CN106274925B - 一种轨道车辆用喷嘴及包括该喷嘴的喷射增粘装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种轨道车辆用喷嘴及包括该喷嘴的喷射增粘装置，涉及轨道车辆用增粘装置，与现有增粘装置相比，本发明更有效、更直接、更经济、更节能环保。该装置包括底座和储料罐，所述储料罐安装于所述底座上，并连接有充气单元，所述储料罐为保压罐；还包括喷砂管，所述喷砂管位于所述储料罐的底端，并与所述储料罐的底端相连接，所述喷砂管上设置有喷砂阀；所述轨道车辆用喷嘴通过安装支架安装于所述底座上，并与所述喷砂管的末端相连接；在喷射增粘装置的外部还连有控制单元。

Description

一种轨道车辆用喷嘴及包括该喷嘴的喷射增粘装置

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆用增粘装置，尤其涉及一种轨道车辆用喷嘴及包括该喷嘴的喷射增粘装置。

背景技术

众所周知，轨道车辆的加速与减速利用的是轮轨之间的粘着力。在加速时，驱动力一旦超过轮轨间粘着力，车轮就会发生空转，列车得不到已设定的加速性能；如果制动力超过轮轨间粘着力，车轮就会在轨道上滑行，导致车轮踏面擦伤，并使制动距离延长。轮轨之间的粘着力是支配轨道车辆加减速性能的基本因素，在轨道车辆运行中，轮轨间的粘着力很容易受轨道自身所处的外部环境——雨、雪、霜、露、铁锈、油污等的影响，在此情况下，轨道车辆运行速度越高，轮轨间的粘着力将变得越小。

目前，在轨道车辆上通常安装有撒砂装置，通过撒砂装置向车轮与轨道之间洒砂子，以此来增加车轮与轨道之间的粘着力。这一方法虽能在一定程度上缓解轮轨之间粘着力不强的问题，但仍存在一些不足：(1)以自然跌落的方式撒砂，砂子在下落过程中易受轨道车辆走行风的影响，落点难以精确控制；(2)撒砂不均匀，砂子的堆积会引发轨道回路短路、信号传输不良等故障；(3)天然砂的硬度不够，易被车轮碾成粉末，对环境造成粉尘污染；(4)轨道车辆整备装砂的工作量大，材料成本和人工成本很高。

因此，提供一种更有效、更直接、更经济、更节能环保的轨道车辆用喷嘴及包括该喷嘴的喷射增粘装置是当前急需解决的一个难题。

发明内容

本发明针对上述的现有撒砂装置中存在的问题，提出一种更有效、更直接、更经济、更节能环保的轨道车辆用喷嘴及包括该喷嘴的喷射增粘装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的一方面提供了一种轨道车辆用喷嘴，包括喷嘴主体和套装于所述喷嘴主体外的喷套，所述喷嘴主体采用碳化硼材料制作而成，所述喷嘴主体包括喷管和与所述喷管的一端相连的出料嘴，所述出料嘴为开口逐渐扩大的锥形管。

作为优选，所述喷嘴主体还包括与所述喷管的另一端相连的进料嘴，所述进料嘴为开口逐渐缩小的锥形管。

作为优选，所述出料嘴的锥度设置为8°，所述进料嘴的锥度设置为90°。

本发明的另一方面提供了一种包括上述任一项技术方案所述的轨道车辆用喷嘴的喷射增粘装置，包括底座，还包括：

储料罐，所述储料罐安装于所述底座上，并连接有充气单元，所述储料罐为保压罐；

喷砂管，所述喷砂管位于所述储料罐的底端，并与所述储料罐的底端相连接，所述喷砂管上设置有喷砂阀；

如上述任一项技术方案所述的轨道车辆用喷嘴，所述轨道车辆用喷嘴通过安装支架安装于所述底座上，并与所述喷砂管的末端相连接。

作为优选，所述储料罐包括罐体和设置于所述罐体上方的密封盖，所述密封盖与罐体紧固在一起；所述储料罐内设置有漏斗，所述漏斗将储料罐的内部空间分为位于漏斗上方的加料区和位于漏斗下方的储砂区,所述储砂区与所述充气单元相连接。

作为优选，所述喷砂阀上连接有喷砂阀开关气缸，用于控制喷砂阀的开度。

作为优选，所述喷砂阀上连接有流量调节机构，用于调节喷射陶瓷粒子的流量。

作为优选，所述安装支架上设置有角度调节机构，用于调节所述碳化硼喷嘴的喷射角度。

作为优选，所述底座上设置有高压罐，所述高压罐通过第一连接管与所述储料罐的侧壁相连，所述高压罐通过第二连接管与所述喷砂管相连。

进一步的，在喷射增粘装置的外部还连有控制单元，所述控制单元包括用于控制储料罐充气的第一控制单元、用于控制储料罐泄压的第二控制单元和用于控制喷射陶瓷粒子的第三控制单元。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、使用本发明提供的轨道车辆用喷嘴，喷射的陶瓷粒子会扩散形成椭圆形的喷射区域，与现有喷嘴喷出的圆形喷射区域相比，喷射面积大，增加了陶瓷粒子与车轮和轨道之间的接触面积，增粘效果更好；

2、本发明提供的轨道车辆用喷嘴采用耐磨性能良好的碳化硼材料，在喷射陶瓷粒子的过程中，能够满足高达100米/秒的高喷射速度，喷嘴的损耗小，使用寿命长；

3、本发明提供的轨道车辆用喷嘴及包括该喷嘴的喷射增粘装置，通过高速喷射陶瓷粒子，比现有撒砂装置更有效、更直接、更经济、更节能环保。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的轨道车辆用喷嘴的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的轨道车辆用喷嘴主体的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的喷射增粘装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的储砂罐的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的安装支架的结构示意图；

以上各图中：1、喷套；2、喷嘴主体；101、进料嘴；102、喷管；103、出料嘴；3、底座；4、储料罐；41、罐体；42、密封盖；43、加料区；44、漏斗；45、储砂区；5、喷砂阀；6、喷砂管；7、喷砂阀开关气缸；8、流量调节机构；9、安装支架；91、弧形限位槽；92、限位螺栓；10、喷嘴；11、高压罐；12、控制单元箱。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

实施例：如图1、图2所示，本发明实施例的一方面提供了一种轨道车辆用喷嘴，包括喷嘴主体2和套装于喷嘴主体2外的喷套1，喷嘴主体2包括喷管102和与喷管102的一端相连的出料嘴103，出料嘴103为开口逐渐扩大的锥形管，出料嘴103的锥度示例性设置为8°。在喷射陶瓷粒子时，陶瓷粒子经开口逐渐扩大的出料嘴103喷出，会扩散形成椭圆形的喷射区域，与现有喷嘴喷出的圆形喷射区域相比，喷射面积更大，增加了陶瓷粒子与车轮和轨道之间的接触面积，增粘效果更好。

喷嘴主体2还包括与喷管102的另一端相连的进料嘴101，为了缓冲陶瓷粒子的冲击力，进料嘴101采用开口逐渐缩小的锥形管，进料嘴101的锥度示例性设置为90°。在喷射陶瓷粒子时，陶瓷粒子经开口逐渐缩小的进料嘴101流入，逐渐缩小的进料嘴101缓冲了陶瓷粒子的冲击力，同时使陶瓷粒子的流速增加。喷管102直径示例性设置为φ2.5mm±0.02mm，此时喷速可达100m/s。

喷嘴主体2采用碳化硼材料制作而成，由于碳化硼材料硬度高、耐磨性能好，因此本实施例提供的轨道车辆用喷嘴具有良好的耐磨性能，在喷射陶瓷粒子过程中，喷嘴的损耗小，使用寿命长，可使用500-1000小时。在一可选实施例中，为了能够提供一种具有良好耐磨性能的轨道车辆用喷嘴，该喷嘴可由下述组分：碳化硼粉料20％～70％、碳粉10％～40％、粘结剂5％～10％、金属硅20％～35％制备得到。在另一可选实施例中，为了制备一种具有良好耐磨性能的轨道车辆用喷嘴，该轨道车辆用喷嘴的制备方法可包括如下步骤：

将碳化硼粉料在空气炉中加热到850℃，保温30-90min，进行预氧化处理；将预氧化碳化硼粉料、碳粉和粘结剂按上述指定比例放入球磨机中，进行湿混，得混合粉料；将混合粉料置于室温下烘干，加入适量的溶剂水或无水乙醇，直至混合粉料中的溶剂量占粉料总质量的3％-10％；将混合粉料造粒并过筛，得到粒度均一的粉料粒；

根据轨道车辆用喷嘴的形状选择模具，将上述粉料粒均匀布在模具型腔内，采用60～500MPa的压力压制成型；压制好的生坯经烘箱干燥后，进行机加工；将生胚置于空气或真空炉内升温至600℃左右排胶，得到试样；将准备好的试样置于石墨坩埚内，坩埚内按比例加入金属硅，连同坩埚一起置于高温真空烧结炉内进行烧结，烧结温度范围为1450～1600℃，保温1～3小时，随炉冷却，得到轨道车辆用喷嘴。

如图3所示，本发明实施例的另一方面提供了一种包括上述实施例所述的轨道车辆用喷嘴的喷射增粘装置，包括底座3，还包括：

储料罐4，储料罐4安装于底座3上，并连接有充气单元，储料罐4为保压罐。可以理解的是，所述充气单元用于向储料罐4充气，由于储料罐4为保压罐，储料罐4经充气后保有一定压力，通过该压力可以将储料罐4中储存的陶瓷粒子喷出。

喷砂管6，喷砂管6位于储料罐4的底端，并与储料罐4的底端相连接，喷砂管6上设置有喷砂阀5，喷砂阀5用于控制喷射陶瓷粒子。

如上述实施例所述的轨道车辆用喷嘴10，轨道车辆用喷嘴10通过安装支架9安装于底座3上，并与喷砂管6的末端相连接。

在使用时，在储料罐4中的压力作用下，储料罐4中的陶瓷粒子经喷砂管6和与喷砂管6相连的轨道车辆用喷嘴10喷出，喷射于轨道车辆的车轮与轨道之间。由于喷射出的陶瓷粒子具有较高喷速，不受轨道车辆走行风的影响，因此陶瓷粒子的落点可精准控制。

如图4所示，储料罐4包括罐体41和设置于罐体41上方的密封盖42，为了使储料罐4具有保压效果，密封盖42与罐体41通过螺纹连接紧固在一起，密封盖42可承受2MPa的压力。需要说明的是，密封盖42与罐体41的紧固方式还可以采用法兰连接或搭扣锁。可以理解的是，本实施例并不局限于上述所列举的紧固方式，还可以为本领域技术人员所知的其它合理的紧固方式。

储料罐4内设置有漏斗44，漏斗44将储料罐4的内部空间分为位于漏斗44上方的加料区43和位于漏斗44下方的储砂区45。当需要补充陶瓷粒子时，将陶瓷粒子投入加料区43，陶瓷粒子经漏斗44的汇集作用集中落入储砂区45。储砂区45与所述充气单元相连接，储砂区45经过所述充气单元的充气后具有较高压力，通过该压力可将储砂区45中储存的陶瓷粒子从底部喷出。

如图3所示，为了根据需要调控喷射陶瓷粒子的流量，喷砂阀5上连接有喷砂阀开关气缸7，用于控制喷砂阀5的开度，粗调节喷射陶瓷粒子的流量。

为了进一步精确调控喷射陶瓷粒子的流量，喷砂阀5上连接有流量调节机构8，用于微量调节喷射陶瓷粒子的流量。通过精确调控喷射陶瓷粒子的流量，可以根据外部环境或车速情况，调节喷射陶瓷粒子流量，适用于雨天、晴天、降雪、轨面油污等各种情况，可应对紧急制动等各种突发情况；同时，通过控制喷射陶瓷粒子的流量，使喷射的陶瓷粒子更均匀，可避免因砂子堆积引发的轨道回路短路、信号传输不良等故障。

为了调节喷嘴的喷射角度，安装支架9上设置有角度调节机构，用于调节轨道车辆用喷嘴10的喷射角度。如图5所示，在本实施例中，示例性的采用在安装支架9上设置弧形限位槽91的方式，以调节喷射角度；在弧形限位槽91中设置有沿弧形限位槽91运动的限位螺栓92；在安装时，轨道车辆用喷嘴10的喷套一端与安装支架9铰接安装，另一端与限位螺栓92连接在一起。在使用时，通过限位螺栓92沿弧形限位槽91运动，带动轨道车辆用喷嘴10转动，以调节喷射角度。需要说明的是，本实施例并不局限于上述示例的角度调节机构，只要能起到角度调节作用，所述角度调节机构还可以为本领域技术人员所知的其他合理的角度调节机构。

为了防止储砂罐4或喷砂管6中的喷射压力不足，底座3上设置有高压罐11，高压罐11通过第一连接管与储料罐4的侧壁相连，用于对储砂罐4进行二次充气；高压罐11通过第二连接管与喷砂管6相连，用于补充喷砂管6内的喷射压力，增加喷速以满足特殊增粘需要的高喷速要求，适用于各种突发情况下的喷射增粘。

在喷射增粘装置的外部还连有控制单元，置于控制单元箱12中，所述控制单元包括用于控制储料罐4充气的第一控制单元、用于控制储料罐4泄压的第二控制单元和用于控制喷射陶瓷粒子的第三控制单元。

为了控制喷射陶瓷粒子的过程，所述第一控制单元包括气控充气阀和充气电磁阀，所述气控充气阀连接在所述储料罐4与所述充气单元之间，用于控制储料罐4的充气，所述气控充气阀的气控气路上设置有所述充气电磁阀，用于接收充气电信号，并控制所述气控充气阀的气控气路的连通与切断；所述第二控制单元包括气控泄压阀和泄压电磁阀，所述气控泄压阀连接于所述储料罐4的侧壁上，用于控制储料罐4的泄压，所述气控泄压阀的气控气路上设置有所述泄压电磁阀，用于接收泄压电信号，并控制所述气控泄压阀的气控气路的连通与切断；所述第三控制单元包括气控喷砂气阀和喷砂电磁阀，所述气控喷砂气阀连接于所述喷砂阀5上，用于控制喷射陶瓷粒子，所述气控喷砂气阀的气控气路上设置有所述喷砂电磁阀，用于接收喷砂电信号，并控制所述气控喷砂气阀的气控气路的连通与切断；所述第三控制单元还包括与所述喷砂阀开关气缸7相连的下砂电磁阀，用于控制喷砂阀开关气缸7的开启与关闭。

在本实施例中，控制单元的动作如下：

1、当陶瓷粒子装填完毕后，轨道车辆的驾驶员通过车辆操作系统发出充气电信号，所述充气电磁阀接收该充气电信号后，执行开启动作，使与所述充气电磁阀相连的气控充气阀开启，所述充气单元向储料罐4内充气，储料罐4充压到达额定压力后，所述充气电磁阀和气控充气阀关闭。

2、当需要喷射陶瓷粒子时，驾驶员通过车辆操作系统发出喷砂电信号，所述喷砂电磁阀接收喷砂电信号后，执行开启动作，使与所述喷砂电磁阀相连的气控喷砂气阀开启，延迟2秒后，所述下砂电磁阀执行开启动作，使与所述下砂电磁阀相连的喷砂阀开关气缸7开启，进一步使喷砂阀5开启一定的开度，完成喷射陶瓷粒子，为了用极少量的陶瓷粒子来满足列车需要的增粘要求，喷速需要满足100米/秒。

3、当储料罐4中的陶瓷粒子喷完后，车辆操作系统发出泄压电信号，所述泄压电磁阀接收泄压电信号后，执行开启动作，使与所述泄压电磁阀相连的气控泄压阀开启，储料罐4完成泄压，此时，可打开所述密封盖42，向储料罐4再次装填陶瓷粒子。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图3所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

Claims (10)

1.一种轨道车辆用喷嘴，包括喷嘴主体(2)和套装于所述喷嘴主体(2)外的喷套(1)，其特征在于：所述喷嘴主体(2)采用碳化硼材料制作而成，所述喷嘴主体(2)包括喷管(102)和与所述喷管(102)的一端相连的出料嘴(103)，所述出料嘴(103)为开口逐渐扩大的锥形管；

所述轨道车辆用喷嘴由下述组分制备得到：碳化硼粉料20％～70％、碳粉10％～40％、粘结剂5％～10％、金属硅20％～35％；

制备方法包括如下步骤：

将碳化硼粉料在空气炉中加热到850℃，保温30-90min，进行预氧化处理；将预氧化碳化硼粉料、碳粉和粘结剂按上述比例放入球磨机中，进行湿混，得混合粉料；将混合粉料置于室温下烘干，加入溶剂水或无水乙醇，直至混合粉料中的溶剂量占粉料总质量的3％-10％；将混合粉料造粒并过筛，得到粒度均一的粉料粒；

根据所述轨道车辆用喷嘴的形状选择模具，将上述粉料粒均匀布在模具型腔内，采用60～500MPa的压力压制成型；压制好的生坯经烘箱干燥后，进行机加工；将生胚置于空气或真空炉内升温至600℃排胶，得到试样；将准备好的试样置于石墨坩埚内，坩埚内按比例加入金属硅，连同坩埚一起置于高温真空烧结炉内进行烧结，烧结温度范围为1450～1600℃，保温1～3小时，随炉冷却，得到所述轨道车辆用喷嘴。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆用喷嘴，其特征在于：所述喷嘴主体(2)还包括与所述喷管(102)的另一端相连的进料嘴(101)，所述进料嘴(101)为开口逐渐缩小的锥形管。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆用喷嘴，其特征在于：所述出料嘴(103)的锥度设置为8°，所述进料嘴(101)的锥度设置为90°。

4.一种喷射增粘装置，包括底座(3)，其特征在于，还包括：

储料罐(4)，所述储料罐(4)安装于所述底座(3)上，并连接有充气单元，所述储料罐(4)为保压罐；

喷砂管(6)，所述喷砂管(6)位于所述储料罐(4)的底端，并与所述储料罐(4)的底端相连接，所述喷砂管(6)上设置有喷砂阀(5)；

如权利要求1-3任一项所述的轨道车辆用喷嘴(10)，所述轨道车辆用喷嘴(10)通过安装支架(9)安装于所述底座(3)上，并与所述喷砂管(6)的末端相连接。

5.根据权利要求4所述的喷射增粘装置，其特征在于：所述储料罐(4)包括罐体(41)和设置于所述罐体(41)上方的密封盖(42)，所述密封盖(42)与罐体(41)紧固在一起；

所述储料罐(4)内设置有漏斗(44)，所述漏斗(44)将储料罐(4)内部空间分为位于漏斗(44)上方的加料区(43)和位于漏斗(44)下方的储砂区(45),所述储砂区(45)与所述充气单元相连接。

6.根据权利要求4所述的喷射增粘装置，其特征在于：所述喷砂阀(5)上连接有喷砂阀开关气缸(7)，用于控制喷砂阀(5)的开度。

7.根据权利要求6所述的喷射增粘装置，其特征在于：所述喷砂阀(5)上连接有流量调节机构(8)，用于调节喷射陶瓷粒子的流量。

8.根据权利要求4所述的喷射增粘装置，其特征在于：所述安装支架(9)上设置有角度调节机构，用于调节所述轨道车辆用喷嘴(10)的喷射角度。

9.根据权利要求4所述的喷射增粘装置，其特征在于：所述底座(3)上设置有高压罐(11)，所述高压罐(11)通过第一连接管与所述储料罐(4)的侧壁相连，所述高压罐(11)通过第二连接管与所述喷砂管(6)相连。

10.根据权利要求4所述的喷射增粘装置，其特征在于：在喷射增粘装置的外部还连有控制单元，所述控制单元包括用于控制储料罐(4)充气的第一控制单元、用于控制储料罐(4)泄压的第二控制单元和用于控制喷射陶瓷粒子的第三控制单元。