CN104120639A - 对道碴进行干燥及控温的装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对道碴进行干燥及控温的装置，该装置包括：微波加热部件(20)，该微波加热部件(20)向道碴供应微波以除去道碴中的水分；以及控温部件(40)，该控温部件(40)通过供应热风或冷风以将道碴的温度调节至预定温度。本发明还涉及一种操作如上所述的装置的方法，包括以下步骤：通过升降机构(30)使微波加热部件(20)下降到下降位置；驱动微波加热部件(20)向道碴提供微波，以除去道碴中的水分；利用控温部件(40)供应热风和/或冷风以将道碴的温度调节至预定温度；以及通过升降机构(30)使微波加热部件(20)上升到升高位置。通过将微波加热技术和对流加热技术结合使用，道床和道碴的干燥及控温效率将得到大幅提高。

Description

对道碴进行干燥及控温的装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种对有碴轨道道床的道碴进行干燥及控温的装置，以及该装置的操作方法。具体地说，本发明涉及一种使用微波与常规加热方法进行组合来对有碴轨道道床的道碴进行干燥及控温的装置及其操作方法。 

背景技术

有碴轨道道床通常指铺设在轨枕和路基之间的道碴层。它是铁轨框架的基础，主要作用是支承轨枕，将铁轨和轨枕传来的巨大铁路车辆荷载均匀地分布到路基基面上，以减少路基变形并保证行车安全。另外，道碴层还有缓冲减震等作用。有碴轨道道床通用性好、使用历史悠久、建设成本低。有碴轨道道床以道碴石料为基础构成，来源丰富、价格低廉，并且具有弹性和可维修性，在世界铁路轨道上有着广泛的应用。 

近年来随着人们出行和货物运输的快速增长，对于铁路运输中一直使用的有碴轨道道床也提出了更高的要求。有碴轨道道床承受着高速和重载列车经铁轨和枕木转移到其上的巨大载荷。在巨大载荷的作用下，构成有碴轨道道床的道碴随着时间的推移更容易发生碰撞、移位和破碎沙化，从而导致有碴轨道道床变形、功能退化。因此，必须经常对其进行费时、费力的养护维修，代价高昂。 

为了满足对有碴轨道道床的高要求，减少高速或重载列车的巨大动量和载荷对有碴轨道道床的冲击，常常对有碴轨道道床采用聚氨酯泡沫材料进行固化加固，使得有碴轨道道床的道碴不容易发生碰撞、破碎、移位和沙化，从而减缓有碴轨道道床的变形和功能退化，延长养护维修周期，提高使用寿命。 

当使用聚氨酯泡沫材料固化有碴轨道道床之前，必须对道碴进行干燥和温度控制。干燥步骤包括对道碴进行加热以烘干其中的水分及水汽。聚氨酯泡沫材料会与水产生影响巨大的反应，因此必须从道碴中完全除去水分及水汽。另一方面，道碴的温度也会影响聚氨酯的化学反应速度，因此必须通过温度控制步骤将道碴的温度 调整到有利于控制聚氨酯化学反应的温度范围内。 

中国实用新型专利文献CN202106502U公开了一种对有碴轨道道床进行干燥和控温的方法。该方法针对使用聚氨酯泡沫材料对新建的有碴轨道道床进行固化。该方法所使用的装置包括除湿部件和控温部件，其中，除湿部件包括干燥风机、供热部件、高压风管及干燥风罩，控温部件包括调温风机和调温风罩。在操作时，除湿部件和控温部件串联使用，首先使用除湿部件对有碴轨道道床进行除湿，然后使用控温部件对有碴轨道道床进行控温。 

澳大利亚专利申请AU2011247647A1公开了一种类似于CN202106502U的对有碴轨道道床进行干燥和控温的方法，该方法同样专门针对使用聚氨酯泡沫材料对新建的有碴轨道道床进行固化。该方法所使用的装置也包括除湿部件和控温部件，其结构与CN202106502U类似但整体功率更大、更高。与CN202106502U公开的方法不同的是，在该装置工作时，除湿部件和控温部件包含设置在该装置周边的加压气密部件，以与有碴轨道道床形成气密结构。与CN202106502U公开的方法相比，该方法的干燥及控温效率可得到大幅提高。但是，该方法仍然会受到环境因素的影响。例如，在多雨季节，聚氨酯的发泡速度会受到水汽的明显影响。 

上面所述的对有碴轨道道床进行干燥和控温的装置和方法仅适合新建的有碴轨道道床，且加热/干燥速度受到环境因素(例如，是否有雨)及环境温度的影响。对既有线路的有碴轨道道床或重度污染的有碴轨道道床则无法进行有效地干燥。使用常规对流加热方法(如采用高压热空气、压缩空气、高压蒸汽等)清除水分以达到干燥效果，需要长时间地对道碴进行加热，因而常要耗费较长的加热时间。特别是当有碴轨道道床污染较重或有碴轨道道床的道碴厚度大于35厘米时，高压热空气、压缩空气、高压蒸汽等很难穿透污染的道床而对下部道碴进行有效地干燥。这类常规对流加热方法穿透性差、热惯性大，导致道床存在“余热”、“过热”等现象。为了达到适合聚氨酯材料固化的加工温度，在道床“过热”后，还需要用高压空气对有碴轨道道床进行冷却控温。 

WO2006031841A2公开了一种用车载移动微波加热装置连续加热公路沥青路面的方法。该设备包括100KW/915MHz微波发生器、微波电源、分岔波导、波导和微波应用箱和柴油机对流加热部件。在操作时，通过分岔波导将微波发生器产生的微波能量均匀分成相互成90°的两部分微波，并使微波能均匀分布在微波应用箱中。该加热装置通过微波应用箱对公路或平面建筑结构进行连续加热。但是，由 于有碴轨道道床结构中包含铁轨和其中含有钢筋的枕木，WO2006031841A2公开的方法无法用来对有碴轨道道床进行干燥。 

因此，目前急需研发一种对道碴进行干燥及控温的装置，该装置能够有效地从道碴中除去水分及水汽，以保证聚氨酯泡沫材料对有碴轨道道床的固化作业能够顺利进行。 

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在全天候条件下能够快速且有效地干燥有碴轨道道床的装置，以克服现有技术中在干燥及加热有碴轨道道床方面的局限性。 

本发明的另一个目的是提供一种对有碴轨道道床的道碴进行干燥及控温的技术，特别涉及将微波加热技术和对流加热技术结合使用以对有碴轨道道床的道碴进行快速可靠地干燥及控温。 

本发明的第一方面涉及一种对道碴进行干燥及控温的装置，该装置包括：微波加热部件，该微波加热部件向道碴供应微波以除去道碴中的水分；以及控温部件，该控温部件通过供应热风或冷风以将道碴的温度调节至预定温度。 

该装置还可以包括升降机构，该升降机构与微波加热部件连接，以使微波加热部件在升高位置和下降位置之间升降。该升降机构可以包括升降立柱、支架以及在铁轨上可滚动的多个滚轮，控温部件安装在支架上方，微波加热部件通过升降立柱在支架下方升降。 

通过使用具有上述结构的升降机构，使微波加热技术能够应用到有碴轨道道床。 

微波加热部件可以包括与升降机构连接的框架，从框架开始由上至下地布置彼此连通的磁控管、波导、谐振腔和匀波器，以使磁控管发出的微波经过波导和谐振腔从匀波器输出，对道碴进行加热。 

在第一较佳实施例中，磁控管可以是2540MHz的家用小型磁控管。在第二较佳实施例中，磁控管可以是915MHz的工业用大型磁控管，波导可以是将微波导入谐振腔和匀波器的分岔波导组合，分岔波导组合的一端与谐振腔相连，另一端通过环形器与磁控管相连。 

另外，框架可以在其周边位置设有防止微波泄漏的密封构件和漏能抑止器。 

通过使用具有上述结构的微波加热部件，使微波能量能够在有碴轨道道床上均 匀分布，从而可以均匀有效地干燥有碴轨道道床。 

控温部件可以包括高压风机和送风管道，高压风机通过送风管道与外部热风源连通，以便有选择地供应包含热风和冷风中的至少一种的控温气体。 

通过使用具有上述结构的控温部件，可以将微波加热技术和对流加热技术结合使用。除了干燥有碴轨道道床之外，还可以将道碴温度快速调整到适宜控制聚氨酯泡沫反应的温度范围。 

本发明的第二方面涉及一种操作如先前所述的装置的方法，包括以下步骤：通过升降机构使微波加热部件下降到下降位置；驱动微波加热部件向道碴提供微波，以除去道碴中的水分；利用控温部件供应热风和/或冷风以将道碴的温度调节至预定温度；以及通过升降机构使微波加热部件上升到升高位置。 

本发明能够获得以下技术效果： 

由于微波加热热惯性小，微波对水分子加热是瞬时加热升温，因此道床不存在“余热”现象，对于自动控制和连续化加热及发泡来说极为有利。另外，通过将微波加热技术和对流加热技术结合使用，道床和道碴的干燥及控温效率将得到大幅提高。 

附图说明

为了进一步说明本发明的装置的整体结构，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，其中： 

图1是本发明的对道碴进行干燥及控温的装置沿与铁路轨道平行的第一方向看到的整体结构示意图，其中升降机构处于下降位置； 

图2是本发明装置沿与铁路轨道平行的第一方向看到的整体结构示意图，其中升降机构处于升高位置且高压送风部件被省略； 

图3是本发明装置沿与铁路轨道垂直的第二方向看到的整体结构示意图，其中升降机构处于升高位置且高压送风部件被省略； 

图4示出了本发明装置的俯视图，其微波加热部件由2540MHz的家用小型磁控管构成； 

图5示出了本发明装置的俯视图，其微波加热部件由915MHz的工业用大型磁控管构成； 

图6示出了在对道碴进行干燥及控温的过程中本发明装置与其它设备相互连接的示意图；以及 

图7以与图2类似的方式示出了本发明装置的整体结构示意图，其中特别示出了高压送风部件与送风管道互相连接的状态。 

具体实施方式

以下将结合附图说明本发明的对道碴进行干燥及控温的装置的最佳实施例及其工作方式。 

请参见图1，该图示出了本发明的对道碴进行干燥及控温的装置的整体结构示意图。可以看到，该装置包括微波加热部件20、升降机构30和控温部件40。微波加热部件20用于向有碴轨道道床的道碴供应微波以除去道碴中的水分或水汽。升降机构30与微波加热部件20连接以使该微波加热部件20在升高位置和下降位置之间进行升降作业。控温部件40通过供应高压热风、冷风或热风/冷风的混合气体以将道碴的温度调节至适合聚氨酯材料发泡的温度。 

图1至3均示出了将本发明的装置放置在铁路轨道上的示意图，其中，图1和2的观察方向平行于铁轨的延伸方向，而图3的观察方向垂直于铁轨的延伸方向(即，平行于枕木方向)。可以看到，铁轨11铺设在多根平行布置的枕木12上，而这些枕木12放置在有碴轨道道床的道碴层13上。在图1和2中，道碴层13的水平面由虚线示出。 

微波加热部件20包括框架26，框架26的顶面与升降机构30相连，框架26的底面安装有多排微波发生器。例如，图1和2中示出了框架26上安装有四排微波发生器，而图3示出了每排微波发生器由四个微波发生器组成。但本技术领域的普通技术人员应当理解的是，也可以根据实际情况设置不同数量的发生器，例如，设置一排、三排、五排微波发生器，或者每排微波发生器由二个微波发生器组成等，这些实施例均应当包含在本发明的保护范围之内。 

每个微波发生器由磁控管23、波导24、辐射型谐振腔25和匀波器22构成，它们从框架26开始依次由上至下地布置排列且彼此连通。具体地说，磁控管23安装在框架26下方，以随着框架26及升降机构30上升或下降。波导24的一端与磁控管23连通，以供磁控管23发出的微波传导通过。谐振腔25的微波输入口与波导24的另一端连通，而微波输出口与匀波器22连通，以使微波在通过谐振腔 25之后均匀地从匀波器22输出，对其下方的道碴层13进行加热。 

波导用于实现微波传送、相连、耦合及改向等传输任务。空心波导将电磁场限制在波导的空间中，以避免辐射损耗。波导按形状和功能分为直波导、曲波导、弯波导和扭波导，其中后三种波导用来改变传输方向。微波加热常采用具有矩形截面的波导，其形式为具有矩形截面的细长空心金属管。波导的内空尺寸是保证传输高阶型波的关键，即由其确定所传播的高阶型波的截止波长。波导内表面必须光滑无焊疤尖点，因为任何不对称或不规则之处都将吸收由波导输入的主模能量并再次予以辐射，并激励出其它型波。这样，就会造成电磁场分布不匀，并且对加热效果产生显著影响。 

如先前所述，微波加热部件20可以在升高位置和下降位置之间移动。如图1所示，当微波加热部件20处于下降位置时，匀波器22位于枕木12之间且与道碴层13的距离最短，这样，从匀波器22发出的微波可以起到最大的加热效果。如图2和3所示，当微波加热部件20处于升高位置时，匀波器22远离道碴层13和铁路轨道并位于它们的上方。 

在框架26的四周均设置有密封构件27和漏能抑止器25，以防止微波发生器发出的微波泄漏。密封构件27和漏能抑止器25可设计成相对于框架26的平面可折叠，以便在需要时向下折叠起到遮挡的作用。 

漏能抑制器25可由以下几种类型构成：(1)截止波导式，这种类型的漏能抑制器利用了微波能量在截止波导中传播时被强烈衰减的原理；(2)波导槽抑制式，这种类型的漏能抑制器在微波加热部件的出入端口的宽边处增加了一组短路波导；(3)皱折式，这种类型的漏能抑制器将一系列等长度的波导槽周期性地排列在主波导上；(4)电阻性抑制式，这种类型的漏能抑制器利用具有良好微波吸收性能的材料粘接到其末端以吸收微波能量。 

升降机构30由升降立柱31、支架33和多个滚轮32构成。如图1所示，控温部件40安装在支架33上方，微波加热部件20通过升降立柱31在支架33下方进行升降作业。支架33的前后两端均设有两个滚轮32，以允许升降机构30、安装在其支架33上的控温部件40和连接在其支架33下方的微波加热部件20在铁路轨道上行进。 

请参见图4，该图示出了升降机构30的一种较佳布置方式。可以看到，相对于铁轨的延伸方向，升降机构30由前后横梁和连接在前后横梁之间的两根纵梁构 成，并且在两根纵梁之间又安装了两根横梁，以固定升降机构30的升降立柱31。在图4所示的实施例中，升降机构30共设有四个滚轮32，它们分别设置在前后横梁的两端。但是，本技术领域的普通技术人员也可以根据实际情况，改变升降立柱和滚轮的设置位置或数量。显然，升降机构30前侧和后侧的两个滚轮之间的距离应当与铁路轨道的宽度相等，升降机构30借助这些滚轮32在铁路轨道上前进或者后退。 

如图7所示，控温部件40包括高压风机42和送风管道41，高压风机42通过送风管道41与外部热风源连通。在需要供应冷风时，高压风机42单独工作，将外部的高压冷风送至下方的道碴层13；在需要供应热风时，高压风机42借助送风管道41，将来自外部热风源的热风送至下方的道碴层13；高压风机42也可以同时供应热风/冷风的混合气体，从而将道碴层13的温度调节至适合聚氨酯材料发泡的温度，并从道碴中完全除去水分及水汽。 

下面将在上述内容的基础上介绍本发明的两个较佳实施例。 

实施例1 

请参见图4，本发明装置的微波加热部件20可选用2540MHz的家用小型磁控管23，该磁控管的功率为2KW至5KW。这种磁控管体型较小，可与波导24、辐射型谐振腔21、匀波器22构成小型微波发生器，并从匀波器22输出微波。在本实施例中，微波加热部件20由一系列串并联的小型微波发生器组成。如图4所示，微波加热部件20包括四排间隔相等的微波加热发生器，该间隔与枕木间隔大致相等。每排微波发生器由四个微波发生器组成，这些微波发生器沿铁轨中心线对称分布。例如，在图4中，尺寸较大的微波发生器对称地分布在距离铁轨中心线较近的位置，而尺寸较小的微波发生器对称地分布在距离铁轨中心线较远的位置。根据施工速度需求，可以对微波发生器的数量、尺寸和分布距离进行适当地调整。 

实施例2 

请参见图5，本发明装置的微波加热部件20可选用915MHz的工业用大型磁控管29，该磁控管的功率为75KW至100KW。由于915MHz磁控管的体积巨大，可以将这种磁控管设置在微波加热部件20的后端。一般而言，为避免微波的浪费，可根据施工速度需求将2至4台磁控管29串并联在一起，并通过分岔波导组合281将微波导入辐射型谐振腔21及匀波器22。 

如图5所示，分岔波导组合281的一端与谐振腔21相连，另一端通过环形器 282与磁控管29相连。在本技术领域中，环行器是非可逆的传输件，通常用来连接微波源和谐振腔。当谐振腔中的微波功率不能被物料全部吸收时，部分微波功率反射通过环行器进入终端负载(例如，水负载)，以避免多余的微波功率返回微波源而损坏磁控管。 

下面将简单介绍本发明的对道碴进行干燥及控温的装置的操作方法。 

首先，将结合图6介绍本发明装置在干燥及控温过程中与其它设备相互连接的情况。如图6所示，升降机构30可与铁路行走设备60相关联或置于该铁路行走设备之内，该铁路行走设备60包括车轮61和车厢/架62，并且可与其它车辆相关联。 

如先前所述，控温部件40的高压风机42通过送风管道41与放置在车厢/架62上的外部热风源连通，该外部热风源可以是柴油热风炉或其它类似热风源，以向高压风机42供应热风。外部热风源中设有燃烧器，最大提供热量可为100万大卡/小时、发热效率≥80％、最大空气升温至150℃、温差±5℃。高压风机中设有干燥风机和冷却风机，干燥风机的最大风量为30,000m³/h、最大风压为50MPa，冷却风机的最大风量为30,000m³/h、最大风压为50KPa。 

控温部件40还可以包括调温风机和调温风罩(图中未示出)等。微波加热部件20从车载发电机50获得动力源，如200KVA/160KW型发电机。根据设备综合功率还可以选用100KW至400KW的柴油发电机。 

在使用本发明装置对道碴进行干燥及控温时，首先使升降机构30的升降立柱下降，并带动连接于其上的微波加热部件20一起下降到下降位置。利用来自车载发电机50的动力，驱动微波加热部件20向有碴轨道道床的道碴提供微波，将水分汽化，同时启动高压风机42向道床吹高压风，以除去道碴中的水分或水汽。当道碴温度超过规定温度时，利用控温装置40对道碴温度进行控制。具体来说，当道碴温度高于规定温度时，高压风机42启动，将外部的冷风加压后供应至道碴，以使道碴温度下降到规定温度；当道碴温度低于规定温度时，柴油热风炉工作，并通过送风管道41将热风送至高压风机42，高压风机42将热风加压后供应至道碴，以使道碴温度上升到规定温度。通过上述控温过程，可以将道碴温度调节至适合聚氨酯材料发泡的温度，同时从道碴中完全除去水分及水汽。或者，柴油热风炉和高压风机可以同时工作，将热风和冷风混合成具有规定温度的混合气体并供应至道碴。在干燥及控温过程结束时，通过升降机构30将微波加热部件20从下降位置上升到升高位置并停止作业。 

虽然以上结合了较佳实施例对本发明装置的结构和操作方法进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制，例如，可将磁控管23和29组合使用等。另外，由于微波加热部件和控温部件可以是两个彼此分离且独立起到加热和控温作用的部件，它们之间可以具有任意的位置关系，包括上方、下方、左侧、右侧、前方、后方等。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行变型。这些变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。 

Claims (10)

1.一种对道碴进行干燥及控温的装置，其特征在于，包括：

微波加热部件(20)，所述微波加热部件(20)向所述道碴供应微波以除去道碴中的水分；以及

控温部件(40)，所述控温部件(40)通过供应热风或冷风以将所述道碴的温度调节至预定温度。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括升降机构(30)，所述升降机构(30)与所述微波加热部件(20)连接，以使所述微波加热部件(20)在升高位置和下降位置之间升降。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述升降机构(30)包括升降立柱(31)、支架(33)以及在铁轨上可滚动的多个滚轮(32)，所述控温部件(40)安装在所述支架(33)上方，所述微波加热部件(20)通过所述升降立柱(31)在所述支架(33)下方升降。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微波加热部件(20)包括与所述升降机构(30)连接的框架(26)，从所述框架(26)开始由上至下地布置彼此连通的磁控管(23、29)、波导(24)、谐振腔(25)和匀波器(22)，以使所述磁控管(23、29)发出的微波经过所述波导(24)和所述谐振腔(25)从所述匀波器(22)输出，对所述道碴进行加热。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述磁控管(23)是2540MHz的家用小型磁控管。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述磁控管(29)是915MHz的工业用大型磁控管。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述波导(24)是将微波导入所述谐振腔(21)和所述匀波器(22)的分岔波导组合(281)，所述分岔波导组合(281)的一端与所述谐振腔(21)相连，另一端通过环形器(282)与所述磁控管(29)相连。

8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述框架(26)在其周边位置设有防止微波泄漏的密封构件(27)和漏能抑止器(25)。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控温部件(40)包括高压风机(42)和送风管道(41)，所述高压风机(42)通过所述送风管道(41)与外部热风源连通，以便有选择地供应包含热风和冷风中的至少一种的控温气体。

10.一种操作如权利要求1所述的装置的方法，包括以下步骤：

通过所述升降机构(30)使所述微波加热部件(20)下降到下降位置；

驱动所述微波加热部件(20)向所述道碴提供微波，以除去所述道碴中的水分；

利用所述控温部件(40)供应热风和/或冷风以将所述道碴的温度调节至预定温度；以及

通过所述升降机构(30)使所述微波加热部件(20)上升到升高位置。