(jī) 具涂覆，隨著鐵路運(yùn)量的增大以及貨運(yùn)列車(chē)行車(chē)密度的加大，現(xiàn)有的尖軌

3、減磨劑涂覆作業(yè)方式，已不能滿(mǎn)足重載鐵路道岔曲尖軌的減磨需求，影響 了尖軌減磨劑的實(shí)際作用效果。為了解決此問(wèn)題，研制了一種道岔尖軌減 磨劑的涂覆裝置，該裝置具有涂覆過(guò)程穩(wěn)定，涂覆位置準(zhǔn)確，涂覆流量可 調(diào)等特點(diǎn)，為提高尖軌減磨劑實(shí)際作用效果提供了技術(shù)支持。2尖軌減蘑劑涂覆方案的選擇道岔與一般線(xiàn)路的區(qū)別不僅在于復(fù)雜的軌線(xiàn)布置和走行線(xiàn)路轉(zhuǎn)換，而 且在于其多變的輪。岔接觸幾何關(guān)系。當(dāng)車(chē)輪對(duì)從基本軌過(guò)渡到尖軌時(shí)（圖1）,車(chē)輪輪緣 與尖軌作用邊接觸點(diǎn)上的壓強(qiáng)很大，當(dāng)壓強(qiáng)超過(guò)尖軌的屈服應(yīng)力，接觸點(diǎn) 頂部就發(fā)生塑性變形；同時(shí)車(chē)輪滾動(dòng)時(shí)，輪緣在尖軌側(cè)面產(chǎn)生滑動(dòng)，使接 觸點(diǎn)的蜩性部分和彈性部分的過(guò)渡區(qū)間出現(xiàn)變形，形

4、成了曲尖軌的側(cè)面磨 耗。通過(guò)對(duì)重載運(yùn)輸條件下道岔尖軌磨耗原理進(jìn)行分析可知，輪軌z間的 潤(rùn)滑屬于邊界潤(rùn)滑，它通過(guò)第三介質(zhì)的作用，在輪軌表面形成邊界潤(rùn)滑膜, 使英摩擦過(guò)程主要發(fā)生在邊界膜內(nèi)，以降低輪軌之間的磨損。因此邊界潤(rùn) 滑膜的結(jié)構(gòu)，形式與性能，決左潤(rùn)滑效果的優(yōu)劣。由于尖軌減磨劑屬于固態(tài)減磨劑，可以直接將其涂抹于尖軌側(cè)面，但 這種涂覆方式形成的潤(rùn)滑膜較薄，達(dá)不到良好的減磨效果。因此，為了達(dá) 到尖軌減磨的最佳效果，設(shè)計(jì)的尖軌減磨劑涂覆方案為在規(guī)定的工作溫度 下將熱熔后的液態(tài)尖軌潤(rùn)滑減蘑劑連續(xù)地噴涂到尖軌的側(cè)面，讓液態(tài)的尖 軌潤(rùn)滑減磨劑在尖軌側(cè)面凝固并形成一層均勻的、連續(xù)的干式潤(rùn)滑膜；在 列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)

5、，尖軌潤(rùn)滑減磨劑轉(zhuǎn)移到列車(chē)輪緣上，對(duì)輪緣進(jìn)行潤(rùn)滑，從而 達(dá)到最佳的減磨效果。3涂覆裝置的組成及工作原理尖軌減磨涂覆裝置山電熱儲(chǔ)料單元、電熱輸料單元、控制系統(tǒng)和供電 電源組成，其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示電熱儲(chǔ)料單元由儲(chǔ)料器和電熱元件組成，采用在儲(chǔ)料器的外表面纏繞 自控溫電加熱帶作為儲(chǔ)料單元的加熱方式為其進(jìn)行供熱。電熱輸料單元由 輸油機(jī)構(gòu)和電熱元件組成，采用ptc半導(dǎo)體電熱元件和碳纖維電阻絲相結(jié) 合的加熱方式為整個(gè)輸料單元進(jìn)行加熱，輸油機(jī)構(gòu)山直流電機(jī)和齒輪泵組 成，通過(guò)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪泵進(jìn)行輸油作業(yè)?？刂葡到y(tǒng)是對(duì)整個(gè)涂覆裝置 的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制。供電電源是對(duì)涂覆裝置進(jìn)行供電，涂覆裝置是在戶(hù) 外使用，而且

6、使用過(guò)程屮均處于移動(dòng)狀態(tài)，在滿(mǎn)足供電容量需求的情況下 耍保證供電裝置的便攜性和輕便性，因此釆用鋰電池作為涂覆裝置的供電 電源。涂覆裝置的工作原理為首先將熱熔后的液態(tài)尖軌減磨劑注入到電熱 儲(chǔ)料單元中，同時(shí)開(kāi)啟加熱控制開(kāi)關(guān)，対整個(gè)涂覆裝置進(jìn)行加熱，待涂覆 裝置加熱到規(guī)定作業(yè)溫度后，開(kāi)啟涂覆作業(yè)控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行涂覆作業(yè)，在涂 覆作業(yè)過(guò)程中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)尖軌的實(shí)際磨損情況，適當(dāng)調(diào)整尖軌減磨劑的涂 覆流量以滿(mǎn)足尖軌減磨的要求。4涂覆裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4. 1外形設(shè)計(jì)通過(guò)分析涂覆作業(yè)過(guò)程可知，由于涂覆位置位于尖軌側(cè)面，為了保證 涂覆位置準(zhǔn)確和現(xiàn)場(chǎng)涂覆作業(yè)良好的操控性能，涂覆裝置應(yīng)能在單股軌道 上平穩(wěn)走行。根據(jù)涂覆裝

7、置現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境可知，涂覆裝置應(yīng)屬于戶(hù)外作業(yè) 設(shè)備，而且經(jīng)常與鋼軌接觸不可避免與鋼軌發(fā)生碰撞，涂覆裝置應(yīng)具有一 定的強(qiáng)度和較長(zhǎng)的使用壽命。涂覆裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為手推式并且能夠在單 股鋼軌上行走的小車(chē)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。4. 2輸油噴嘴的設(shè)計(jì)輸油噴嘴是涂覆裝置的關(guān)鍵部件，其決定涂覆作業(yè)的效果。由于輪軌 接觸時(shí)，車(chē)輪踏面與鋼軌頂面接觸需耍保持較高的粘著系數(shù)，而車(chē)輪輪緣 與尖軌內(nèi)側(cè)圓角接觸需要潤(rùn)滑減磨，潤(rùn)滑材料只能涂抹于輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè) 圓角上。由于輸油噴嘴始終與鋼軌保持接觸，要求輸油噴嘴應(yīng)具有一定的 耐磨性能。因此，將輸油噴嘴設(shè)計(jì)成雙層結(jié)構(gòu)，里層為不銹鋼輸油管，外層位尼 龍護(hù)套，同時(shí)將噴嘴結(jié)構(gòu)依據(jù)尖軌的

8、軌頭形狀設(shè)計(jì)成圓弧形，其外形結(jié)構(gòu) 如圖4所示。在整個(gè)涂覆過(guò)程中尖軌頂面逐漸變窄，輸油噴嘴要始終與尖軌側(cè)面保 持貼密，因此采用彈簧將輸油噴嘴與涂覆裝置進(jìn)行連接，通過(guò)改變彈簧的 拉伸尺寸，來(lái)保證輸油噴嘴與尖軌側(cè)面的貼密性。5控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涂覆裝置的控制系統(tǒng)由涂覆裝置加熱單元、涂覆流量調(diào)節(jié)單元、定溫 涂覆作業(yè)單元和裝置顯示單元組成，控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖5所示。5. 1系統(tǒng)控制方案在涂覆裝置的控制系統(tǒng)中，涂覆裝置加熱單元采用無(wú)觸點(diǎn)式電子開(kāi)關(guān)對(duì)電熱元件的導(dǎo)通和停止進(jìn)行控制。涂覆流量調(diào)節(jié)單元采用脈沖寬度調(diào)制 技術(shù)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，通過(guò)改變直流電動(dòng)機(jī)電樞上電壓的“占空比” 來(lái)改變平均電壓的人小，從而控制

9、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。定溫涂覆作業(yè)單元采用 在電機(jī)的控制電路中加入電子溫控開(kāi)關(guān)，從而限制電機(jī)啟動(dòng)的溫度，以達(dá) 到保護(hù)電機(jī)的目的。涂覆裝置的顯示單元采用電壓電流表和數(shù)字溫度表對(duì) 涂覆裝置的工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，便于涂覆專(zhuān)業(yè)人員對(duì)涂覆裝置的狀態(tài) 進(jìn)行監(jiān)控。5. 2涂覆流調(diào)節(jié)單元的設(shè)計(jì)5. 2. 1原理分析涂覆裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪泵進(jìn)行輸油工作，因此通過(guò) 改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)可實(shí)現(xiàn)齒輪泵流量的調(diào)節(jié)。采用脈沖寬度調(diào)制（pwm） 技術(shù)來(lái)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，與一般直流調(diào)速相比，既減少了對(duì)電源的污 染，而且使控制過(guò)程更簡(jiǎn)單方便，其控制的示意圖如圖6所示?？煽亻_(kāi)關(guān) s以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開(kāi)，當(dāng)s接

10、通時(shí)，供電電源us通過(guò)開(kāi) 關(guān)s施加到電動(dòng)機(jī)兩端，電源向電機(jī)提供能量，電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能；當(dāng)開(kāi)關(guān)s斷 開(kāi)時(shí)，中斷了供電電源us向電動(dòng)機(jī)電流繼續(xù)流通。這樣，電動(dòng)機(jī)得到的電壓平均值uas為：式（1）中，ton為開(kāi)關(guān)每次接通的時(shí)間，t為開(kāi)關(guān)通斷的工作周期,（即開(kāi)關(guān)接通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff之和），a為占空比,a二ton/t05. 2. 2設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的涂覆流調(diào)節(jié)單元采用脈沖控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊組成一個(gè)單極 性驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)模塊采用lmd18200,該芯片內(nèi)部集成了 四個(gè)dmos管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的h型驅(qū)動(dòng)橋。脈沖控制模塊主要用于產(chǎn)生 pwm控制信號(hào)，通過(guò)調(diào)整輸入pwm信號(hào)的占空比，來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，電機(jī) 驅(qū)動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。6現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用該道岔尖軌減磨涂覆裝置在阜新工務(wù)段和沈陽(yáng)工務(wù)段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)使 用，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明該裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定能夠平滑地在軌面上行走，在進(jìn)行 涂覆作業(yè)時(shí)，噴涂流量穩(wěn)定無(wú)堵塞，涂覆位置準(zhǔn)確，涂覆效率高，同時(shí)該 裝置操作簡(jiǎn)便，便于常握。結(jié)語(yǔ)本文通過(guò)分析重載鐵路運(yùn)輸條件下道岔尖軌的磨耗原理以及目前尖 軌潤(rùn)滑減蘑劑涂覆方式存在的弊端，制定了尖軌潤(rùn)滑減蘑劑的涂覆方案