CN101549695B - 列车全自动环保加水系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种全新的列车全自动环保加水系统，可实现列车全天候无人值守、自动化、无污染、大流量快速加水。自动加水是由安装在车厢底部的6个直线电机，驱动各自的对接加水杆头同时下降，与地面铁轨之间安装的加水机，上下自动实施定位、调整同心度来完成对接，在电机的推力下6个对接杆头，顶开相互对应的球形水阀来完成大流量快速加水过程，自动脱离或应急逃逸是由电机反向来实现的。本发明在环保方面，给对接器安装了可以自动开关的圆筒形密闭保护罩，隔离了一切污物对加水头的污染，在对接加水时又两次自动冲洗对接头和喇叭口内外，使供水、用水更加洁净卫生。本系统还有自动应对突发情况的能力，快速脱离与逃逸的机构设计，有防冻防沙尘装置，使系统能安全有效的使用。

Description

列车全自动环保加水系统

技术领域

本发明涉及铁路交通运输业中列车水箱加水设备，具体涉及到客运列车全自动化、无人值守全天侯、无污染、大流量快速加水系统装备。

背景技术

在铁路运输中客运列车还是采用手工插接方式加水，存在着工作环境恶劣、方式落后，效率低下随着铁路交通运输业的快速发展，旅客流量的不断攀升，列车运行密度的增加、速度的不断提高，停靠站点时间是越来越短，人工加水越来越显现出跟不上时代的发展，加水与用水用干净卫生的水，这些矛盾将是日显突出……

在现行列车的加水对接口处，存在着瑕疵——无任何保护设施，使其长期无遮无掩裸露在外，容易被污染。

本发明就解决了这两大问题；全自动加水和有加水双重保护措施来防止污染，一；在对接器上安装了可以自动开关的圆筒形密闭保护罩，隔离了污染。二；本系统在间隔二个小时左右，到站加水时都会自动用自来水两次冲洗加水口内外，使其更加干净卫生，阻断了不洁净水在列车供水系统中的进入循环，有效保障了广大旅客的身体健康。

发明目的

使广大旅客用上卫生水，用水更方便，将现有人工加水用全自动化、环保无污染，大流量快速加水系统所替代。体现一个国家在列车全自动化加水方面的发展水平。

发明内容与技术构思

列车全自动环保加水系统，是由对接器、加水机、电器自动化控制、防止污染装置以及部分外围辅助零件构成。全自动加水是由安装在车厢底部的6个圆筒形直线感应力矩电动机(以下称：电机或直线电机)驱动6个次极杆体(以下称：对接杆头)下降，与地面上在两条铁轨之间安装的加水机，上下自动实施定位，调整对接同心度来实现对接的，在直线电机的推力下6个对接杆头，各自顶开相互对应的球形水阀，来完成大流量快速加水过程，自动脱离与紧急逃逸是由电机反向来实施的。

主要零件介绍

对接器部分：

一、圆筒直线感应力矩电动机17和对接杆头18具有体积小，过载能力强、运行速度平衡、经久耐用、为“三防”电机，对接杆头18可按需要任意加工长度，堵动推力可设计调节、堵动电流可自动控制在安全范围内，几分钟堵动加水时间、电机温度会由管道冷水带走大半不会超标。

二、加重型空心万向活节12具有加水对接时，可与加水机内小滑车上下相互作用，调整同心度的作用，更有在加水时段内车厢突然位移，能跟随运动并变换角度帮助对接器脱离、逃逸的功能。双球面机械加工为间隙配合。

三、同心定位、脱离两用套21、万向活节22对接时具有快速选定喇叭口、准确调整同心度的作用，快速脱离与逃逸时有助力作用。

四、压力自动开关活门1自身管道压力较大时自动顶开水路接通，无压力时或其它管路加水压力较大时，压力自动开关活门1也自动关闭。

五、触压式球形开关(26、42)相互对压时水路接通，脱离后各自连接的水开关弹簧25、43顶压触压式球形开关26、42自动关闭水源，还具备防止污染两次自动冲洗对接头100、加水喇叭口里外的功能作用。

六、靶式流量控制器61又称：水流开关，用于水箱加满后自动控制圆筒直线感应力矩电动机17和对接杆头18反向自动关停某一节车厢加水，起到节电、节水、延长电器使用寿命。

七、由限位反向开关4、快进缓释放阻尼器5、扶正拉簧6组成的对接杆头防撞保护装置。当列车处在加水时段，列车突然提前发车，对接杆在脱离时会出现夹角，此时又顶压了一边的扶正拉簧6，使快进缓释放阻尼器5起作用，跳跃式跟随列车移动，使对接头100不碰、少碰喇叭口边缘，如果列车开行速度越快时，对接器大筒体15的角度变的越大，将限位反向开关4打开，电机马上反向使对接杆回缩上下脱离，就不会再碰撞，起到保护对接杆头延长使用寿命的功能。

八、对接器大筒体15内孔机械加工要求：对接器大筒体15内孔必须要经过绗磨机械加工，光洁度要达到

以上，以保证水的密封性和对接杆伸缩的灵活性。

加水机部件：

一、加水机内对接滑车装置可在加水机箱体内作360度方向运动，有定位、自动调整对接同心度作用。所述的加水机内对接滑车装置设有小滑车万向节31、滑车体32、对接支撑架33、对接大喇叭口34、调整、复位拉簧38、可伸缩活动橡胶软管39。加水时段列车突然开行，加水机内对接滑车装置能随列车一起移动来减少对接别劲，有利于对接杆头18脱离和逃逸，可以避免损坏对接杆体，当无外力时，在四面设置的调整、复位拉簧38的作用下，滑车可以自动恢复初始对接准备状态。

二、地面自来水自动加压水泵(辅助部件)可以在地面供水中，与自来水管道并列安装自动控制的加压水泵，来实现更大流量，更短时间加水，用常压为列车供水1分钟后，自动改为加压供水1分半钟，又再变回为常压供水。

(1)全自动加水过程

当列车停站后，乘务员无论打开四个车门中的任何一个门，都会将门控加水接近开关56、57打开。直线电机通电工作，对接杆头18下降顶开防护盖与加水机实施对接，当与喇叭口刚接触时，会有三种可能：可能一：对接杆头纵向与喇叭口没有较大偏差，顺利插入对接，这个顺利来自设计、制造、装配工艺、安装调试为技术保障，因为每个喇叭口的中心距与每个对接头的间隔中心距，是上下相互垂直对应设计、制造装配、安装调试好的，所以偏差本身不会太大，造就对接成功率比较高。横向偏差是可以通过技术手段消除的，是因为两条铁轨，列车横向轮子中心间距是不会变动的，对接器与加水机对接口是完全可以通过安装调试达到同心。万一有2、3公分偏差，有加重型空心万向活节12，对接滑车装置自动调整同心度也是可以消除偏差。可能二：因为每次列车停靠地点有不确定性，造成对接口与对接头同心度偏差50毫米左右，在电机推力的不断作用下，对接头上定位套以及加水机内小滑的纵向滑动移位来消除偏差，顺利实现对接加水。可能三：对接杆头18下降后，全部顶在了喇叭口弧形顶(46)上面下不来，出现这种情况是不可能的，因为上下对接是点线接触，不是平面接触，对接口上又有钢珠滑动作用，对接杆头18只能是被挤压，滑入喇叭口内对接，对接口底部尺寸就是对接头尺寸。当上下两个触压式球形开关26、42相互对压瞬间，大量自来水会喷涌而出把对接头和喇叭口内冲洗一次，来防止污染，在压紧后水不会再渗漏，这时球阀开度，流量都是最大，在上部直线电机堵动推力下，对接口处密封压力将在6公斤左右，加水时间到了以后，时间继电器58控制电机反向，对接杆头18上升脱离并再次冲洗，上下水开关弹簧25、43各自顶压触压式水开关26、42关闭水源，同心度自动调整滑车在四面拉簧的作用下自动复位、待循环，加水完成。

(2)多重防污染保护

A、在对接杆头18上加装了可以自动开关的防水、防污染圆筒体19和防止风吹开筒盖的筒盖吸合磁铁20隔离了一切污染物对加水杆头的污染；

B、对接、脱离时两次自动冲洗对接头和喇叭口内外；

C、加水机顶部和应急逃逸口处，全部用软橡皮遮挡起来，防止污物、沙子、尘土等污染加水口。

(3)大流量快速加水

A、共有6个加水头上水，上水时间可以缩短一半，加水量是人工加水的数倍。

B、还可以在主自来水管道上、并列安装加压水泵使供水量更大。

(4)对接器快速脱离与逃逸过程

列车在停站时经常要更换车头，加挂车厢或遇到特殊情况，列车提前发车都会造成列车突然长短距离移位或一直不停开行，这对于正处在加水时段内的系统来讲，如果没有应对举措，快速自动脱离方式及紧急逃逸进出口来脱险，将会造成系统损坏，因此在对接器100上专门设计了加重型空心万向活节12，同心定位、脱离两用套21、万向活节22、对接器大筒体15、对接杆头18，组成了一个联动体系，来快速应对完成自动脱离。工作过程中：以列车向右方向运动为例，参照附图4、图5说明当列车移动时图4中压力自动开关活门1、活节定位增力钢球2、限位反向开关4、活节加固定位钢板13等部件会跟随列车一起运动，加重空心万向活节12，对接杆头18、同心定位、脱离两用套21、万向活节22，在电机堵动推力的作用下暂时不动，在列车运动与对接器同心度出现夹角时，会给对接器产生拉力，在喇叭口弧形拱(41)处产生一个触压支点，衍生出类似杠杆橇杠效果的力，作用力是列车运动时夹角增大所产生的向下压力，被作用力点就是对接头，对接杆体就相当于杠杆，因为同心定位、脱离两用套21、万向活节22受另外一面喇叭口弧形拱41的阻挡，只能产生一个较强向上的抬举力，将对接杆头18顶回对接器大筒体15内的一部分，将对接头抬举出喇叭口底部，再随着列车运动的力量将对接杆拖拉出喇叭口，完成了自动脱离过程，快慢是由列车运动而决定的，如果对接杆没有离开加水机箱体的前提下，列车运动停止后对接器还能另外寻找新的对接口继续加水。列车如果移动后就不停，对接器大筒体15角度会变为最大，将限位反向开关4打开，6个圆筒直线感应力矩电动机17全部反向，对接杆头18马上回缩终止加水，自动恢复零位待机。

突发情况时无障碍逃逸；在纵向每一节加水机箱体上，对应开两个逃逸进出口，它的尺寸应低于加水机接口底部，在对接器杆头随列车运动时可以无障碍进出逃逸，来保障系统安全。

(5)水箱加满水后自动停止控制

无论是那一节水箱在加满后，管道内的水流不再流动，由靶式流量控制器66(又称水流开关)常闭、常开触点统一控制6个圆筒直线感应力矩电动机17正反向，对接杆头18一起上升回缩，停止加水不再浪费电能和水资源。

(6)防止人为造成电器不断误动作措施

为了预防在停靠站时，出现的人为造成车门开来开去，使控制电器不停误动作，造成使用寿命缩短，在自控电路中应用了通断定时器电路57，到站开门加水程序只能工作一次，再次开关门就不起作用，时间必须自动间隔半小时(可设定)才能自动恢复。

(7)防冻装置

系统为适合在严寒地区使用，可将裸露在外的水管、对接器固定不动部分、加水机箱体，全部用带有内外保护层的电热毯丝包裹起来，(活动零件不用、有热导作用)可有效防止冻坏设备，用24V-36V安全电，功率在10W-25W有简单实用、造价低廉，温度控制仪表可用带上、下限控制的XMT-122±100℃、Pt100仪表，将温度传感器固定在容易冻结的部位，当部件温度降到0℃时，温控仪表下限接通低压变压器通电，电热毯丝发热工作，当温度升到+8℃时，温控仪上限设定值接通断开变压器，使温度一直恒定在0-8℃之间，春、夏、秋季保温装置是自动处于断开状态，比较节电，列车上保温装置用电是利用车上自备电源供电。

有益效果

1、可以解决列车加水口裸露在外，被污染的问题。

2、对接加水时同时可有三个以上对接器工作，有上水快、时间短、成功率高，不会出现车厢遗漏加水的问题。

3、可降低旅客投诉，有利于提高铁路运输形象，更人性化的为旅客服务。

4、可解放生产力、大大提高工作效率，适应了现代化高效快节奏。

5、可彰显国内客运列车自动化加水系统已进入现时代阶段。

6、本系统实施方便，适用各种车型，易大量普及。

附图说明

附图1为本发明列车全自动环保加水系统，对接器在列车上安装位置示意图。

附图2为本发明对接器、防止污染筒罩剖面示意图。

附图3为本发明加水机安装位置、内部构造横截面示意图。

附图4为本发明对接器与加水机对接加水时剖面示意图。

附图5为本发明对接口处放大图。

附图6为本发明加水机侧剖面示意图。

附图7为本发明对接器从加水机纵面应急逃逸进出口示意图。

附图8为本发明自动化控制电器框图。

图1中：对接器100。

图2中：压力自动开关活门1、活节定位增力钢球2、定位挡铁3、限位反向开关4、快进缓释放阻尼器5、扶正拉簧6、拉簧定位桩7、筒盖撞铁8、筒盖开关顶杆9、筒盖转轴10、防水防污染筒盖11、加重型空心万向活节12、活节加固定位钢板13、水密封活塞环14、对接器大筒体15、轴承16、圆筒直线感应力矩电动机17、对接杆头18、防水、防污染的圆筒体19、筒盖吸合磁铁20。

图3中：加水机箱体固定螺栓50、污水泄水口51、小滑车万向节31、滑车体32、对接支撑架33、对接大喇叭口34、橡皮防尘帘子35、防冻电热毯丝36、加水机箱体37、调整、复位拉簧38、可伸缩活动的橡胶软管39、自来水主管道40、钢轨200、水泥枕木300。

图4与图2大致相同、靶式流量控制器61。

图5中：同心定位、脱离两用套21、万向活节22、弹簧定位圈23、44、弹簧定位销子24、45、水开关弹簧25、43、触压式球形开关26、42、钢球衬垫27、对接密封圈28、对接头管壁29、喇叭口弧形拱28、排泄水孔46。

图6中：纵向调整、复位拉簧47。

图7中：对接器杆逃逸进出口48、防沙尘橡皮帘子49。

图8中：上下限控制温控仪52、安全变压器53、发热丝541、542、543、54N、

门控加水接近开关4个55、56、通断定时器57、时间继电器58、循环电源开关59、电器控制箱60、靶式流量控制器61、标准直流电源62、欠电压欠电流保护器63。

具体实施方式

首先将对接器图2按照图1位置纵向直线、长短一致、垂直固定安装在列车底部，定位在横向车轮中间位置，并要求与加水机内喇叭口中间尺寸同心一致，安装调试固定。将510米48节长的加水机同样也安装调试固定在两条铁轨中间位置(见图3)高度比火车头保险杠低一些，长度要比最长的列车长度多出一节富余量，加水口同心度要与对接头中心一致安装。在每节车厢水箱溢水管口上，安装上气水分离器或自动排气阀。将门控加水开关安装在每节车厢四个门框上。

当列车进站后不论列车长短，只要列车停靠位置底下有加水机，列车上又安装了对接器，就能自动按照预定加水时间，控制程序自动完成加水全过程。

Claims (8)

1.一种列车使用的全自动化、环保加水系统，包括在列车车厢底部安装的对接器(100)，在两条铁轨之间安装的加水机，以及自动化电器控制部分；其中所述对接器包括有压力自动开关活门(1)、活节定位增力钢球(2)、定位挡铁(3)、限位反向开关(4)、快进缓释放阻尼器(5)、扶正拉簧(6)、拉簧定位桩(7)、筒盖撞铁(8)、筒盖开关顶杆(9)、筒盖转轴(10)、防水防污染筒盖(11)、加重型空心万向活节(12)、活节加固定位钢板(13)、水密封活塞环(14)、对接器大筒体(15)、轴承(16)、圆筒直线感应力矩电动机(17)、对接杆头(18)、防水、防污染圆筒体(19)、筒盖吸合磁铁(20)、同心定位、脱离两用套(21)、万向活节(22)、第一弹簧定位圈(23)、第一弹簧定位销子(24)、第一水开关弹簧(25)、第一触压式球形开关(26)、钢球衬垫(27)、对接密封圈(28)、对接杆头管壁(29)；其中压力自动开关活门(1)与连接水箱的三通水管连接；活节定位增力钢球(2)设置在活节加固定位钢板(13)上，并与连接水箱的三通水管连接；定位挡铁(3)设置在活节定位增力钢球(2)内；快进缓释放阻尼器(5)、扶正拉簧(6)、拉簧定位桩(7)依次连接，并且快进缓释放阻尼器(5)设置在活节加固定位钢板(13)上，拉簧定位桩(7)设置在对接器大筒体(15)上；筒盖撞铁(8)设置在同心定位、脱离两用套(21)上；筒盖开关顶杆(9)、筒盖转轴(10)、防水防污染筒盖(11)、筒盖吸合磁铁(20)设置在防水、防污染圆筒体(19)上；防水、防污染圆筒体(19)与对接器大筒体(15)连接；加重型空心万向活节(12)滑动套接在活节定位增力钢球(2)内；所述对接杆头(18)通过水密封活塞环(14)设置在对接器大筒体(15)内；所述圆筒直线感应力矩电动机(17)设置在防水、防污染圆筒体(19)内，并套设在对接杆头(18)上；所述同心定位、脱离两用套(21)、万向活节(22)、第一弹簧定位圈(23)、第一弹簧定位销子(24)、第一水开关弹簧(25)、第一触压式球形开关(26)、钢球衬垫(27)、对接密封圈(28)、对接杆头管壁(29)设置在对接杆头(18)的端部；

自动化电器控制部分包括：上下限控制温控仪(52)、安全变压器(53)、发热丝、门控加水接近开关(55、56)、通断定时器(57)、时间继电器(58)、循环电源开关(59)、电器控制箱(60)、靶式流量控制器(61)、标准直流电源(62)、欠电压欠电流保护器(63)，其中上下限控制温控仪(52)、安全变压器(53)、发热丝依次连接；门控加水接近开关(55、56)安装在列车每节车厢的门框上，且门控加水接近开关(55、56)与通断定时器(57)和时间继电器(58)连接；通断定时器(57)和时间继电器(58)与循环电源开关(59)和电器控制箱(60)连接；循环电源开关(59)和电器控制箱(60)与靶式流量控制器(61)、标准直流电源(62)、欠电压欠电流保护器(63)连接；所述循环电源开关(59)还与对接器(100)的圆筒直线感应力矩电动机(17)相连接；所述电器控制箱(60)还与对接器(100)的限位反相开关(4)连接；

在两条铁轨之间安装的加水机包括：小滑车万向节(31)、滑车体(32)、对接支撑架(33)、对接大喇叭口(34)、橡皮防尘帘子(35)、防冻电热毯丝(36)、加水机箱体(37)、调整、复位拉簧(38、47)、可伸缩活动橡胶软管(39)、自来水主管道(40)、喇叭口弧形拱(41)、第二触压式球形开关(42)、第二水开关弹簧(43)、第二弹簧定位圈(44)、第二弹簧定位销子(45)、排泄水孔(46)；其中小滑车万向节(31)设置在滑车体(32)的底部；滑车体(32)设置在加水机箱体(37)的内部；对接支撑架(33)设置在滑车体(32)的内部；对接大喇叭口(34)设置在滑车体(32)上，并与加水机箱体(37)上的橡皮防尘帘子(35)对应设置；防冻电热毯丝(36)设置在加水机箱体(37)的外层；调整、复位拉簧(38)将滑车体(32)与加水机箱体(37)连接；可伸缩活动橡胶软管(39)的一端设置在滑车体(32)的内部，另一端与自来水主管道(40)连接；喇叭口弧形拱(41)设置在对接大喇叭口(34)处，第二触压式球形开关(42)与第二水开关弹簧(43)、第二弹簧定位圈(44)、第二弹簧定位销子(45)依次连接；

所述对接器(100)与加水机对接加水时，是由呈空心棒体状的对接杆头(18)主动实施的，圆筒直线感应力矩电动机(17)推动对接杆头(18)运动下降与加水机对接，在堵动推力的作用下对接口处可产生4-8公斤对接压力，使自来水不会泄漏，圆筒直线感应力矩电动机(17)所产生的热量由流动冷水带走，水加完后圆筒直线感应力矩电动机(17)反向控制对接杆头(18)上下相互脱离。

2.如权利要求1所述的列车使用的全自动化、环保加水系统，其特征在于：同心定位、脱离两用套(21)、万向活节(22)具有增加对接定位成功率的作用，逃逸时有助力作用。

3.如权利要求1所述的列车使用的全自动化、环保加水系统，其特征在于：当对接杆头(18)运动下降时自动将防水防污染筒盖(11)顶开，回缩时筒盖撞铁(8)将筒盖开关顶杆(9)顶压盖上，筒盖吸合磁铁(20)有吸住防水防污染筒盖(11)防止被风吹开的作用。

4.如权利要求1所述的列车使用的全自动化、环保加水系统，其特征在于：压力自动开关活门(1)的自身管道水压力大时，自动打开加水，无压或其它水路压力大时压力自动开关活门(1)关闭。

5.如权利要求1所述的列车使用的全自动化、环保加水系统，其特征在于：在各种外力作用于活节定位增力钢球(2)时和不同心别劲时，加重型空心万向活节(12)具有自动变换角度、调整同心度和逃逸的功能，还有自动恢复初始对接状态的功能。

6.如权利要求1所述的列车使用的全自动化、环保加水系统，其特征在于：第一触压式球形开关(26)与第二触压式球形开关(42)在相互对压时水路接通，脱离后第一水开关弹簧(25)和第二水开关弹簧(43)顶压钢球自动关闭，具备有防止污染两次自动冲洗对接杆头、加水机对接大喇叭口里外的功能。

7.如权利要求1所述的列车使用的全自动化、环保加水系统，其特征在于：所述小滑车万向节(31)、滑车体(32)、对接支撑架(33)、对接大喇叭口(34)、调整、复位拉簧(38)、可伸缩活动橡胶软管(39)连接组成加水机内对接滑车装置，该加水机内对接滑车装置能够做360度方向的运动，能够自动调整并锁定对接同心度，当列车突然移动时，能够跟随列车一起运动来减少别劲，有利于对接杆头(18)脱离并逃逸，无外力作用时能够自动恢复初始对接状态。

8.如权利要求1所述的列车使用的全自动化、环保加水系统，其特征在于：加水机箱体(37)纵向设计有两个对接杆头逃逸进出口(48)，在突发情况下供对接杆头(18)进出逃逸使用。

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