CN105804785A - 含传送带式集污舱的隧道除尘车及其使用方法 - Google Patents

含传送带式集污舱的隧道除尘车及其使用方法 Download PDF

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含传送带式集污舱的隧道除尘车及其使用方法,其包括至少两节作业车,作业车之间连挂走行或作业,首尾两节作业车的结构相同,且首尾两节作业车关于作业车的横向中心线对称布置,所述作业车的车架上方前端设有司机室(1),该司机室(1)后方的车架上设置滚轮毛刷(2),该滚轮毛刷(2)后方的车架下部由前向后依次装有道床吸污舱(10)和吸污箱集污舱(9)以及备用集污舱(8),吸污箱集污舱(9)为单面斜向侧开设计,斜向与顶部平面夹角为45°,侧开清扫挡板长2120mm,宽300mm,吸污箱集污舱(9)和备用集污舱(8)为斜向设计,反向安装。本发明所述隧道除尘车是集机、电、液、气等技术于一体的自行式大型养路机械,可针对隧道进行清扫、除尘作业,同时不会对隧道内环境构成二次污染。

Description

含传送带式集污舱的隧道除尘车及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铁路及地铁隧道大型除尘设备,属于铁路机械设计与制造技术领 域。
背景技术
[0002] 由于清洗铁路隧道及地铁隧道之前以人工高压水枪冲洗为主,施工难度大,且在 施工前期需要做大量的防水保护措施。施工后仍需大量人力进行施工后的污水处理工作。 因此,国内大多数铁路及地铁隧道长期处于使用状态,很少进行隧道内除尘作业。
[0003] 目前市场中所拥有的隧道除尘设备中,国外进口设备品种多样,除尘技术手段以 气流吹吸为主。由于目前风机设备的普遍使用及推广且体积向小型化发展,将大流量风机 应用于铁路大型养路机械便成为可能,但是目前仍然缺乏能够有效清洁隧道内表面的机器 设备。
[0004] 申请号为201410356554. 5的中国发明专利申请公开了一种隧道除尘车,申请号 为201410356110. 1的中国发明专利申请公开了一种隧道除尘车的除尘设备,二者的除尘 设备结构类似,前一申请的除尘车包括密闭式车厢,该车厢分隔成配电室及除尘室;配电室 设置有密闭门和散热口,配电室内部配置有配电设备,除尘室设置有密闭门、进风口及出风 口,除尘室内部包括风道、过滤网、吸尘风机及储尘袋,过滤网设置在风道内部靠近进风口 一端;授权公告号为CN101581228B的中国发明专利也公开了一种大型隧道除尘设备及其 除尘方法,其包括除尘电力控制组和除尘作业组,除尘作业组包括4个作业室。上述除尘车 及除尘设备能够清除隧道内的灰尘,但不能完全清除隧道顶壁和侧壁围岩或表面的灰尘, 作业效果不够好。
发明内容
[0005] 为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种带传送带式集污舱的隧道除尘车, 降低了目前隧道清洗施工的难度,增加了隧道清洗的清洁效果。
[0006] 本发明中规定:纵向为平行于钢轨延伸的方向;横向为垂直于钢轨延伸的方向。
[0007] 本发明第一方面所述带传送带式集污舱的隧道除尘车包括至少两节作业车,作业 车之间连挂走行或作业,首尾两节作业车的结构相同,且首尾两节作业车关于作业车的横 向中心线对称布置,所述作业车的车架上方前端设有司机室,该司机室后方的车架上设置 滚轮毛刷,该毛刷后方的车架下部由前向后依次装有道床吸污舱和吸污箱集污舱以及备用 集污舱,该毛刷后方的车架上部右前向后依次设置喷气头、大风量出风口和大风量吸风口, 该大风量吸风口后方的车架上依次装有粉尘过滤舱和蓄水箱,所述滚轮毛刷为可伸缩式电 动滚轮毛刷,该滚轮毛刷采用硬质毛刷在横向单列多个并呈扇形排列,该滚轮毛刷自带压 力感应器,当该压力感应器在检测到滚轮毛刷的压力大于〇· 2KPa,即滚轮毛刷的压力足以 对顶部进行清扫后即不再向外伸出,从而最大程度地与隧道顶部的拱形贴合;所述喷气头 为可伸缩结构,喷气头通过支架安装在作业车的上方,该喷气头与其安装支架构成高压吹 气装置,在安装该喷气头的支架上装有激光测距仪,当该激光测距仪检测到喷气头与作业 表面的距离为200mm时停止继续向外侧伸出,并对作业表面进行高压气流冲击,作业车车 体前端两侧分别装有两组高压水冲洗装置,用于清洗隧道内低于1. 5m的两侧墙面,所述作 业车车架中部下方装有可伸缩吸污管道,以便收集吹风扬尘时散落在道床两侧的粉尘及高 压水冲洗两侧墙面后产生的污水和大粒径粉尘颗粒,从而将污水和大粒径粉尘颗粒共同储 存在吸污箱集污舱内。
[0008] 优选的是,司机室前端装有三维激光检测仪,以便对隧道的洞内结构及设施全方 位扫描,扫描完成后所得数据传输至车辆工控机内,由该工控机指导所述滚轮毛刷及喷气 头的外伸量。
[0009] 优选的是,在喷气头与大风量出风口之间的间距为300mm,该大风量出风口的开口 朝向车体后部,以便将硬质滚轮毛刷及喷气头所扬起的灰尘向车辆后部吹送。
[0010] 优选的是,所述大风量出风口和大风量出风口的间距为1500mm,所述大风量出风 口的出风速率为20m/s。
[0011] 优选的是,大风量吸风口 5的风量设计为大风量出风口的风量值的1. 5倍,避免在 隧道内形成过强负压。
[0012] 优选的是,所述滚轮毛刷横向单列3-5只,该滚轮毛刷自带旋转电机,所述滚轮毛 刷2通过可伸缩式液压支撑杆安装在车体上方,该可伸缩式液压支撑杆上装有压力传感 器,在压力传感器检测到压力值大于〇· lKPa时,自动停止向滚轮施加压力,所述滚轮毛刷 的自转方向与车辆施工前进方向相反,有效将隧道顶部黏着性较大颗粒及粒径较大颗粒向 后抛洒。
[0013] 优选的是,所述喷气头连接高压气栗,该喷气头斜向侧后方安装。
[0014] 优选的是,所述大风量出风口的吹风通道采用斜向设置,出风口顶部采用斜向设 计。
[0015] 优选的是,所述大风量吸风口的吸风通道采用外大内小的结构。
[0016] 优选的是,所述车架底部的吸污管道采用圆形设计。
[0017] 优选的是,所述过滤舱内的过滤装置采用圆柱型设计。
[0018] 优选的是,所述大风量出风口包括吹风加热装置,该装置采用吹风口内侧加热设 计,由发动机直接供电加热。
[0019] 优选的是,所述吸污箱集污舱和所述备用集污舱为斜向设计,反向安装,通过传输 带连接,吸污箱集污舱斜向设计,可在车辆施工时,确保污物斜向滑落到传送带上,由传送 带传送到后方的备用集污舱,后方备用集污舱的传送带位于斜向挡板上方,这样可以确保 在污物传送到备用集污舱后,污物由传送带尾部安装的铲泥板来清理,清理后的污物经由 斜面自由下落收集。
[0020] 隧道除尘车整车才用旋转滚轮毛刷起尘,高压喷气头3及大风量出风口热风吹气 配合扬尘,大流量吸风口除尘的施工方式清理隧道内的粉尘颗粒。整车由高压喷气头、大风 量热风吹风口及大风量吸风口组成屏蔽气幕,在有效除尘的同时防止灰尘外扬,影响隧道 内施工环境。
[0021] 据统计,隧道内粉尘颗粒粒径lOym以下的占95%以上,属于人体可吸入颗粒物, 在设计吹风风量与吸风风量时,应充分考虑到对粉尘的起尘、扬尘与吸尘的配合。起尘风量 设计应能足以吹起10 μπι粒径的粉尘颗粒,同时对小粒径粉尘不会造成飞射,扬尘出风口 设计应能在粉尘被完全吹起后对粉尘颗粒有相对粉尘自身重力相反的作用力,作用力的大 小应设置为以2 μπι粒径粉尘不外射为准。吸风风量设计应满足对所扬尘颗粒有完全吸收 作用风量,同时与吹风风量配合,不造成隧道内产生严重负压,影响施工设备及人员安全。
[0022] 本发明第一方面提供的隧道除尘车的工作方式是:将隧道除尘车连挂运行至待 作业路段,首先由车体前端三维激光检测仪对隧道的洞内结构及洞内设施进行全方位扫 描,扫描完成后数据传输到车辆工控机,由工控机来指导司机室后侧的滚轮毛刷及高压喷 气头的外伸伸出量。
[0023] 滚轮毛刷自带压力感应装置,在压力达到0· lkpa时,滚刷不再外伸,开始向后滚 动。将隧道顶部及墙壁的粉尘向车体后方抛送,经由高压喷气头喷气,对隧道顶部及墙壁进 行二次起尘。粉尘充分吹起后,由大流量吹风口将粉尘颗粒向后喷射,由大流量吸风口进行 收集。由于隧道除尘车不仅适用于地铁隧道,同时适用于铁路隧道,因此在车体司机室下方 安装两组高压喷水装置,安装位置高度为1400_,对隧道1400mm以下墙壁及轨道两侧进行 冲洗,并由车体中部安装的道床吸污装置进行清理。道床吸污装置同样使用大流量风机吸 风来实现对道床两侧污物的清理和收集。由于部分地铁隧道存在第三轨供电,因此高压水 冲洗装置也可使用于第三轨供电地铁隧道。
[0024] 作为三维扫描仪的辅助设备,在每组高压吹气装置外壳上加装反射式激光测距 仪,通过测距仪对隧道内设施的扫描及反馈来进一步控制高压吹气装置的伸缩。当隧道除 尘车在运行过程中,向前施工时,检测到有障碍物时高压吹气装置向内做步进量为20_的 收缩动作,在收缩完毕后反射式激光测距仪继续检测,当仍有障碍物时,高压吹气装置继续 向内做步进量为20_的收缩动作,重复此过程,直至反射式激光开关反馈无障碍物后,高 压吹气装置保持这一位置进行施工。当施工车辆经过障碍物后,由吸风装置后侧的车体外 侧反射测距激光检测距离。当检测值距离数值有增加、且增加值大于高压吹气装置收缩量 时,可将高压吹气装置外扩,外扩值步进量为20mm,外扩后高压吹气装置前端反射测距激光 距离大于l〇m时,高压吹气装置进一步作步进量为20mm的外扩动作,直至恢复初始距离。 当高压吹气装置外扩后,前端测距激光检测到有障碍物时,高压吹气装置内缩,步进量为 20mm〇
[0025] 整个作业过程是:将滚轮毛刷2向外伸出,同时可伸缩式液压支撑杆处安装的压 力传感器检测滚轮毛刷2受到的压力,当压力值大于0· lKPa时自动停止向滚轮毛刷2施加 压力,该滚轮毛刷2自动旋转对作业面进行清扫作业;待滚轮毛刷2扫刷完成后,喷气头支 架带动喷气头3伸出,同时喷气头支架上安装的光测距仪检测喷气头3与作业表面之间的 距离,当喷气头3与作业表面的距离为200mm时停止向外伸出,喷气头3开始对作业表面进 行高压气流冲击,同时大风量出风口 4开启,将滚轮毛刷2和喷气头3扬起的灰尘吹向作业 车的后部,并由大风量吸风口 5将气流吸走,吸风风量为吹风风量值的1. 5倍,避免在隧道 内形成过强负压,此后灰尘进入过滤舱6,其中的大粒径粉尘直接落下并被收集,小粒径粉 尘经过滤舱6内的滤芯过滤后高压水冲洗装置11,清洗隧道两侧的墙面,清洗后的污水由 所述吸污管道收集,并与大粒径粉尘颗粒共同储存在吸污箱集污舱9内,吸污箱集污舱9内 的污物在舱内斜向滑落到传送带上,由传送带传送到后方的备用集污舱8,后方备用集污舱 8的传送带位于斜向挡板上方从而由传送带尾部安装的铲泥板清理,清理后的污物经由斜 面自由下落收集。
[0026] 更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的,不再赘述。
[0027] 本发明第一方面所提供的带传送带式集污舱隧道除尘车的技术方案包括上述各 部分的任意组合,上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。
[0028] 本发明第一方面所述的带传送带式集污舱的隧道除尘车经吹气扬尘装置采用大 流量风机对隧道内墙壁等位置进行大功率吹气,由吸尘装置利用高于吹气部分的大流量风 机对粉尘进行吸收,最终由过滤收集装置通过分级逐步过滤按不同粒径对不同粉尘颗粒进 行过滤、收集、沉降。整车能满足小半径、高效率作业要求,且充分考虑作业视野,在司机室 采用大面积玻璃窗式设计,同时增加针对作业装置部位的运监系统,提高整车使用的安全 性。
[0029] 本发明第二方面还提供一种隧道除尘方法,其包括: A. 由隧道除尘车前端的三维激光检测仪对待作业隧道的洞内结构和设施进行全方位 扫描; B. 将扫描数据传输至车辆工控机; C. 工控机控制滚轮毛刷伸出,同时可伸缩式液压支撑杆处安装的压力传感器检测滚轮 毛刷受到的压力,当压力值大于〇. lKPa时自动停止向滚轮毛刷施加压力,该滚轮毛刷开始 向后滚动从而对作业面进行清扫作业,并将粉尘向车体后方抛送; D. 喷气头喷气,对隧道顶部及墙壁进行二次起尘; E. 大流量吹风口吹风从而将粉尘颗粒向后喷射,同时大流量吸风口 5进行收集; F. 车体两侧的高压冲洗装置开启,对隧道两侧的墙壁进行冲洗; G. 开启道床吸污舱的吸污装置,将道床两侧的污物清理、收集。
[0030] 隧道除尘车在隧道内以作业速度走行,同时以上步骤依A、B、C、D、E、F、G的顺序进 行。
[0031] 优选的是,所述喷气头的安装支架上装有反射式激光测距仪,当该激光测距仪检 测到喷气头与作业表面的距离为200mm时停止继续向外侧伸出,在隧道除尘车的走行过程 中,当该激光测距仪检测到障碍物时,检测数据回传至工控机,由工控机控制喷气头向内做 步进量为20mm的收缩动作,在收缩完毕后反射式激光测距仪继续检测,当仍有障碍物时, 喷气头继续向内做步进量为20_的收缩动作,重复此过程,直至反射式激光开关反馈无障 碍物后,喷气头保持这一位置进行施工;当隧道除尘车经过障碍物后,由车体外侧的反射测 距激光检测距离,当检测值距离数值有增加、且增加值大于喷气头收缩量时,可将喷气头外 扩,外扩值步进量为20mm,外扩后喷气头前端反射测距激光距离大于10m时,喷气头进一步 作步进量为20mm的外扩动作,直至恢复初始距离;当喷气头外扩后,前端测距激光检测到 有障碍物时,喷气头内缩,步进量为20mm。
[0032] 优选的是,采用本发明第一方面所述的隧道除尘车。
[0033] 更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的,不再赘述。
[0034] 本发明第二方面所提供的隧道除尘方法的技术方案包括上述各部分的任意组合, 上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。
[0035] 本发明第二方面所述的隧道除尘方法能够全面清洁隧道顶部和侧壁,提高清洁效 率并能将粉尘颗粒高效地吸收,各机械部件配合灵活,极大地提高连续作业效率。
附图说明
[0036] 图1为本发明第一方面所述隧道除尘车的一优选实施例的布局示意图。
[0037] 图2为图1所示实施例的单车布局示意图。
[0038] 图3为图2所示实施例的斜向视图。
[0039] 图4为图2所示实施例的俯视图。
[0040] 图5为图2所示实施例的底部视图。
[0041] 图6为图2所示实施例的前视图。
[0042] 图7为图2所示实施例的喷气头的结构示意图。
[0043] 图8为图2所示实施例的高压冲洗装置的结构示意图。
[0044] 图9为图2所示实施例的司机室的斜向视图。
[0045] 图10为图9所示司机室的侧视图。
[0046] 图11为图9所示司机室的正视图。
[0047] 图12为本发明第一方面所述的带传送带式集污舱的隧道除尘车的另一优选实施 例的吸污箱集污舱的结构示意图。
[0048] 图13为图11所示实施例的传送带式集污舱左前视图。
[0049] 图14为图11所示实施例的传送带式集污舱正视图。
[0050] 图15为图11所示实施例的传送带式集污舱右前视图。
[0051] 图16为图11所示实施例的抽屉式集污舱支架的立体示意图。
[0052] 图17为图11所示实施例的大流量出风口和大流量吸风口之间的风量流向示意 图。
[0053] 图18为图11所示实施例的粉尘颗粒的受力示意图。
[0054] 图1-图18中数字分别表示: 1-司机室;2-可伸缩式电动滚轮毛刷;3-高压喷气头;4-大风量出风口; 5_大风量吸风口;6-粉尘过滤舱;7-发动机及蓄水箱8-备用集污舱; 9_吸污箱集污舱;10-道床吸污舱;11-高压冲洗装置。
具体实施方式
[0055] 为了更好地理解本发明,下面结合附图分别详细描述按照本发明的隧道除尘车的 优选实施例。
[0056] 以下实施例中规定:纵向为平行于钢轨延伸的方向;横向为垂直于钢轨延伸的方 向。
[0057] 实施例1. 1 :隧道除尘车,如图1-11所示,其包括两节作业车,两节作业车关于作 业车的横向中心线对称布置,所述作业车的车架上方前端设有司机室1,该司机室1后方的 车架上设置滚轮毛刷2,该滚轮毛刷2后方的车架下部由前向后依次装有道床吸污舱10和 吸污箱集污舱9以及备用集污舱8,该滚轮毛刷2后方的车架上部右前向后依次设置喷气头 3、大风量出风口 4和大风量吸风口 5,该大风量吸风口 5后方的车架上依次装有粉尘过滤舱 6和蓄水箱7,滚轮毛刷2为可伸缩式电动滚轮毛刷,该滚轮毛刷2采用硬质毛刷在横向单 列多个并呈扇形排列,该滚轮毛刷自带压力感应器,当该压力感应器在检测到滚轮毛刷的 压力大于0.2KPa,即滚轮毛刷的压力足以对顶部进行清扫后即不再向外伸出,从而最大程 度地与隧道顶部的拱形贴合;喷气头3为可伸缩结构,喷气头通过支架安装在作业车的上 方,该喷气头与其安装支架构成高压吹气装置,在安装喷气头3的支架上装有激光测距仪, 当该激光测距仪检测到喷气头3与作业表面的距离为200mm时停止继续向外侧伸出,并对 作业表面进行高压气流冲击,作业车车体前端两侧分别装有两组高压水冲洗装置11,用于 清洗隧道内低于1. 5m的两侧墙面,所述作业车车架中部下方装有可伸缩吸污管道,以便收 集吹风扬尘时散落在道床两侧的粉尘及高压水冲洗两侧墙面后产生的污水和大粒径粉尘 颗粒,从而将污水和大粒径粉尘颗粒共同储存在吸污箱集污舱9内,司机室1前端装有三维 激光检测仪,以便对隧道的洞内结构及设施全方位扫描。
[0058] 本实施例中,在喷气头3与大风量出风口 4之间的间距为300mm,该大风量出风口 4的开口朝向车体后部,以便将硬质滚轮毛刷2及喷气头3所扬起的灰尘向车辆后部吹送。
[0059] 本实施例中,大风量出风口 4和大风量吸风口 5的间距为1500mm,大风量出风口 4 的出风速率为20m/s。
[0060] 本实施例中,大风量吸风口 5的风量设计为大风量出风口 4的风量值的1. 5倍,避 免在隧道内形成过强负压。
[0061] 本实施例中,滚轮毛刷2横向单列3只,该滚轮毛刷2自带旋转电机,滚轮毛刷2 通过可伸缩式液压支撑杆安装在车体上方,该可伸缩式液压支撑杆上装有压力传感器,在 压力传感器检测到压力值大于〇· 2KPa时,自动停止向滚轮施加压力,滚轮毛刷2的自转方 向与车辆施工前进方向相反,有效将隧道顶部黏着性较大颗粒及粒径较大颗粒向后抛洒。
[0062] 本实施例中,喷气头3连接高压气栗,该喷气头3斜向侧后方安装,如图7所示。
[0063] 本实施例中,大风量出风口 4的吹风通道采用斜向后60°设置,出风口为长 400_,宽250mm矩形设计,出风口顶部采用斜向设计。
[0064] 本实施例中,大风量吸风口 5的吸风通道采用外大内小,外侧吸风口是横截面为 长400mm,宽250mm的矩形,内侧吸风口是横截面为长200mm,宽100mm的矩形。
[0065] 本实施例中,所述车架底部的吸污管道采用圆形设计,设计尺寸为半径100mm,选 用材料为可伸缩性塑料。
[0066] 本实施例中,过滤舱6内的过滤装置采用圆柱型设计,设计尺寸为半径360_,高 1100mm,内部滤芯采用悬空设计,滤芯过滤尺寸为10 μ m。
[0067] 本实施例中,作业车的动力单元采用4台柴油发动机组成,单机功率为360kw,4台 合计 1440kw。
[0068] 本实施例中,高压水冲洗装置11采用柱状单侧开孔设计,开孔孔径为0. 6mm。
[0069] 本实施例中,蓄水箱为长900mm,宽800mm,高1000mm的立方体。
[0070] 本实施例中,吸污箱集污舱9为单面斜向侧开设计,设计长为2200mm,宽1900mm, 高900mm,斜向与顶部平面夹角为45°,侧开清扫挡板长2120mm,宽300mm。
[0071] 本实施例中,司机室1采用侧面三块整体大车窗的设计,并且顶部设计有大面积 天窗,有利于施工时操作人员观察洞内情况,司机室1前端则为梯形,后部为矩形,在梯形 前侧端采用高1400mm宽500mm矩形开窗设计,矩形侧面采用高1750mm,宽800mm设计,以满 足视野良好的需求。
[0072] 本实施例中,所述发动机间及蓄水箱采用整体封装。
[0073] 本实施例中,大风量出风口 4包括吹风加热装置,该采用吹风口内侧加热设计,总 加热功率为220kw,由发动机直接供电加热,加热后吹出的热风有利于将板结的油污融化, 达到较好的清洁效果。
[0074] 本实施例中,吸污箱集污舱9和备用集污舱8为斜向设计,反向安装,通过传输带 连接,吸污箱集污舱9斜向设计,可在车辆施工时,确保污物斜向滑落到传送带上,由传送 带传送到后方的备用集污舱8,后方备用集污舱8的传送带位于斜向挡板上方,这样可以确 保在污物传送到备用集污舱8后,污物由传送带尾部安装的铲泥板来清理,清理后的污物 经由斜面自由下落收集。
[0075] 隧道除尘车整车由旋转滚轮毛刷2起尘,高压喷气头3及大风量出风口 4热风吹 气配合扬尘,大流量吸风口 5除尘的施工方式清理隧道内的粉尘颗粒。整车由高压喷气头 3、大风量热风吹风口 4及大风量吸风口 5组成屏蔽气幕,在有效除尘的同时防止灰尘外扬, 影响隧道内施工环境。
[0076] 据统计,隧道内粉尘颗粒粒径ΙΟμπι以下的占95%以上,属于人体可吸入颗粒物, 在设计吹风风量与吸风风量时,充分考虑到对粉尘的起尘、扬尘与吸尘的配合。起尘风量设 计应能足以吹起10 μ m粒径的粉尘颗粒,同时对小粒径粉尘不会造成飞射,扬尘出风口设 计应能在粉尘被完全吹起后对粉尘颗粒有相对粉尘自身重力相反的作用力,作用力的大小 应设置为以2 μπι粒径粉尘不外射为准。吸风风量设计应满足对所扬尘颗粒有完全吸收作 用风量,同时与吹风风量配合,不造成隧道内产生严重负压,影响施工设备及人员安全。
[0077] 以北京地区为例,重力加速度g = 9. 801m/s2,隧道顶部到车体吸尘仓高度为 0. 5m,则由计算公式
Figure CN105804785AD00101
,由于车体吹风口到吸风口的 长度为lm,因此设计吹风风量时要在粉尘下落时间内将粉尘吹到吸风口的位置,因此通过
Figure CN105804785AD00102
可知所需动力加速度为a = 19. 602m/s,以水泥石密度约为为2. 0~ 2. 2g/cm3计算,颗粒粒径为10 μm的粉尘体积为1. 047225X 10 9cm3,其重量为2. 0844~ 2. 3038X10-9g。由于吹风口吹风风量对颗粒会有一个斜向上的吹力,在粉尘的下落运动中 会使粉尘做抛物线运动。因此这个力可以增加粉尘下落的时间,从而减小大风量吹风口所 需风量。同时由于吹风风量与吸风风量组成一个有效的气幕,因此可以进一步减小吹风风 量,从而节约成本。
[0078] 根据计算结果选择需要的大流量风机。由于粉尘颗粒自由落体运动所受自由落体 加速度在北京地区为9. 8m/s2,因此根据粉尘颗粒受力分析图可知,大流量风机在粉尘上需 要作用的风力所产生的加速度为9. 8m/s2,由勾股定理可得,大流量风机在粉尘颗粒上所产 生的横向加速度为16. 974m/s2,其总的加速度为19. 6m/s2,由F = ma得,在颗粒上所作用的 风力F = 0· 494X 10」N,
Figure CN105804785AD00103
,由空气动力学计 算,设颗粒所处位置与大流量风机出风口位置相距距离为1200mm,则根据风力衰减计算,此 离的衰减效果可忽略不计,因此大流量风机选型,选择略大于流速为6. 43m/s以上的即可。
[0079] 大流量吸风口风速为20m/s,取地铁内平均温度为20°C,空气相对密度P = 1. 293kg/m3,由于颗粒取理想状态粒径为10 μ m球体,因此空气阻力系数值取0. 5,由公式
Figure CN105804785AD00111
带入计算可得F~5087X10-SN,颗粒自重为:2· 0844~2. 3038X 10 9g,由 加速度计算公式可得
Figure CN105804785AD00112
,由于吸风口外沿为斜向上方60°设计,根据勾股 定理计算可得aM1~2105m/s2,aM2~1215. 5m/s2,风力根据力的分解远离可分解为方向相 互垂直的两个分量,即i和F Λ 2,由于i作用方向与粉尘颗粒自由落体运动方向相反, 因此做合成力学计算可得,aM1 = 2095. 2m/s 2,aM2 = 1205. 7m/s 2,由于吹风风量为连续风, 会有一个持续的力作用在粉尘颗粒上。因此吹风对于颗粒的作用力产生的横向及纵向向上 的加速度恒定。由于纵向重力加速度与大风量风机所提供的加速度相比可忽略不计,因此 通过计算可知,粉尘粒径为10 μ m的颗粒可被除尘车完全收集。
[0080] 由于隧道内粉尘颗粒会出现板结情况,板结的颗粒其粘合剂大多属于油脂类,例 如隧道内电缆上所使用油脂等。因此,在处理板结化粉尘颗粒时需要采取特殊方法。地铁隧 道内大多长期缺乏清理,长期的油污易于形成板结颗粒。隧道内油污的主要来源为机车润 滑所需机油,机车用润滑油中以石油润滑油为主,占90%以上。计算机车润滑油粘结度随温 度变化只需计算石油润滑油粘滞系数随温度变化即可。以Castrol Super Racing 5W-50为 例,在温度为40°C时其运动粘度系数为114. 5,在温度为100°C时,其运动粘度系数为18. 9。 根据数据可以看出,在温度升高时机油的粘度系数随温度的升高会明显降低。因此,针对板 结颗粒粉尘,为了降低其板结程度,在大流量出风口内部设计了高温加热装置。在高压出风 口内部安装快速加热装置,预设加热温度为180摄氏度,保证高压吹风口在于板结颗粒接 触处温度可达100摄氏度。同时考虑到成本控制及管道使用安全方面,不设计更高温度的 加热装置。
[0081] 施工机械在施工时,首先由车体前端三维激光检测仪对洞内结构及洞内设施进行 全方位扫描,扫描完成后数据传输到车辆工控机,由工控机来指导司机室后侧的滚刷及高 压喷气口的外伸伸出量。滚刷自带压力感应装置,在压力达到〇. lkpa时,滚刷不再外伸,开 始向后滚动。将隧道顶部及墙壁的粉尘向车体后方抛送,经由高压喷气嘴喷气,对隧道顶部 及墙壁进行二次起尘。粉尘充分吹起后,由大流量吹气口将粉尘颗粒向后喷射,由大流量吸 气口进行收集。由于隧道除尘车不仅适用于地铁隧道,同时适用于铁路隧道,因此在车体司 机室下方的两组高压喷水装置11的安装位置高度为1400_,对隧道1400mm以下墙壁及轨 道两侧进行冲洗,并由车体中部安装的道床吸污舱10进行清理。道床吸污舱10同样使用大 流量风机吸风来实现对道床两侧污物的清理和收集。由于部分地铁隧道存在第三轨供电, 因此高压水冲洗装置11也可使用于第三轨供电地铁隧道。
[0082] 作为三维扫描仪的辅助设备,在每组外扩高压吹气装置外壳上可加装反射式激光 测距仪,通过测距仪对隧道内设施的扫描及反馈来进一步控制高压吹气装置的伸缩。当 隧道除尘车在运行过程中,向前施工时,检测到有障碍物时高压吹气装置向内做步进量为 20mm的收缩动作,在收缩完毕后反射式激光测距仪继续检测,当仍有障碍物时高压吹气装 置继续向内做步进量为20_的收缩动作,重复此过程,直至反射式激光开关反馈无障碍物 后,高压吹气装置保持这一位置进行施工。当施工车辆经过障碍物后,由吸风装置后侧的车 体外侧反射测距激光检测距离。当检测值距离数值有增加、且增加值大于高压吹气装置收 缩量时,可将高压吹气装置外扩,外扩值步进量为20mm,外扩后高压吹气装置前端反射测距 激光距离大于l〇m时,高压吹气装置进一步作步进量为20mm的外扩动作,直至恢复初始距 离。当高压吹气装置外扩后,前端测距激光检测到有障碍物时,高压吹气装置内缩,步进量 为 20mm。
[0083] 实施例1. 2 :隧道除尘车,同实施例1. 1,不同之处在于:所述滚轮毛刷横向单列5 只。
[0084] 实施例2. 1 :隧道除尘车,同实施例1. 1,不同之处在于:如图12所示,吸污箱集污 舱9为抽屉式集成仓,采用分体抽屉设计,采用压栈式思想设计,在粉尘过滤仓设一个粉尘 下落口,对应下落口的抽屉下方安装压力传感器,当压力传感器检测到压力值达到单独抽 屉装满的重量值时,抽屉自动移位,由下一空抽屉补充到粉尘下落口所在位置,各抽屉的横 向及纵向位移由机械链来实现。
[0085] 上述实施例提供的隧道除尘车的工作方式是:将隧道除尘车连挂运行至待作业 路段,首先将滚轮毛刷2向外伸出,同时可伸缩式液压支撑杆处安装的压力传感器检测滚 轮毛刷2受到的压力,当压力值大于0· lKPa时自动停止向滚轮毛刷2施加压力,该滚轮毛 刷2自动旋转对作业面进行清扫作业;待滚轮毛刷2扫刷完成后,喷气头支架带动喷气头3 伸出,同时喷气头支架上安装的光测距仪检测喷气头3与作业表面之间的距离,当喷气头3 与作业表面的距离为200mm时停止向外伸出,喷气头3开始对作业表面进行高压气流冲击, 冋时大风Μ出风口 4开启,将滚轮毛刷2和喷气头3扬起的灰尘吹向作业车的后部,并由大 风量吸风口 5将气流吸走,吸风风量为吹风风量值的1. 5倍,避免在隧道内形成过强负压, 此后灰尘进入过滤舱6,其中的大粒径粉尘直接落下并被收集,小粒径粉尘经过滤舱6内的 滤芯过滤后高压水冲洗装置11,清洗隧道两侧的墙面,清洗后的污水由所述吸污管道收集, 并与大粒径粉尘颗粒共同储存在吸污箱集污舱9内,吸污箱集污舱9内的污物在舱内斜向 滑落到传送带上,由传送带传送到后方的备用集污舱8,后方备用集污舱8的传送带位于斜 向挡板上方从而由传送带尾部安装的铲泥板清理,清理后的污物经由斜面自由下落收集。
[0086] 更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的,不再赘述。
[0087] 本发明所提供的隧道除尘车的技术方案包括上述各部分的任意组合,上述各部分 组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。
[0088] 实施例3. 1 :-种隧道除尘方法,其包括: Α.由隧道除尘车前端的三维激光检测仪对待作业隧道的洞内结构和设施进行全方位 扫描; Β.将扫描数据传输至车辆工控机; C. 工控机控制滚轮毛刷伸出,同时可伸缩式液压支撑杆处安装的压力传感器检测滚轮 毛刷受到的压力,当压力值大于〇· lKPa时自动停止向滚轮毛刷2施加压力,该滚轮毛刷2 开始向后滚动从而对作业面进行清扫作业,并将粉尘向车体后方抛送; D. 喷气头3喷气,对隧道顶部及墙壁进行二次起尘; E. 大流量吹风口 4吹风从而将粉尘颗粒向后喷射,同时大流量吸风口 5进行收集; F. 车体两侧的高压冲洗装置11开启,对隧道两侧的墙壁进行冲洗; G. 开启道床吸污舱10的吸污装置,将道床两侧的污物清理、收集。
[0089] 隧道除尘车在隧道内以作业速度走行,同时以上步骤依A、B、C、D、E、F、G的顺序进 行。
[0090] 喷气头的安装支架上装有反射式激光测距仪,当该激光测距仪检测到喷气头3与 作业表面的距离为200mm时停止继续向外侧伸出,在隧道除尘车的走行过程中,当该激光 测距仪检测到障碍物时,检测数据回传至工控机,由工控机控制喷气头3向内做步进量为 20mm的收缩动作,在收缩完毕后反射式激光测距仪继续检测,当仍有障碍物时,喷气头继续 向内做步进量为20_的收缩动作,重复此过程,直至反射式激光开关反馈无障碍物后,喷 气头保持这一位置进行施工;当隧道除尘车经过障碍物后,由车体外侧的反射测距激光检 测距离,当检测值距离数值有增加、且增加值大于喷气头收缩量时,可将喷气头外扩,外扩 值步进量为20mm,外扩后喷气头前端反射测距激光距离大于10m时,喷气头进一步作步进 量为20mm的外扩动作,直至恢复初始距离;当喷气头外扩后,前端测距激光检测到有障碍 物时,喷气头内缩,步进量为20mm〇

Claims (10)

1. 含传送带式集污舱的隧道除尘车,其包括至少两节作业车,作业车之间连挂走行或 作业,首尾两节作业车的结构相同,且首尾两节作业车关于作业车的横向中心线对称布置, 所述作业车的车架上方前端设有司机室(1),该司机室(1)后方的车架上设置滚轮毛刷 (2),该滚轮毛刷(2)后方的车架下部由前向后依次装有道床吸污舱(10)和吸污箱集污舱 (9)以及备用集污舱(8),该滚轮毛刷(2)后方的车架上部右前向后依次设置喷气头(3)、大 风量出风口(4)和大风量吸风口(5),该大风量吸风口(5)后方的车架上依次装有粉尘过滤 舱(6)和蓄水箱(7),滚轮毛刷(2)为可伸缩式电动滚轮毛刷,该滚轮毛刷(2)采用硬质毛 刷在横向单列多个并呈扇形排列,其特征在于:吸污箱集污舱(9)为单面斜向侧开设计,设 计长为2200mm,宽1900mm,高900mm,斜向与顶部平面夹角为45°,侧开清扫挡板长2120mm, 宽300_,吸污箱集污舱(9)和备用集污舱(8)为斜向设计,反向安装,通过传输带连接,吸 污箱集污舱(9)斜向设计,可在车辆施工时,确保污物斜向滑落到传送带上,由传送带传送 到后方的备用集污舱(8),后方备用集污舱(8)的传送带位于斜向挡板上方,这样可以确保 在污物传送到备用集污舱(8)后,污物由传送带尾部安装的铲泥板来清理,清理后的污物 经由斜面自由下落收集。
2. 如权利要求1所述的含传送带式集污舱的隧道除尘车,其特征在于:滚轮毛刷(2) 自带压力感应器,当该压力感应器在检测到滚轮毛刷(2)的压力大于0.2KPa,即滚轮毛刷 (2)的压力足以对顶部进行清扫后即不再向外伸出,从而最大程度地与隧道顶部的拱形贴 合。
3. 如权利要求1或2所述的含传送带式集污舱的隧道除尘车,其特征在于:喷气头(3) 为可伸缩结构,喷气头(3)通过支架安装在作业车的上方,该喷气头(3)与其安装支架构成 高压吹气装置。
4. 如权利要求1或2所述的含传送带式集污舱的隧道除尘车,其特征在于:在安装该 喷气头(3)的支架上装有激光测距仪,当该激光测距仪检测到喷气头与作业表面的距离为 200_时停止继续向外侧伸出,并对作业表面进行高压气流冲击,作业车车体前端两侧分别 装有两组高压水冲洗装置(11)。
5. 如权利要求4所述的含传送带式集污舱的隧道除尘车,其特征在于:所述作业车车 架中部下方装有可伸缩吸污管道。
6. 如权利要求5所述的含传送带式集污舱的隧道除尘车,其特征在于:在喷气头(3) 与大风量出风口⑷之间的间距为300mm,该大风量出风口(4)的开口朝向车体后部。
7. 如权利要求1或6所述的含传送带式集污舱的隧道除尘车,其特征在于:大风量出 风口(4)和大风量吸风口(5)的间距为1500mm,大风量出风口⑷的出风速率为20m/s。
8. 如权利要求7所述的含传送带式集污舱的隧道除尘车,其特征在于:大风量吸风口 (5)的风量设计为大风量出风口(4)的风量值的1.5倍。
9. 如权利要求2或8所述的含传送带式集污舱的隧道除尘车,其特征在于:滚轮毛刷 (2)横向单列3-5只,该滚轮毛刷(2)自带旋转电机,滚轮毛刷(2)通过可伸缩式液压支撑 杆安装在车体上方,该可伸缩式液压支撑杆上装有压力传感器,在压力传感器检测到压力 值大于〇.2KPa时,自动停止向滚轮施加压力,滚轮毛刷(2)的自转方向与车辆施工前进方 向相反。
10. -种隧道除尘方法,其包括: A. 由隧道除尘车前端的三维激光检测仪对待作业隧道的洞内结构和设施进行全方位 扫描; B. 将扫描数据传输至车辆工控机; C. 工控机控制滚轮毛刷伸出,同时可伸缩式液压支撑杆处安装的压力传感器检测滚轮 毛刷受到的压力,当压力值大于〇. lKPa时自动停止向滚轮毛刷施加压力,该滚轮毛刷开始 向后滚动从而对作业面进行清扫作业,并将粉尘向车体后方抛送; D. 喷气头喷气,对隧道顶部及墙壁进行二次起尘; E. 大流量吹风口吹风从而将粉尘颗粒向后喷射,同时大流量吸风口 5进行收集; F. 车体两侧的高压冲洗装置开启,对隧道两侧的墙壁进行冲洗; G. 开启道床吸污舱的吸污装置,将道床两侧的污物清理、收集; 其特征在于:隧道除尘车在隧道内以作业速度走行,同时以上步骤依A、B、C、D、E、F、G 的顺序进行,并使用如权利要求1-9所述的带传送带式集污舱的隧道除尘车。
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