CN107031667B - 牵引力系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于轮式运载工具的系统。该系统包括：能够容纳包括微粒的牵引材料的介质储存器；与介质储存器处于流体连通的喷嘴；以及与介质储存器和喷嘴处于流体连通的介质阀。能够在第一状态和第二状态之间控制介质阀，在第一状态中，牵引材料流过介质阀，并且流到喷嘴，而在第二状态中，牵引材料被阻止流到喷嘴。在第一状态中，喷嘴接收来自介质储存器的牵引材料，并且将牵引材料引导到接触面，使得牵引材料冲击与轮/路面接合部隔开的接触面。该系统可改变接触面对于后续接触的轮的附着力或牵引能力。

Description

牵引力系统和方法

相关申请的交叉引用本申请要求2010年8月9日提交的美国临时申请No.61/371,8869的优先权，该申请通过引用而以其整体结合在本文中。

技术领域

本发明的实施例涉及用于改变接触路面的轮的牵引力的牵引力系统和相关联的方法。

背景技术

在铁路业中有时想要提高机车的牵引力，以有利于运输大且重的货物。牵引力是由运载工具、机器或车身施加的拉力或推力。如铁路业中所用，牵引力(其与牵引作用力同义)是机车的拉动或推动能力，即，机车能够产生的拉力。牵引力进一步可分类成起动牵引力、最大牵引力和持续牵引力。起动牵引力是在静止时可产生的牵引力。起动牵引力对铁路工程极为重要，因为它限制机车可从完全停止到开始运动的最大重量。最大牵引力是机车或运载工具的最大拉力，而持续牵引力是机车或运载工具在任何给定速度下可产生的拉力。另外，牵引力适用于停车能力。

牵引附着力或只是附着力是轮和支承轮的路面之间的抓力或摩擦力。附着力大部分基于摩擦力，在滑移之前驱动轮能够产生的最大切向力由下者给出：

Fmax＝(摩擦系数)·(轮上的重量)·(重力)

对于以期望的加速速率从静止加速的重型长列车，机车可能需要应用大的牵引力。由于阻力随着速度的增大而增大，在一些综合的移动速率下，牵引力将等于阻力，而且机车将无法进一步加速，这可限制机车的最大速度。

另外，如果牵引力超过附着力，轮将在铁轨上打滑。增加附着力则可提高机车所能应用的牵引力的量。但是，附着力水平最终受到系统硬件的容量的限制。因为附着力可至少部分地取决于机车的钢轮和钢轨之间的摩擦状况，所以恶劣天气、碎片和诸如在拐弯处行进的运行状况可降低可用附着力，以及使牵引问题加剧。

但是，即使在最佳状况下，金属轨道上的金属轮对于现有任务也可能没有足够的牵引力，尤其是在拖运重负荷时。另外，表面(即，铁轨和轮)可为平滑的，而且铁轨和轮之间的实际接触区可能非常小。因此，牵引不佳可使机车难以拖运重型货物，而且在起动或爬坡期间可引起特别的困难。运载工具在最大牵引力之上运行是有问题的，而且这有时被称为附着力有限。

牵引力不足可引起轮噪声和铁轨磨损。此外，轮打滑会导致轨道、轮以及整个列车有磨损。特别地，在轮打滑时，它们可损害轨道，并且被轨道磨擦和磨损。轮可变得不圆，并且/或者形成平坦点。轮和铁轨的这个损伤可导致振动、损害运输物品，以及磨损列车悬架。轨道的磨损还会引起振动和磨损。与此有关，铁轨表面上的磨损型式可造成高频率振动和听得见的噪声。

目前，可将沙应用于机车的传动轮与铁轨表面的接合部，以提高牵引力。但是，这个方法仅提供临时的额外牵引力，因为应用于铁轨上的沙中的一些或全部会在通过一个轮组之后掉落。注意到的是，撒沙器喷嘴的角度旨在将沙直接引导到轮/铁轨接合部，以增加存在的和可用于提供牵引力的沙的量。

可为合乎需要的具有一种系统和方法，它们不同于目前可用的那些系统和方法，具有不同于目前可用的系统和方法的那些属性的属性和特性。

简要描述在一个实施例中，提供一种用于轮式运载工具的系统。该系统包括：能够容纳包括微粒的牵引材料的介质储存器；与介质储存器处于流体连通的喷嘴；以及与介质储存器和喷嘴处于流体连通的介质阀。能够在第一状态和第二状态之间控制介质阀，在第一状态中，牵引材料流过介质阀，并且流到喷嘴，而在第二状态中，牵引材料被阻止流到喷嘴。在第一状态中，喷嘴接收来自介质储存器的牵引材料，并且将牵引材料引导到接触面，使得牵引材料冲击与轮/路面接合部隔开的接触面。该系统可改变接触面对于后续接触的轮的附着力或牵引能力。

在一个实施例中，提供一种用于运载工具的系统，该运载工具具有用于在路面上行进的多个轮。该系统包括：喷嘴，其能够接收来自储存器的牵引材料，并且将牵引材料引导到接触面；构造成检测运行数据的传感器；以及控制器，其与传感器电连通，以接收来自传感器的运行数据。控制器可取决于运行数据来改变牵引材料相对于接触面的入射角。

在一个实施例中，提供一种用于牵引力系统以提高附着力的喷嘴。牵引力系统用于具有接触面的轮的运载工具。喷嘴包括本体，本体限定通过其中的通路，并且具有接受牵引材料的入口，以及将牵引材料分配到铁轨的接触面的出口。接触面是轮可在其上行进的路面的一部分。喷嘴还具有调节机构，调节机构定位在通路内，并且能够在第一位置和第二位置之间移动，以调节通路的通流面积。

在一个实施例中，提供一种方法。该方法包括控制从空气储存器到喷嘴的加压空气流，喷嘴定向成朝向接触面。接触面与运载工具的轮和路面的接合部隔开，接触面和接合部各自为路面的一部分。用包括至少加压空气流的牵引材料冲击接触面，以从接触面上移除碎片，或者改变接触面的表面粗糙度。

在一个实施例中，提供一种用于运载工具的系统，该运载工具具有在路面上行进的轮。该系统包括至少一个喷嘴，以及与喷嘴处于流体连通的空气源。喷嘴接收来自空气源的牵引材料，并且将牵引材料流引导到路面上的、为用于轮的接触面的位置。另外，空气源以在牵引材料离开喷嘴时测得的大于大约2.83立方米每分钟的流率提供牵引材料。

在一个实施例中，提供一种用于运载工具的系统，该运载工具具有各自在一个或多个铁轨(其为多个铁轨中的一个)上行进的多个轮。该系统包括用于选择性地提供牵引材料的一个或多个储存器，以及与储存器中的至少一个处于流体连通的喷嘴。喷嘴可接收牵引材料，并且可将牵引材料流引导到铁轨的接触面上的位置。另外，喷嘴设置在或者可设置在铁轨中的一个之上，并且定向成朝向多个铁轨，而且不定向成直接面向多个轮中的附近的一个。

在一个实施例中，提供一种用于运载工具的控制系统。该控制系统包括可控制流体地联接到喷嘴上的阀的控制器。牵引材料可选择性地通过喷嘴流到接触面，接触面在轮和路面的接合部的附近，但与接合部隔开。阀可响应于来自控制器的信号而打开和关闭。控制器可控制阀，以将牵引材料提供给接触面，或者可阻止牵引材料流到接触面。牵引材料的提供可响应于一个或多个触发事件，在触发事件情况下，控制器将使阀打开，以及将牵引材料提供给喷嘴。触发事件包括下者中的一个或多个：运载工具的附着力有限的运行，牵引力在运载工具的运行期间损失或减小，以及要求提供牵引材料的人工命令的发生。阻止牵引材料流可响应于一个或多个阻止事件。阻止事件可包括运载工具进入规定的阻止区或者在规定的阻止区内，运载工具的安全锁的接合，运载工具的空气制动系统中的可用压力的感测度量低于阈值压力水平，压缩机开/关循环型式的感测度量在确定的一组循环型式内，以及运载工具的速度或速度设置分别在确定的速度范围或确定的速度设置范围中。

在一个实施例中，提供一种方法，其包括基于轮的测得的直径来调节牵引力系统的喷嘴的定向。轮能够在路面上行进。调节使得喷嘴保持以基本相同或基本不变的定向对准路面，而不管轮直径由于例如轮磨损而如何改变。

在一个实施例中，提供一种用于运载工具的套件，该运载工具具有在铁轨上行进的轮，其中，铁轨的一部分是与轮/铁轨接合部隔开的接触面。套件包括喷嘴和安装托架。喷嘴构造成与空气源处于流体连通，以提供包括空气流的牵引材料，并且喷嘴能够从空气源接收具有下者中的至少一个的空气流：在牵引材料离开喷嘴之前测得的大于689500帕斯卡的压力，或在牵引材料离开喷嘴时测得的大于2.83立方米每分钟的流率，并且从而以在牵引材料冲击接触面时测得的大于45米每秒(例如大于45.72米每秒)的速度将牵引材料输送到接触面。安装托架能可调节地将喷嘴安装到运载工具上，以使喷嘴相对于铁轨定向成向内朝向多个铁轨和接触面。套件可选地包括：介质储存器，其能够容纳包括微粒的类型的牵引材料；以及阀，其能够由控制器控制，以在阀在打开位置上时，选择性地允许微粒流过。

在一个实施例中，提供一种包括铁轨网络控制器的系统。铁轨网络控制器用于铁轨网络，铁轨网络包括通过由多个机车使用的铁路轨道而连接的抵达/出发位置，该多个机车在铁轨网络中在铁路轨道上从一个抵达/出发位置行进到另一个抵达/出发位置。多个机车的至少一部分包括牵引力管理系统，牵引力管理系统可操作来检测关于牵引力或附着力水平的信息，以及将牵引力或附着力水平信息提供给铁轨网络控制器。铁轨网络控制器可至少部分地基于由设置在多个机车的至少一部分上的牵引力管理系统(一个或多个)提供的牵引力或附着力水平信息，来确定抵达/出发位置中的哪个具有相关联地减少的牵引力情形。铁轨网络控制器通过下者中的一个或两者来响应于在相关联的抵达/出发位置处确定减少的牵引力情形：控制机车通过铁轨网络的速度，使得如果机车包括牵引力管理系统的话，则与不具有牵引力管理系统的机车相比，铁轨网络控制器不同地计算机车在减少的牵引力情形抵达/出发位置处的起动距离或停车距离或者起动时间或停车时间；或者基于各个机车上存在或缺乏牵引力管理系统，以及基于在抵达/出发位置中的一个或多个处确定的减少的牵引力情形，来控制多个机车中的一个或多个机车通过铁轨网络的线路安排。

在一个实施例中，提供一种由轮式运载工具支承的牵引力管理系统，其具有多个运行模式。牵引力管理系统包括控制器，控制器可操作来确定轮式运载工具在具有一个或多个笔直部分和一个或多个弯曲部分的确定线路上的位置，以及在笔直部分上以第一运行模式控制牵引力管理系统和在弯曲部分上以第二运行模式控制牵引力管理系统。

在一个实施例中，提供一种包括第一动力轮轴和第二动力轮轴的运载工具。第一动力轮轴在运载工具的一端的附近，而第二动力轮轴则离该运载工具端较远，并且第二动力轮轴联接到轴颈箱上，轴颈箱在运载工具行驶经过转弯期间不平移。运载工具还包括联接到第二动力轮轴的轴颈箱上的牵引力管理系统。牵引力管理系统包括喷嘴和联接到喷嘴上的牵引材料源。

在一个实施例中，提供一种用于机车的系统，机车具有在铁轨上行进的轮。该系统包括定向成远离轮的喷嘴，并且喷嘴可在压力下将磨料微粒流和/或空气流输送到铁轨的、与轮/铁轨接合部隔开的接触面。

在一个实施例中，提供一种用于在路面上行进的轮式运载工具的系统。该系统包括喷嘴和空气源。空气源与喷嘴处于流体连通，使得喷嘴接收包括来自空气源的空气流的牵引材料，并且将牵引材料流引导到路面上的、为接触面的位置，并且与空气源结合的喷嘴以在牵引材料冲击接触面时测得的大于45米每秒的速度提供牵引材料。在一个实施例中，空气源以在牵引材料离开喷嘴之前不久在喷嘴处或喷嘴附近测得的大于689500帕斯卡(大约100psi)的压力，将牵引材料提供给喷嘴。可选地，磨料微粒材料可添加到空气流，并且成为冲击接触面的牵引材料流的一部分。

附图简述将详细参照本发明的示例性实施例，在附图中示出示例性实施例的示例。只要有可能，在所有图中使用的相同参考标号表示相同或相似的部件。

图1是示例性铁轨运载工具的示意图。

图2是根据本发明的实施例的牵引力系统的示意图。

图3是根据本发明的实施例的牵引力系统的示意图。

图4是根据本发明的实施例的牵引力系统的示意图。

图5是根据本发明的实施例的牵引力系统的示意图。

图6是根据本发明的实施例的牵引力系统的示意图。

图7是示出利用图3的牵引力系统在各种运行状况下实现的牵引力值的曲线图。

图8是根据本发明的实施例的、用于图2-6的牵引力系统的防阻塞喷嘴的详细透视图。

图9是根据本发明的实施例的、处于运行模式的图8的防阻塞喷嘴的详细视图。

图10是根据本发明的实施例的、处于清洁模式的图8的防阻塞喷嘴的详细视图。

图11是根据本发明的实施例的、用于牵引力系统的、处于未阻塞状态的防阻塞喷嘴的透视图。

图12是图11的防阻塞喷嘴的侧视横截面图。

图13是根据本发明的实施例的、处于阻塞状态的图11的防阻塞喷嘴的透视图。

图14是图13的防阻塞喷嘴的侧视横截面图。

图15是根据本发明的实施例的、用于牵引力系统的、处于未阻塞状态的防阻塞喷嘴的侧视横截面图。

图16是根据本发明的实施例的、处于阻塞状态的图15的防阻塞喷嘴的侧视横截面图。

图17是根据本发明的实施例的、用于牵引力系统的、处于未阻塞状态的防阻塞喷嘴的透视图。

图18是图17的防阻塞喷嘴的局部侧视横截面图。

图19是根据本发明的实施例的、处于阻塞状态的图17的防阻塞喷嘴的透视图。

图20是图19的防阻塞喷嘴的局部侧视横截面图。

图21是根据本发明的实施例的、用于牵引力系统的、处于未阻塞状态的防阻塞喷嘴的透视图。

图22是图21的防阻塞喷嘴的局部侧视横截面图。

图23是根据本发明的实施例的、处于阻塞状态的图21的防阻塞喷嘴的透视图。

图24是图23的防阻塞喷嘴的局部侧视横截面图。

图25是根据本发明的实施例的牵引力系统的一部分的示意图，其示出从运载工具的前面看，喷嘴在运载工具的轴颈箱上的位置。

图26是根据本发明的实施例的、用于牵引力系统的自动喷嘴方向对准系统的示意图。

详细描述发明的实施例涉及用于改变接触面的轮的牵引力的牵引力系统，以及相关联的方法。

如本文所用，“接触面”指的是路面上的接触区域，喷嘴将牵引材料流引导到该接触区域处，以及路面的一部分将在该接触区域处接触在路面上滚动的轮；它区别于轮/路面接合部，在任何时间点，轮在轮/路面接合部处实际接触路面。在示例性实例中，路面可为金属铁轨或道路，而轮可为金属轮或聚合轮。“铁轨运载工具”可为机车、调车机车、转轨器等，并且包括货运机车和客运机车两者，货运机车和客运机车本身可为柴油-电动式或全电动式，而且可用或者AC电功率或者DC电功率运行。“碎片”可表示树叶和植物、水、雪、灰、油、油脂、昆虫群，以及可盖在铁轨表面上且不利地影响性能的其它材料。用语“铁轨”和“轨道”在全文中可互换地使用，并且在实际中包括道路和公路。虽然在本文的别处有更详细的论述，但用语“牵引材料”可包括磨料微粒物质以及空气流(就这一点而论限定了仅空气流)。可使用上下文和明确的语言来标识和区分涉及空气加磨料或仅空气情况(但在不涉及磨料的情况下，仅意图为空气流)的那些应用，而且对于某些实施例，允许选择性地将微粒添加到本来仅空气的流。如本文所用，表达“流体地联接”或“处于流体连通”表示两个或更多个装置的布置，其使得装置以容许装置之间有流体流以及容许流体传送的方式连接。

如本文所用，“冲击”表示施加大于在仅重力下将牵引材料应用到接触面的情况下施加的力的力。例如，在实施例中，牵引材料作为加压流从喷嘴中喷射出，即，离开喷嘴的牵引材料的速度大于在仅通过重力应用到接触面的情况下的牵引材料的速度。如本文所用，“粗糙度”是表面的外形粗糙度参数的度量。为了说明，详细提供了铁轨实现，其中，具有带凸缘钢轮的机车在一对钢轨上行驶。

本发明的实施例涉及用于改变接触铁轨或轨道的轮的牵引力的牵引力系统。牵引力系统包括：呈罐的形式的储存器，其能够容纳牵引材料；以及联接到储存器上且与储存器处于流体连通的喷嘴。喷嘴接收来自储存器的牵引材料，并且在铁轨的接触面被轮接触之前，将牵引材料的至少一部分引导到接触面。被引导的牵引材料冲击接触面，以改变接触铁轨的轮的牵引力。也就是说，当牵引材料冲击铁轨时，牵引材料从铁轨上移除或清除碎片，从而允许铁轨和轮之间有较直接的接触。另外，牵引材料可更改铁轨的接触面，以(例如)使平滑点粗糙，或者使已经在铁轨中或在铁轨上形成的磨损型式平整。此外，牵引材料可移除碎片，以及在冲击之后更改铁轨的表面形态。

在一些实施例中，牵引力系统可构造成与运载工具(诸如铁轨运载工具或机车)结合起来使用。例如，图1显示在本文中描绘成铁轨运载工具1的运载工具的示意图，铁轨运载工具1构造成通过多个轮3在铁轨2上运行。如所描绘的那样，铁轨运载工具1包括发动机4，诸如内燃机。多个牵引马达5安装在转向架框架6上，并且各自连接到多个轮3中的一个上，以提供牵引动力来推动和阻止铁轨运载工具1的运动。轴颈箱7可在轮3中的一个或多个处联接到转向架框架6上。牵引马达5可接收来自发电机的电功率，以对铁轨运载工具1提供牵引功率。

在图2中显示示出了包括本发明的实施例的牵引力系统10的示意图。在示出的实施例中，该系统部署在铁轨运载工具12上，铁轨运载工具12具有用于在铁轨16上行进的至少一个轮14。如其中显示的那样，牵引力系统包括呈罐的形式的磨料储存器/牵引介质储存器18，储存器能够容纳一定量的牵引材料20，并且具有漏斗22，可从漏斗22分配牵引材料20。在实施例中，储存器未被加压。该系统还包括空气储存器24，空气储存器24容纳加压空气供应。空气储存器24可为使得运载工具的许多运行构件(诸如空气制动器等)能够起作用的主储存器平衡罐。在另一个实施例中，空气储存器24可为用于牵引力系统10的专用空气储存器。磨料管道26和空气供应管道28分别将来自磨料储存器的牵引材料和来自空气储存器的加压空气携带到喷嘴30，在喷嘴30处，牵引材料被夹带在加压空气流中，以使牵引材料加速到达铁轨的接触面32。牵引材料以一速度冲击接触面，并且移除任何存在的碎片，以及/或者提高铁轨(即接触面)的表面粗糙度，如下面详细地论述的那样。

如其中进一步显示的那样，该系统进一步包括控制器34，控制器34控制牵引材料和/或来自空气储存器24的加压空气的供应。在实施例中，加压空气可独自从喷嘴中排出。关于控制器，该系统可还包括介质阀36和空气阀38。介质阀36与储存器18的漏斗22的输出处于流体连通，并且能够在第一状态或位置和第二状态或位置之间控制介质阀36，在第一状态或位置上，牵引材料可流到喷嘴(如图2中显示的那样)，而在第二状态或位置上，牵引材料不可流到喷嘴。第一状态和第二状态可分别为打开状态和关闭状态。

空气阀38与空气储存器处于流体连通。在实施例中，空气储存器是容纳加压空气的容器(例如，其可为空气压缩机的存储罐)。在实施例中，空气储存器可为运载工具12的现有构件/系统，诸如主储存器平衡罐(MRE)。如同介质阀36一样，能够在第一状态或位置和第二状态或位置之间控制空气阀38，在第一状态或位置上，加压空气可流到喷嘴(如图2中显示的那样)，而在第二状态或位置上，加压空气不可流到喷嘴。第一状态和第二状态可分别为打开状态和关闭状态。如图2中显示的那样，控制器电联接或者以别的方式可操作地联接到介质阀36和空气阀38上，以在介质阀36和空气阀38的第一状态和第二状态之间控制介质阀36和空气阀38。

为了将牵引材料应用于接触面，控制器将介质阀和空气阀控制到它们的第一(即打开)状态。为了仅应用空气，控制器将介质阀控制到其第二状态(即关闭)，以及将空气阀控制到其第一状态(例如打开)。对于“关”状况，控制器将介质阀和空气阀控制到它们的第二(即关闭)状态。

图3是示出根据本发明的实施例的牵引力系统的示意图。图3中显示的系统100部署在具有用于在铁轨上行进的轮的机车(代表一般的运载工具类型)上。如其中显示的那样，牵引力系统包括呈罐的形式的储存器18，储存器18能够容纳一定量的牵引材料，并且具有第一漏斗22，可从第一漏斗22中分配牵引材料。储存器可被称为磨料储存器，以使其区别于空气储存器或一些其它储存器。在一个实施例中，磨料储存器未被加压。该系统还包括空气储存器，空气储存器容纳加压空气供应。磨料管道26和空气供应管道28分别将来自储存器18的牵引材料和来自空气储存器的加压空气携带到喷嘴，在喷嘴处，牵引材料110被夹带在加压空气流中，以使牵引材料加速到达铁轨的接触面。如同图2的系统一样，牵引材料以一速度冲击接触面，并且移除任何存在的碎片，以及/或者提高铁轨(即接触面)的表面粗糙度。

如其中进一步显示的那样，该系统包括控制器，控制器控制牵引材料和/或来自空气储存器的加压空气的供应的量、流率、压力、类型和数量。在实施例中，加压空气可独自从喷嘴中排出。关于控制器，系统100可还包括介质阀36和空气阀38。介质阀36与储存器18的漏斗22的输出处于流体连通，并且能够在第一状态或位置和第二状态或位置之间控制介质阀36，在第一状态或位置上，牵引材料可流到喷嘴(如图3中显示的那样)，而在第二状态或位置上，牵引材料不可流到喷嘴。第一状态和第二状态可分别为打开状态和关闭状态。

空气阀与空气储存器处于流体连通。在实施例中，空气储存器是容纳加压空气的容器(例如，其可为空气压缩机的存储罐)。在实施例中，空气储存器可为运载工具的现有构件/系统。如同介质阀一样，能够在第一状态或位置和第二状态或位置之间控制空气阀38，在第一状态或位置上，加压空气可流到喷嘴(如图3中显示的那样)，而在第二状态或位置上，加压空气不可流到喷嘴。第一状态和第二状态可分别为打开状态和关闭状态。如图3中显示的那样，控制器电联接或者以别的方式可操作地联接到介质阀和空气阀38上，以在介质阀和空气阀的相应的第一状态和第二状态之间控制介质阀和空气阀。

为将牵引材料应用于接触面，控制器将介质阀和空气阀控制到它们的第一(即打开)状态。为仅应用空气，控制器将介质阀控制到其第二状态(即关闭)，并且将空气阀控制到其第一状态(例如打开)。对于“关”状况，控制器将介质阀和空气阀控制到它们的第二(即关闭)状态。

如图3中进一步显示的那样，牵引力系统还包括喷沙系统102。在实施例中，喷沙系统102利用与牵引材料供应相同的储存器18，但是可利用单独的罐或储存器，而不偏离本发明的较宽泛的方面。在其中采用单个储存器18的实施例中，储存器包括第二漏斗104，从第二漏斗104中分配牵引材料。如图3中显示的那样，喷沙系统102包括沙槽106，沙槽106与漏斗104的输出处于流体连通，并且与加压空气储存器处于流体连通。通过撒沙器空气阀108调整从空气储存器到沙槽106的加压空气供应。沙槽106通过喷沙管道110与喷沙分配器112(或“撒沙器”)处于流体连通。喷沙分配器定向成在铁轨表面上提供沙层，使得在轮/铁轨接合部处有沙层，以增强牵引。

如同介质阀和空气阀一样，能够在第一状态或位置和第二状态或位置之间控制撒沙器空气阀108，在第一状态或位置上，加压空气可流到喷嘴沙槽106(如图3中显示的那样)，而在第二状态或位置上，加压空气不可流到沙槽106。第一状态和第二状态可分别为打开状态和关闭状态。在一个运行模式期间，来自撒沙器的沙层在允许至少一些沙保留在轮接合部处的状况下被引导到轮接合部。在牵引材料流冲击接触面之后进行该沙层的分配。照这样，沙不会被具有本来高得足以吹走可使用的任何沙或微粒牵引材料的流率或速度的牵引材料流吹走。

如图3中显示的那样，控制器电联接或者以别的方式可操作地联接到撒沙器空气阀108上，以在阀108的相应的第一状态和第二状态之间控制阀108。在允许至少一些沙保留在轮接合部处的状况下，通过沙分配器使来自介质储存器的沙层到达轮接合部处，并且在牵引材料流冲击接触面之后进行该沙层的分配，借此沙不会被具有高得足以吹走微粒牵引材料的流率或速度的牵引材料流吹走。

参照图4，显示了根据本发明的实施例的牵引力系统200的示意图。该系统200包括被馈送来自未加压储存器18的牵引材料的可加压压力容器202。为此，该系统200进一步包括配料(batch)阀204和第二空气阀206。配料阀204类似于介质阀，也就是说，控制器能够在第一状态和第二状态之间控制配料阀204，以容许牵引材料通过。

如图4中显示的那样，配料阀204的输入流体地联接到储存器18的第一漏斗22的输出上，而配料阀204的输出流体地联接到压力容器202的输入上。介质阀的输入在压力容器和喷嘴之间流体地联接到压力容器202的输出上。第二空气阀206流体地联接在空气储存器和压力容器202的压力输入之间。第二空气阀206电联接到控制器24上，并且控制器24能够在第一状态和第二状态(即，分别为打开状态和关闭状态)之间控制第二空气阀206，其中，在第一状态中，加压空气供应给压力容器202，而在第二状态中，加压空气不供应给压力容器202。

在运行中，为仅将空气应用于铁轨的接触面，控制器将介质阀控制到其第二状态(即关闭)，以及将第一空气阀控制到其第一状态(即打开)。为了用牵引材料填充压力容器202，控制器将介质阀控制到其第二状态(即关闭)，将第二空气阀206控制到其第二状态(即关闭)，并且将配料阀204控制到其第一状态(即打开)。可基于时间或体积流或填充水平传感器来控制配料阀204，以允许足够体积的牵引材料填充压力容器202，或者配料阀204可构造成能够被控制到第二状态(即关闭)，而不管配料阀204内存在牵引材料。

为了将牵引材料应用于接触面，控制器将配料阀204控制到其第二状态(即关闭)，将空气阀控制到其第二状态(即关闭)，并且将介质阀和第二空气阀206控制到它们的相应的第一状态(即打开)。由于配料阀204和第一空气阀关闭，以及介质阀和第二空气阀206打开，压力容器中的牵引材料流过管线，并且流出喷嘴。牵引材料以一速度冲击接触面，并且移除任何存在的碎片，以及/或者提高铁轨(即，接触面)的表面粗糙度，如下文论述的那样。

现在转到图5，显示了根据本发明的实施例的牵引力系统300。如所描绘的那样，该系统300包括如上面关于图2中显示的系统100所公开的那样的喷沙系统102。如图5中显示的那样，该系统300包括被馈送来自未加压介质储存器的牵引材料的可加压压力容器202。该系统200进一步包括配料阀204和第二空气阀206。如其中显示的那样，配料阀204的输入流体地联接到储存器18的第一漏斗22的输出上，而配料阀204的输出流体地联接到压力容器202的输入上。介质阀的输入在压力容器和喷嘴之间流体地联接到压力容器202的输出上。第二空气阀206流体地联接在空气储存器和压力容器202的压力输入之间。第二空气阀206电联接到控制器上，并且控制器能够在第一状态和第二状态(即，分别为打开状态和关闭状态)之间控制第二空气阀206，其中，在第一状态中，加压空气被供应给压力容器202，而在第二状态中，加压空气不供应给压力容器202。

在可提供具有微粒的牵引材料的系统的运行中，为了仅将空气应用于铁轨的接触面，控制器将用于微粒流的阀(例如介质阀)控制到其第二状态(即关闭)，并且将第一空气阀控制到其第一状态(即打开)。为了用牵引材料填充压力容器202，控制器将介质阀控制到其第二状态(即关闭)，将第二空气阀206控制到其第二状态(即关闭)，并且将配料阀204控制到其第一状态(即打开)。可基于时间或体积流或填充水平传感器来控制配料阀204，以允许足够体积的牵引材料填充压力容器202，或者配料阀204可构造成能够被控制到第二状态(即关闭)，而不管配料阀204内存在牵引材料。

为了将牵引材料应用于接触面，控制器将配料阀204控制到其第二状态(即关闭)，将空气阀控制到其第二状态(即关闭)，并且将介质阀和第二空气阀206控制到它们的相应的第一状态(即打开)。由于配料阀204和第一空气阀关闭，以及介质阀和第二空气阀206打开，压力容器中的牵引材料流过管线26，流出喷嘴。牵引材料以一速度冲击接触面，并且移除任何存在的碎片，以及/或者提高铁轨(即，接触面)的表面粗糙度，如下文论述的那样。

如上面提到的那样，该系统300进一步包括喷沙系统102。如上面关于图3所论述的那样，喷沙系统102利用与牵引材料供应相同的储存器18，但是可利用单独的罐或储存器，而不偏离本发明的较宽泛的方面。在其中采用单个储存器18的实施例中，储存器18包括第二漏斗104，从第二漏斗104中分配牵引材料。如图3中显示的那样，喷沙系统102包括沙槽106，沙槽106与漏斗104的输出处于流体连通，并且与加压空气储存器处于流体连通。撒沙器空气阀108调整从空气储存器到沙槽106的加压空气供应。沙槽106通过喷沙管道110与喷沙分配器112处于流体连通。喷沙分配器112定向成在轮之前不远处在铁轨表面上提供牵引材料层，使得轮和铁轨在它们之间接收牵引材料层，以增强牵引。

参照图6，显示了根据本发明的另一个实施例的牵引力系统400的示意图。如所描绘的那样，该系统400包括呈罐的形式的磨料储存器18，磨料储存器18能够容纳一定量的牵引材料，并且具有漏斗22，从漏斗22中分配出牵引材料。系统10还包括容纳加压空气供应的空气储存器。磨料管道26和空气供应管道28分别将来自磨料储存器18的牵引材料和来自空气储存器的加压空气携带到喷嘴，在喷嘴处，牵引材料被夹带在加压空气流中，以使牵引材料加速到达铁轨的接触面。

与图2的系统10相反，系统400的储存器18被加压，如通过加压空气阀402被控制的那样，加压空气阀402的输入与空气储存器处于流体连通，而加压空气阀402的输出与牵引材料储存器18处于流体连通。

系统400进一步包括控制牵引材料和空气24的供应的控制器。在实施例中，加压空气独自可从喷嘴中排出。关于控制器，系统10可还包括介质阀36和空气阀38。介质阀与储存器18的漏斗22的输出处于流体连通，并且能够在第一状态或位置和第二状态或位置之间控制介质阀，在第一状态或位置上，牵引材料可流到喷嘴(如图6中显示的那样)，而在第二状态或位置上，牵引材料不可流到喷嘴。第一状态和第二状态可分别为打开状态和关闭状态。

空气阀与空气储存器处于流体连通。在实施例中，空气储存器是容纳加压空气的容器(例如，其可为空气压缩机的存储罐)。在实施例中，空气储存器可为运载工具12的现有构件/系统。如同介质阀和加压空气阀402一样，能够在第一状态或位置和第二状态或位置之间控制空气阀，在第一状态或位置上，加压空气可流到喷嘴，而在第二状态或位置上，加压空气不可流到喷嘴。第一状态和第二状态可分别为打开状态和关闭状态。如图6中显示的那样，控制器电联接或者以别的方式可操作地联接到介质阀和空气阀上，以在介质阀和空气阀的相应的第一状态和第二状态之间控制介质阀和空气阀。

为了将牵引材料应用于接触面，控制器将加压空气阀402、介质阀和空气阀控制到它们的第一(即打开)状态，使得容许牵引材料通过管线26流到喷嘴。牵引材料从喷嘴中喷射出，并且以一速度冲击接触面，并且移除任何存在的碎片，以及/或者提高铁轨(即，接触面)的表面粗糙度，如下详细论述的那样。

为了仅应用空气，控制器将介质阀控制到其第二状态(即关闭)，并且将空气阀控制到其第一状态(例如打开)。对于“关”状况，控制器将介质阀和空气阀控制到它们的第二(即关闭)状态。

如上面间接提到的那样，系统10、100、200、300、400在磨料施放模式中运行(其中，牵引材料从喷嘴中喷射出，并且冲击铁轨的接触面)会提高采用系统10、100、200、300或400的运载工具或机车的牵引力。在这样的实施例中，牵引材料以一速度冲击接触面，并且移除任何存在的碎片，以及/或者提高铁轨(即，接触面)的表面粗糙度。

在其中接触面由于冲击牵引材料而被改变的实施例中，经改变的粗糙度可小于0.1微米(例如，尖峰(peak)具有小于0.1微米的高度)，经改变的粗糙度的范围可为大约0.1微米至大约1微米(例如，尖峰具有大约0.1微米至大约1微米的高度)、大约1微米至大约10微米(例如，尖峰具有大约1微米至大约10微米的高度)、大约10微米至1毫米(例如，尖峰具有大约10微米1至毫米的高度)、大约1毫米至大约10毫米(例如，尖峰具有大约1毫米至大约10毫米的高度)，或者大于大约10毫米(例如，尖峰具有大于大约10毫米的高度)。在实施例中，经改变的形态具有高度大于大约0.1微米且小于10毫米的尖峰。根据一个方面，所指示的尖峰高度是最大尖峰高度。

关于上面公开的实施例，可改变系统10、100、200、300、400的许多运行参数或特性，以产生期望表面粗糙度。这样的因素可包括所利用的牵引材料的类型、离开喷嘴的牵引材料的速度、牵引材料的量或流率、铁轨的类型、运载工具12的速度、喷嘴与接触面的距离，以及可在产生的表面处理起作用的其它因素。在各种实施例中，牵引材料均未嵌入接触面中，并且/或者，牵引材料显著没有铁轨轨道16那么硬，而且无法这样被嵌入。

从轨道16上移除碎片的程度以及接触面被改变的程度可影响产生的观测牵引力水平。在实施例中，牵引力提高超过水喷击接触面、洗擦接触面、将颗粒嵌入到接触面中或者将松散的沙粒铺在接触面上中的任何一个的量。牵引力的提高可为40000或更多，这是因为利用本发明的系统10、100、200、300、400和方法应用了牵引材料，例如，在牵引材料的应用期间，牵引力提高至少40000的牵引力值。

牵引材料可包括比待处理的轨道更硬的颗粒。适当类型的较硬颗粒包括金属、陶瓷、矿石和合金。适当的硬金属可为工具级钢、不锈钢、碳化钢或钛合金。其它适当的牵引材料可由铝土矿群形成。适当的铝土材料包括氧化铝(A1₂O₃)作为组分，其可选地具有少量氧化钛(Ti₂O₃)、氧化铁(Fe₂O₃)和硅石(SiO₂)颗粒。在实施例中，氧化铝的量可构成混合物的大约85重量％或更多。其它适当的牵引材料可包括碎玻璃或玻璃珠。在其它实施例中，牵引材料包括由硅石、氧化铝或氧化铁形成的一个或多个颗粒。在实施例中，其它适当的牵引材料可为有机材料。适当的有机材料可包括由坚果壳(诸如胡桃壳)形成的颗粒。还可有源自生物的，牵引材料可包括由甲壳动物壳或贝壳(诸如软体动物和类似的海洋生物的骨骼残骸)形成的颗粒。

在一个实施例中，牵引材料的颗粒具有在大约0.1毫米(mm)至大约2mm的范围中的大小。在其它实施例中，牵引材料的颗粒大小可在大约30至大约100标准粒度或者大约150微米至大约600微米的范围中。在实施例中，颗粒可具有锐边或锐点。具有不止一个锐边或锐点的颗粒可更有可能移除材料，或者使铁轨轨道表面变形。

额外的适当的牵引材料包括去垢剂、共晶体或盐、凝胶和凝聚改良剂，以及除尘剂。所有牵引材料都可单独使用，或者基于对应用而言专有的情形组合起来使用。

如上面提到的那样，参照例如图2，在运载工具12上可利用本发明的系统10、100、200、300、400，运载工具12具有联接到运载工具12的动力轮轴上的轮104。在实施例中，牵引力系统可安装在是包括多个联结的运载工具的列队(consist)的一部分的运载工具上，其中讨论的轮(即，附着力有待提高的轮)安装到列队中的不同的运载工具上。在正使用列队的情况下，可能引起问题，其中在列队中的第一机车或其它铁轨运载工具未分配有牵引力系统，但列队中的第二机车或后一运载工具配备有牵引力系统。在这种情况下，第一机车的打滑率可对控制器提供关于行进状况的信息，以修改牵引力系统的运行。在实施例中，牵引力系统可安装在第一机车上，以接收可行的整个牵引力增强。应当注意，在至少一些情形中，铁轨是用于行驶铁轨运载工具的钢轨。虽然图2-6结合机车显示牵引力系统，但本发明的系统和方法可用于任何铁轨运载工具上，这意于包括所有类型的机车，以及调车机车、转轨器、慢车等。

如上面公开的那样，系统10、100、200、300、400可从20介质储存器18中汲取牵引材料(介质)。在实施例中，储存器18可联接到加热器、振动装置、筛网或过滤器和/或脱水装置上。

在实施例中，如图6中显示的那样，例如，储存器罐18是可加压的。在其它实施例中，如图3和4中显示的那样，例如，牵引材料从非加压储存器18移动到压力容器202，压力容器202本身是可加压的。在任一种情况下，可基于对应用而言专有的参数来选择压力。不同的实施例可相应地具有不同的空气压力要求。在一个实施例中，空气压力可大于大约70psi，但在其它应用中，可使用的压力可在大约75psi至大约150psi的范围中。在仅有空气的运行期间(不在流体流中使用微粒)，在一些情况下，也许足以撒沙的空气压力可能不足以实现牵引力的可检测的提高。在一个实施例中，仅有空气的运行模式将使用的空气压力为大于大约90psi，或者空气压力的范围为大约90psi至大约100psi、大约100psi至大约110psi、大约110psi至大约120psi、大约120psi至大约130psi或者大约130psi至大约140psi。

在一个实施例中，在机车上，空气压力与压缩机供应的、在大于大约100psi或689500Pa(高达大约～135psi)下用于空气制动器储存器的空气处于相同的压力。由于相等的压力，因此该系统可在不增加空气压力调整器的情况下运行。这可降低成本，延长系统寿命和可靠性，提高制造和维护的简易性，以及减少或消除一个或多个失效模式。为了进一步适应较高压力的应用，可采用比可用于较低压力的(以及可能经调整的)系统更大直径的管道系统。较大直径的管道系统可降低针对压力较低的和/或经调整的系统而在大小上减小的直径所经历的压降。

空气压力仅是在性能上可考虑的一个因素，其它因素包括空气流量、空气速度、空气温度、环境状况和运行参数。关于空气流量，对于一对喷嘴(各个喷嘴将具有值的一半)，该系统可以大于30立方英尺每分钟(CFM)的流率运行，或者对于喷嘴对，流率的范围为大约30CFM(大约0.85立方米每分钟)至大约75CFM(大约2.12立方米每分钟)，大约75CFM至大约100CFM(大约2.83立方米每分钟)，大约100CFM至大约110CFM(大约3.11立方米每分钟)，大约110CFM至大约120CFM(大约3.40立方米每分钟)，大约120CFM至大约130CFM(大约3.68立方米每分钟)，大约130CFM至大约140CFM(大约3.96立方米每分钟)，大约140CFM至大约150CFM(大约4.25立方米每分钟)，大约150CFM至大约160CFM(大约4.53立方米每分钟)，或大于大约160CFM。关于空气速度，该系统可以大于75英尺每秒(FPS)(大约23米每秒)的冲击速度运行，或者冲击速度的范围为大约75FPS至大约100FPS(大约30米每秒)，大约100FPS至大约200FPS(大约61米每秒)，大约200FPS至大约300FPS(大约91米每秒)，大约300FPS至大约400FPS(大约122米每秒)，大约400FPS至大约450FPS(大约137米每秒)，大约450FPS至大约500FPS(大约152米每秒)，大约500FPS至大约550FPS(大约168米每秒)，或者大于大约550FPS。

在其它实施例中，关于空气流量，针对一对喷嘴(各个喷嘴将具有值的一半)，该系统可以大于0.85±0.05立方米每分钟的流率运行，或者对于喷嘴对，流率的范围为0.85±0.05立方米每分钟至2.12±0.05立方米每分钟，2.12±0.05立方米每分钟至2.83±0.05立方米每分钟，大约2.83±0.05立方米每分钟至3.11±0.05立方米每分钟，3.11±0.05立方米每分钟至3.40±0.05立方米每分钟，3.40±0.05立方米每分钟至3.68±0.05立方米每分钟，3.68±0.05立方米每分钟至3.96±0.05立方米每分钟，3.96±0.05立方米每分钟至4.25±0.05立方米每分钟，4.25±0.05立方米每分钟至4.53±0.05立方米每分钟，或者大于4.53±0.05立方米每分钟。关于空气速度，该系统可以大于23±1米每秒的冲击速度运行，或者冲击速度的范围为23±1米每秒至30±1米每秒，30±1米每秒至61±1米每秒，61±1米每秒至91±1米每秒，91±1米每秒至122±1米每秒，122±1米每秒至137±1米每秒，137±1米每秒至152米每秒，152±1米每秒至168±1米每秒，或者大于168±1米每秒。

就此而言，由于机车的空气系统与本发明的实施例的相互作用，可保证运行论述内容。要考虑的一个因素是运行的机车中的空气压力(或者整个空气体积)的系统性损失可“启动安全制动器”。当空气管线中的压力在阈值压力水平之上时，机车空气制动器脱开，而当管线中的空气压力降低时(从而接合制动器，以及使列车减速)，机车空气制动器使机车制动。为了任何目的从系统中汲取大量空气都可导致伴随的压降。因此，为了实现牵引力而汲取空气可导致压降。要考虑的另一个因素是将空气供应给系统的压缩机的运行。由于压缩机在开和关状态中循环以使压力保持在确定的范围中，压缩机寿命可受到不利的影响。当然，该系统的消耗大量空气的运行方法可影响压缩机运行。考虑到那些和其它考量，该系统可包括解决这些因素的控制器。在一个实施例中，控制器被告知机车系统中的空气压力和/或机车系统的环境状况，并且通过控制本发明的系统的空气使用量来作出响应。例如，如果机车空气储存器(MRE)压力降低到阈值之下，控制器将减少或消除本发明的系统的空气流，直到MRE压力恢复到限定的压力水平为止，或者如果压力趋势随时间的推移而改变(诸如可能是因为机车的海拔改变)，控制器可通过对本发明的系统的使用作出相应的改变来作出响应。当然，改变在性质上可为二元的，诸如只是简单地完全切断系统。但是，流率减小可能有一些好处，为此，控制器可下调流率，以及看到牵引改进水平有所降低。控制器可选地还可发送运行模式已经照这样改变的通知，或者可记录事件，或者可在作出改变之外什么也不做。可基于实现要求来决定这种通知。

在使用期间，来自空气储存器的高压空气可应用于磨料储存器或压力容器202，在压力容器202中，空气与牵引材料混合。介质/空气混合物可移向输送喷嘴，其中，混合物被喷嘴加速。虽然本文公开的实施例显示单个喷嘴用于分配牵引材料或牵引材料/空气混合物，但可采用多个喷嘴30，而不偏离本发明的较宽泛的方面。喷嘴可用于双重目的，即，使牵引材料/混合物加速，以及将材料/混合物引导到铁轨接触面。在实施例中，除了空气之外，可利用加压水或凝胶。在其中使用凝胶的实施例中，可能能够留下足够的夹带的牵引材料，以便除了碎片移除和/或路面改变所产生的附着力提高之外通过凝胶的存在来提高附着力。

图7是示出实现在具有五个活动轮轴的机车(其中，启用了喷沙系统102)上利用图3的牵引力系统在一定时间段内、在5mph和7mph两者的速度下实现的牵引力值的曲线图。测量附着力，并且牵引力系统200随着时间的推移而接合和脱开。特别地，间隔“a”表示当牵引力系统启用时的时间段，间隔“b”表示当牵引力系统禁用时的时间段，而黑框则指示当牵引力系统可仅对接触面应用空气冲击时的时间段。如其中显示的那样，结果指示湿铁轨附着力响应于牵引材料冲击接触面而提高。如其中显示的那样，当仅对接触面应用空气冲击时，附着力也提高。

在这里和别处，按照一个喷嘴来描述系统；但本发明的系统可采用可独立地运行或者在控制器的指导下以协作的方式运行的多个喷嘴。对于压力较低的源，喷嘴可构造成产生足够的背压，以使牵引材料在运行期间朝接触面加速。在其它实施例中，各种附件可联接到喷嘴上。适当的附件可包括(例如)振动装置、阻塞传感器、加热器、防阻塞装置等。在一个实施例中，可存在用于将空气、水或溶液供应给接触面的第二喷嘴。溶液可为溶剂，或者可为清洁剂，诸如肥皂或去垢剂溶液。其它溶液可包括酸性溶液、金属钝化溶液(以保护铁轨表面)等。联接到喷嘴上的可为在使牵引材料停止流动的同时允许空气和/或水流过喷嘴的开关。

图8-10显示根据本发明的实施例的、适于作为喷嘴与上面公开的系统10、100、200、300、400一起使用的喷嘴500的各种详细视图。如图8中显示的那样，喷嘴500包括第一半部502和第二半部504，它们彼此协作，以限定牵引材料可传送通过其中的通孔506。如图7中最佳地显示的那样，硬质内部衬套508设置在孔506内，或者以别的方式形成于孔506内。在实施例中，衬套508可由耐磨材料形成，诸如陶瓷或金属陶瓷。

现在转到图9，显示处于运行模式的喷嘴500的示意性侧视图和端视图。如所描绘的那样，喷嘴500的通孔506具有扩大直径的后部部分510、减小直径的前部部分512，以及在后部部分510和前部部分512之间形成过渡部的收缩部分514。收缩部分514使牵引材料在被加压空气推向接触面(图2)时加速。加压空气和/或牵引材料由空气/介质软管516供应，软管516与通孔506处于流体连通。

但是，在某些运行状况期间，以及尤其在潮湿状况中，牵引材料可阻塞喷嘴，从而降低系统的有效性。特别地，在潮湿状况中，沙或其它牵引材料可阻塞喷嘴孔口。这可能是因为牵引材料颗粒具有大于孔口直径的大小。在其中将沙用作牵引材料的情况下，沙可聚结、成团或结成块。在一些情况下，这可能是由于沙中的水分含量引起的。这样的聚结的存在会阻塞喷嘴，以及导致喷嘴孔口上游的压力增大。因此，本发明的至少一些实施例涉及有利于无阻塞运行的喷嘴设计。

在一个实施例中，如图10中显示的那样，喷嘴500(适于用作图2中公开的系统的喷嘴)包含防阻塞装置。如在图9中的喷嘴500的示意性侧视图和端视图中最佳地显示的那样，喷嘴500的两个半部502、504通过风箱圈(air bellows collar)520和枢轴/铰链522在近端518处附连。在枢轴/铰链522旋转时，喷嘴半部502、504在其远端524处分开，并且仅来自空气储存器的空气流就会去除喷嘴500的通孔506中的任何阻塞物。在图8中示出的运行模式期间，部署在喷嘴500的外端/远端附近的弹性部件526(诸如松紧带、弹性套等)使喷嘴500的第一半部502和第二半部504的远端保持在一起。但是，在清洁期间，或者为了防止阻塞，风箱圈520会拉长弹性部件526，并且允许半部502、504在喷嘴500的远端处在接收到来自空气储存器的加压空气流之后，或者当喷嘴孔口上游的压力增大且达到导致半部502、504分开的阈值压力时分开。

在一个实施例中，防阻塞喷嘴利用部署在喷嘴的本体/孔口中的调节机构来清洁或疏通喷嘴。适当的调节机构可为部署在喷嘴的孔口中的弹簧和柱塞机构。在图11-22中显示适当的防阻塞机构的示例。首先参照图11-14，显示防阻塞喷嘴600的实施例。如所描绘的那样，牵引材料通过通路602供应到喷嘴出口。喷嘴包括柱塞604(参见图11)，在喷嘴600内的内部压力/上游压力改变时，柱塞604借助于弹簧上下移动。

在图11和12中示出在正常运行状况下(即，当喷嘴未被阻塞时)的柱塞和弹簧位置。如其中显示的那样，牵引材料通过通道移动经过柱塞，并且从喷嘴600中喷射出。当磨料颗粒聚结时，上游压力提高，从而阻塞喷嘴。因此必须或者手动地或者使用控制器定期减小压力，以允许弹簧606放松，以及达到如图13和14中显示的那样的位置。这将增加通道608的面积，并且允许较大的颗粒掉落或被推出去。在较大的磨料颗粒从喷嘴中排出且喷嘴畅通无阻时，弹簧使柱塞偏置到其默认位置，如图11和12中显示的那样，从而减小通道的通过面积。

在图15和16中示出根据本发明的实施例的防阻塞喷嘴610。如其中显示的那样，喷嘴610包括限定通过其中的通路的本体或第一部分612，以及由所述第一部分612可滑动地接收且在其中形成有圆锥形通路的第二部分614。偏置部件(诸如弹簧616)接收在第二部分614的周边周围。在未阻塞位置上，第二部分614嵌在第一位置内，使得第一部分612和第二部分614之间的通路618的直径d以及从而面积最小。在这个位置上，弹簧可具有较不同水平的张紧度和/或压缩度。但是，当磨料颗粒聚结时，离开喷嘴610的牵引材料流可至少部分地受阻塞，并且在第一部分612内背压可增大。随着压力增大，第二部分614被推离第一部分612，从而使弹簧616在张力下伸展，如图16中显示的那样。随着第二部分616向外移动，通路618的直径增大到直径D，如图16中进一步显示的那样。这会增加通道618的面积，从而允许较大的磨料颗粒离开喷嘴610。在较大的磨料颗粒从喷嘴610中排出且喷嘴610畅通无阻之后，弹簧616将第二部分614偏置到其默认的非阻塞位置，如图15中显示的那样，从而减小通道618的面积。

图17-20示出根据本发明的另一个实施例的防阻塞喷嘴620。如其中显示的那样，牵引材料通过通路622供应到喷嘴出口。喷嘴620包括柱塞624，随着喷嘴620内的内部压力/上游压力改变，柱塞624在喷嘴孔口626内上下移动。图17和18示出在正常运行状况下(即，当喷嘴620未被阻塞时)的柱塞624位置。如其中显示的那样，牵引材料在柱塞和喷嘴孔口626的壁之间移动经过柱塞624，柱塞624设置在喷嘴孔口626中。如图18中显示的那样，当喷嘴620处于未阻塞状态时，用于使牵引材料通过的通路628较小。但是，当磨料颗粒聚结时，如上面论述的那样，离开喷嘴620的牵引材料流受到阻止，并且在柱塞624的上游压力增大。随着压力增大，柱塞624被向下推到图19和20中显示的位置。随着柱塞624向下移动，柱塞和孔口的壁之间的空间(即，通路628)增大，从而允许较大的磨料颗粒离开孔口和喷嘴620。在较大的磨料颗粒从喷嘴620中排出且喷嘴620畅通无阻之后，柱塞624回到图17和18中显示的位置。

参照图21-24，显示了防阻塞喷嘴630的另一个实施例。如其中显示的那样，牵引材料通过通路632供应到喷嘴出口。喷嘴包括柱塞634，随着喷嘴630内的内部压力/上游压力改变，柱塞634借助于弹簧636上下移动。图21和22示出在正常运行状况下(即，当喷嘴630未被阻塞时)的柱塞634和弹簧636位置。如其中显示的那样，牵引材料通过通道638移动经过柱塞604，并且从喷嘴600中喷射出。但是，当磨料颗粒聚结时，如上面论述的那样，离开喷嘴的牵引材料流受到阻碍，并且在柱塞634的上游压力增大。随着压力增大，柱塞634沿箭头A的方向被向下推动，从而压缩弹簧636，如图23和24中显示的那样。随着柱塞634向下移动，通道638的面积增大，从而允许较大的磨料颗粒离开孔口和喷嘴630。在较大的磨料颗粒从喷嘴630中排出且喷嘴630畅通无阻之后，弹簧636将柱塞634偏置到其默认位置，如图18和19中显示的那样，从而减小通道638的面积。

响应于喷嘴内的压力，防阻塞喷嘴600、610、620和630可为自促动的。在实施例中，喷嘴可还包括气动促动器或电磁促动器，以响应于来自控制器的信号而移动柱塞。在实施例中，信号可以下者中的一个或多个为基础：经过的时间段、检测到阻塞，或测量到轮的打滑(直接或间接)。

喷嘴本身可由硬得足以抵抗由于接触牵引材料以及牵引材料的高速流动而引起的明显磨损的材料形成。如上面公开的那样，在实施例中，可利用耐磨内部衬套508来抵抗由于接触牵引材料而引起的磨损。在其它实施例中，整个喷嘴都可由耐磨材料铸造而成。如上面论述的那样，适当的耐磨材料包括高强度金属合金和/或陶瓷。

在实施例中，喷嘴可为多个喷嘴中的一个，或者喷嘴可限定多个孔。各个孔或喷嘴相对于接触面可具有不同的入射角。可包括歧管，歧管可由控制器控制，以选择性地选择入射角。控制器可至少部分地基于来自一个或多个电子传感器的反馈信号来确定启动或保持的入射角。这些传感器可测量实际入射角和直接入射角中的一个或多个，或者可提供用来计算入射角的信息。这样的计算角度可以例如轮直径或对应的轮的里程数为基础。如果使用对应的轮的里程数，则控制器可参考磨损表，磨损表根据确定的轮使用量对轮磨损进行建模。这可为直接的里程数度量，或者本身可为计算或估计出来的。用于估计里程数的方法包括简单的使用持续时间乘以平均速度，或者通过GPS位置跟踪。由于轮不是在相同时间间隔更换的，所以可单独地跟踪单独的轮和轮组来进行这些计算。控制器指令集可使用不止一个间接计算，以保守地允许进行这样的对准和调节。

回头参照大体在图2中公开的喷嘴，在实施例中，喷嘴可由壳体支承，壳体联接到转向架框架或轮轴壳体结构上。在一个实施例中，喷嘴可定向成引导牵引材料远离轮，并且特别地，当轮接触接触面时，使得牵引材料基本不存在。这种定向可为相对于行进方向偏向一边，并且朝接触面成角度。该角度可向内朝铁轨之间的中心，或者可从轨道中心向外指向路边。在实施例中，喷嘴的定向可为向前面向行进方向，以及远离轮。

铁轨轮可具有骑在一对铁轨的内侧上的单个凸缘。因而，从铁轨的内部向外行进的流在遇到铁轨表面之前将首先遇到或经过凸缘。在一个实施例中，喷嘴的瞄准方向可指向带凸缘的轮的凸缘部分周围。而且，指向内的喷嘴将发射流，流在接触凸缘之前将接触铁轨表面。然后，可根据轮的凸缘位置来描绘喷嘴的位置和定向。在一个实施例中，朝外的喷嘴指向轮/铁轨接合部前面的铁轨接触面，使得凸缘不是阻碍。在另一个实施例中，朝内的喷嘴更多地指向铁轨/轮接合部附近，或者更多地指向铁轨/轮接合部处(与朝外的喷嘴相比)，因为有通往铁轨表面的未受凸缘阻碍的路径。

在一个实施例中，喷嘴设置在多个铁轨之上，并且在水平方向上设置在该多个铁轨的外部，而且相对于铁轨定向成向内朝向多个铁轨。喷嘴可定向成使得流相对于由接触面限定的水平平面以在大约75度至大约85度的范围中的接触角度(入射角)被引导到接触面处。喷嘴可进一步定向成使得流相对于由轮的行进方向限定的竖向平面以在大约15度至大约20度的范围中的接触角度被引导到接触面。可测量接触角度，使得牵引材料流从外部向内指向多个铁轨。

如图25中显示的那样，在实施例中，喷嘴30和喷嘴对准装置可安装到轴颈箱714上，并且由轴颈箱714支承，轴颈箱714联接到运载工具12的动力轮轴上。喷嘴可从轴颈箱得到支承，该轴颈箱为下者中的两者：多个轴颈箱中的一个，以及在运载工具12的行进方向上的第一轴颈箱。在其中运载工具12能够向前和向后移动的实施例中，喷嘴从为第一或最后一个的轴颈箱得到支承，这取决于运载工具相应地正在向前还是向后行进。在实施例中，喷嘴可从这样的轴颈箱得到支承，即，该轴颈箱是在运载工具的行进方向上在第一轴颈箱后面的后续轴颈箱，其在运载工具行驶经过转弯期间不平移。如上面论述以及图26中进一步显示的那样，在实施例中，喷嘴30设置在铁轨16之上，并且在横向上设置在铁轨16的外部，而且相对于铁轨定向成从铁轨16朝内。

喷嘴与期望的冲击点的距离和喷嘴的定向可影响系统的效率。在一个实施例中，喷嘴离接触面不到一英尺。在各种实施例中，喷嘴距离可小于四英寸，离接触面的范围为大约4英寸至大约6英寸、大约6英寸至大约9英寸、大约9英寸至大约12英寸或大于大约12英寸。如上面关于凸缘布置所公开的那样，凸缘位置排除了某些角度和定向的一些较短的距离。在喷嘴构造成从铁轨的内部指向外的情况下，随着接触面接近轮/铁轨接合部，必须增大距离，以解决凸缘。因而，用来从例如铁轨吹掉雪以阻止铁轨之间有堆积或积聚的系统在位置和定向上具有与带有朝内的喷嘴的系统不同的约束。

在实施例中，喷嘴(或在其中利用多个喷嘴的实施例中的喷嘴)可响应于运载工具行进状况或位置信息(例如全球定位卫星(GPS)数据)，以在运载工具转弯、上坡或下坡时相对于接触面保持确定的定向，如下面详细地论述的那样。响应于信号，喷嘴可沿横向移位，上下移位，或者可控制和/或改变牵引材料的喷嘴分配型式。在实施例中，型式的变化可为从流变成较宽的锥形，或者从锥形变成伸长的喷射型式。喷嘴位移和/或分配型式可以基于测得的附着力或打滑的闭环反馈为基础。另外，喷嘴位移可具有搜索模式，搜索模式改变和/或调节散布型式和/或储存器罐中的流率或牵引材料速度或压力，以确定任何可调特征的一个或多个期望牵引水平。

在实施例中，为了在制动和加速期间改进轮-铁轨附着力，牵引材料可从喷嘴(一个或多个)30中分配出，并且输送到轮-铁轨接合部处，即，轮接触铁轨的区域。另外，当机车12在笔直的轨道上运行时，牵引材料输送到轮-铁轨接合部之间，以改进附着力。但是，在机车12经过转弯时，机车12的端部轮轴沿横向移动，并且改变轮-铁轨接合部的位置，从而降低采用固定位置喷嘴的系统的有效性。

为了实现确定的附着力水平，在实施例中，可持续且实时地修正喷嘴相对于接触面的角度。在行进期间，可持续地感测包括关于运载工具是在笔直轨道还是在弯曲轨道上行进的数据的运行输入，以通过喷嘴将牵引材料精确地输送到接触面或通过沙分配器输送到轮/铁轨接合部。如本文所用，运行输入可包括输入运动、模型预测、以运载工具位置数据为基础的基于地图或表的输入等。输入运动表示轮轴或安装在轮轴上的构件和转向架框架之间的线性运动，以及转向架和车厢本体之间的角运动。

在一个实施例中，提供一种用于在路面上行进的轮式运载工具的系统。该系统包括喷嘴和空气源，空气源用于以在牵引材料离开喷嘴时测得的大于100立方英尺每分钟(2.83立方米每分钟)的流率提供牵引材料，并且空气源与喷嘴处于流体连通，喷嘴接收来自空气源的牵引材料，并且将牵引材料流引导到路面上的是接触面的位置。空气源是机车的主储存器平衡(MRE)罐或管，而且确定的参数未经调整，并且是与在运载工具的运行期间在主储存器平衡罐或管中的压力相同的压力。

控制器可响应于基于流体地联接到MRE上的压缩机的运行的信号或主储存器平衡罐或管中的感测压力，并且控制阀，阀能够控制或阻挡从空气源到喷嘴的牵引材料流。控制器进一步能够控制压缩机的运行，并且响应于压缩机的运行，使得通过下者中的一个或两者使压缩机的开/关循环在阈值开/关循环水平之上：运行压缩机以减少开/关循环；或者运行阀以改变牵引材料通过喷嘴的流率。控制器可通过减少或阻挡牵引材料流来响应于主储存器平衡罐或管中感测到压力降低到低于阈值压力水平，并且从而使MRE压力保持在阈值压力水平之上。

在使用期间，如果流体地联接到喷嘴上，则介质容纳储存器可提供微粒牵引材料，以使其流体地结合或夹带在冲击接触面的牵引材料(空气)流中。

系统可包括用于支承喷嘴的可调安装托架。适当的可调安装托架可包括螺栓，在上紧时，螺栓将喷嘴固定在确定的定向上，而在松开时，螺栓允许重新定位喷嘴，以及校准喷嘴的瞄准方向。可定期地或响应于某些信号来执行人工调节和校准。信号可包括季节或天气变化(因为一些定向可不同地起作用，这取决于碎片是水、雪还是叶子)或运载工具状况变化(诸如轮磨损或轮更换)。结合基于环境或运行因素(诸如在行驶经过转弯时)来提供用于自动对准或对准的反馈信息系统，构想到自动对准或机械对准。

在图26中显示用于上面公开的牵引力系统的喷嘴方向对准的系统700的示意图。在示出的实施例中，操作性地连接到机车上的一个或多个传感器持续地感测输入运动。特别地，传感器702可持续地感测转向架704和轮轴/安装在轮轴上的构件706之间的线性运动。传感器708还可持续地感测转向架704和车身710之间的角运动。

适当的传感器可为机械传感器、电传感器、光学传感器或磁性传感器。在实施例中，可利用不止一种类型的传感器。传感器702、708可电联接到控制器上，并且可将指示转向架-轮轴运动和转向架/车身运动的信号转送到控制器以进行调节。可选地，可能没有信号调节。控制器将信号发送到喷嘴对准装置712(其操作性地连接到喷嘴上)，以立即改变喷嘴的定向/角度，以确保牵引材料恒定地输送向轮-铁轨接合部，从而改进机车的附着力，尤其是在转弯时。

喷嘴对准装置可以机械的方式、以电的方式、以磁的方式、以气动的方式或者以液压的方式或者以它们的组合运行，以调节喷嘴相对于铁轨的接触面的角度。在实施例中，还可使用喷嘴方向对准系统，以与上面描述的相同的方式控制沙分配器的对准。

控制器可如上面论述的那样接收来自传感器的信号，或者接收来自人工输入的信号，并且可控制牵引力系统的各种特征和运行。例如，控制器可控制下者中的一个或多个：系统的开/关状态、牵引材料的流率，或牵引材料通过喷嘴的速度。这种控制可以下者中的一个或多个为基础：运载工具相对于轨道的速度、轨道上的碎片的量、轨道上的碎片的类型、轨道上的实际被牵引材料移除的碎片的量或类型的受控环路反馈、轨道的类型、轨道的接触面的状况、至少部分地基于检测到轮在轨道上的打滑的受控环路反馈，以及包括轮的运载工具的地理位置，使得牵引材料在某些位置上被引导或不被引导到接触面。也就是说，控制器可响应于包括行进状况或位置信息中的一个或两者的外部信号来施用牵引材料。

进一步参照控制器的运行，在实施例中，控制器可接收检测储存器罐或压力容器中的压力水平的传感器输入，并且仅在压力水平在确定的压力范围中时，可控制牵引材料的施用。在实施例中，控制器可通过启动空气压缩机来控制储存器或压力容器202中的压力水平。控制器可持续地、或者以脉冲的方式/定期地施用牵引材料。可基于确定的阈值水平来设定脉冲持续时间和频率。这些水平可为测得的或估计的可用牵引材料量、可补充牵引材料之前的时间、一年的季节和/或地形(这可间接指示叶子或雪的类型和量)等。在一个实施例中，控制器可响应于在确定的阈值之外的直接或间接的附着力水平而停止施用牵引材料。在阈值之外包括这样的附着力，即，该附着力太低，当然，还为太高，或者至少足以保存牵引材料储备量。而且，如果附着力水平在施用牵引材料之后还太低，以及如果搜索模式不存在或不成功，以及如果未指示有阻塞，则控制器可仅保存牵引材料，因为没有获得期望的改进。

在一个实施例中，控制器可基于位置或特定特征或结构的存在而施用牵引材料或暂停施用牵引材料。例如，在存在路边润滑剂站时，控制器可暂停施用。在其它实施例中，可将控制器设定成仅在转弯或有坡度时施用牵引材料。位置可由GPS数据(如上面论述的那样)、路线图或来自结构或特征(例如RFID讯号)的信号提供。例如，铁路站场可具有与控制器通信的规定的区，在其中，控制器将不促动牵引力系统。

本发明的实施例涉及用于改变接触铁轨的轮的牵引力的牵引力系统。牵引力系统可包括能够容纳牵引材料的介质储存器、与介质储存器处于流体连通的喷嘴，以及与介质储存器和喷嘴处于流体连通的介质阀，能够在第一状态和第二状态之间控制介质阀，在第一状态中，牵引材料流过介质阀且流到喷嘴，而在第二状态中，牵引材料被阻止流到喷嘴。在第一状态中，喷嘴接收来自介质储存器的牵引材料，并且将牵引材料引导到铁轨的接触面，使得牵引材料在轮接触接触面之前冲击接触面，以及改变接触铁轨的轮的牵引。牵引力系统可进一步包括：能够容纳一定量的加压空气的空气储存器，空气储存器与喷嘴处于流体连通；以及与空气储存器和喷嘴处于流体连通的空气阀，能够在第一状态和第二状态之间控制阀，在第一状态中，加压空气流过空气阀，并且流到喷嘴，而在第二状态中，加压空气被阻止流到喷嘴。该系统可包括电联接到介质阀和空气阀上的控制器，以在第一状态和第二状态之间分别控制介质阀和空气阀。

可包括沙分配器，其定向成使沙层施放在轮/铁轨接合部处。牵引力系统可包括：压力容器，其与介质储存器的输出、空气储存器的输出和介质阀的输入处于流体连通；配料阀，其定位在介质储存器和压力容器之间，并且能够在第一状态和第二状态之间控制配料阀，在第一状态中，牵引材料流过配料阀，并且流到压力容器，而在第二状态中，牵引材料被阻止流到压力容器；以及定位在空气储存器和压力容器之间的第二空气阀，能够在第一状态和第二状态之间控制第二空气阀，在第一状态中，加压空气流过第二空气阀且流到压力容器，而在第二状态中，加压空气被阻止流到压力容器。

空气储存器可与介质储存器处于流体连通。在这种实施例中，该系统可包括加压空气阀，加压空气阀定位在空气储存器和介质储存器之间，并且能够在第一状态和第二状态之间控制加压空气阀，在第一状态中，加压空气流过加压空气阀且流到介质储存器，以对介质储存器加压，而在第二状态中，加压空气被阻止流到介质储存器。

在一个实施例中，牵引材料冲击接触面，并且从接触面移除碎片。另外或者备选地，当牵引材料冲击接触面时，接触面的形态可从平滑变成粗糙。在接触面的形态改变的情况下，经改变的粗糙度可为大于大约0.1微米且小于10毫米的外形粗糙度参数，例如，经改变的形态可具有高度大于大约0.1微米和小于10毫米的尖峰。牵引力可在应用牵引材料期间提高至少40000，例如，牵引力在应用牵引材料期间提高超过40000的牵引力值。在实施例中，该系统可安装在运载工具上，而轮可联接到同一运载工具的动力轮轴上。在其它实施例中，该系统可安装在是包括多个联结的运载工具的列队的一部分的运载工具上，其中，轮可联接到列队中的不同运载工具上。牵引材料可为硅石、氧化铝和氧化铁中的一个或多个。牵引材料可为有机材料。牵引材料可包括坚果壳、甲壳动物壳或海洋贝壳。

喷嘴可包括第一半部和第二半部，第一半部和第二半部协作来在运行模式期间限定约束，并且在清洁模式期间可彼此分开。可通过由喷嘴限定的孔口而施用推力冲头(pushram)机构，以疏通喷嘴，而且推力冲头可包括联接到推力冲头上的气动或电磁促动器，该促动器可响应于来自控制器的信号而动作。喷嘴可定向成引导牵引材料远离轮。喷嘴的至少一部分可由硬得足以抵抗由于接触高速牵引材料流而引起的明显磨损的材料形成。控制器可取决于运载工具行进状况或位置信息来施用牵引材料。另外，介质储存器可联接到加热器、振动装置、筛网或过滤器和/或脱水装置上。

本发明的另一个实施例涉及用于改变接触铁轨的运载工具的轮的牵引力的牵引力系统。牵引力系统可包括：能够容纳牵引材料的介质储存器；喷嘴，其与介质储存器处于流体连通，并且能够接收来自介质储存器的牵引材料，以及将牵引材料引导到铁轨的接触面；构造成检测输入运动的传感器；以及控制器，其与传感器电连通，以接收来自传感器的输入运动数据。控制器可取决于检测到的输入运动来调节喷嘴的定向。输入运动可为运载工具的轮轴和运载工具的转向架框架之间的线性运动，或者转向架和运载工具的车身之间的角运动。传感器可为机械传感器、电传感器、光学传感器和磁性传感器中的一个。还可使用用于感测输入运动的多个传感器。

又一个实施例涉及用于牵引力系统、以提高具有接触铁轨的轮的运载工具的铁轨附着力的喷嘴。喷嘴包括：本体，其限定通过其中的通路，并且具有接受牵引材料的入口和将牵引材料分配到铁轨的接触面的出口；以及调节机构，其定位在通路内，并且能够在第一位置和第二位置之间移动，以调节通路的通流面积。调节机构可包括柱塞和弹簧，柱塞可滑动地接收在通路中，而弹簧操作性地连接到柱塞上，使得弹簧使柱塞偏置远离出口且进入到通路中。当喷嘴本体内的压力增大时，柱塞克服弹簧的偏置而被推动且被推出通路，以增加通路的通流面积。本体和通路可为大体圆锥形的，并且调节机构可包括互补形柱塞，互补形柱塞由通路可滑动地接收，并且具有用于容许牵引材料流经过柱塞的释放部分。柱塞能够在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置上，柱塞的周边由通路的壁紧密地接收，而在第二位置上，柱塞的周边与通路的壁隔开一定距离。可包括促动器，以响应于来自控制器的信号使柱塞移动离开第一位置和第二位置。信号可以经过的时间段、检测到阻塞和测量到轮在铁轨上的打滑中的一个或多个为基础。此外，调节机构可包括柱塞，柱塞由通路可滑动地且紧密地接收，并且具有形成于其中的、与入口和出口处于流体连通的圆锥形凹部，并且本体具有朝圆锥形凹部凸出的圆锥形凸出部。弹簧可操作性地接合柱塞，以使柱塞朝圆锥形凸出部偏置，使得圆锥形凸出部至少部分地由圆锥形凹部接收。当喷嘴本体内的压力增大时，柱塞可克服弹簧的偏置而被推动且被推离圆锥形凸出部，以增加通过圆锥形凹部的通流面积。

另一个实施例涉及提高具有接触轨道铁轨的轮的运载工具的铁轨附着力的控制器和方法。可控制从介质储存器到喷嘴的牵引材料流。控制从空气储存器到喷嘴的加压空气流。可用牵引材料冲击在轮前面的铁轨的接触面，以移除碎片，或者改变铁轨的表面粗糙度。可取决于运载工具行进状况或位置信息来调节喷嘴的定向，以相对于接触面保持确定的定向。运载工具行进状况可包括下者中的一个或多个：轮遇到转弯、运载工具上坡和运载工具下坡。喷嘴可响应于运载工具行进状况或位置信息沿横向移位，以及/或上下移位。

可响应于下者中的至少一个，来控制通过喷嘴的牵引材料的流率或速度：运载工具相对于铁轨的速度、铁轨上的碎片量、铁轨上的碎片的类型、牵引材料实际移除的铁轨上的碎片的量或类型的受控环路反馈、铁轨的类型、铁轨的接触面的状况、指示接触面的感测振动、至少部分地基于检测到轮在铁轨上的打滑或测得的附着力的受控环路反馈，以及包括轮的运载工具的地理位置。可检测和/或监测空气供应或介质储存器(如果使用了的话)中的压力水平，并且取决于该压力，当压力水平在确定的压力范围中时，可施用牵引材料。

可通过启用与介质储存器处于流体连通的空气压缩机来提高介质储存器中的压力水平。该方法可包括将介质阀控制到关闭位置，以阻止牵引材料流到达喷嘴，并且用加压空气冲击接触面铁轨。该方法可包括通过沙分配器将沙层从介质储存器分配到铁轨上。可取决于运载工具行驶经过轨道的转弯或坡来控制牵引材料的施用。另外，牵引材料的施用可取决于运载工具相对于下者中的一个或多个的位置：交叉口、住宅区或基于对噪声、灰尘或者加压空气流引起的被推动物体的敏感度而规定的区。用于确定运载工具位置(诸如在接近交叉口时)的适当的方法可包括存储的地图数据、在已知路线上行进的计算距离、全球定位卫星(GPS)数据、路边装备信号等。规定的区可包括安全区域，并且可为动态的。例如，如果铁路站场雇员要携带具有半径(x)的发信号装置，则可感测该发信号装置的任何系统将确定雇员在半径(x)之内，而且因此在牵引力系统运行时，可受到高速牵引材料甩出的碎片的影响。此外，该方法可包括在喷嘴被阻塞的情况下或当喷嘴被阻塞时，清洁喷嘴。可定期地或者响应于一些感测参数(诸如牵引力等)进行清洁。

因为运载工具操作员可能不知道可用的牵引力，一个实施例包括在系统正试图提高牵引力时提醒操作员的发信号机构。也就是说，当检测到打滑时，或者如果系统任务被授权，还有信号让操作员知道存在需要更大牵引力的状况。这个信息可允许指示喷嘴或一个或多个喷嘴未对准或被阻塞，牵引介质储存器是空的，或者存在需要注意的一些状况。另外，可收集关于打滑和/或需要提高牵引力的信息，并且将其报告给用于产生指示网络状况的网络图的数据库或等效物。另外，这个收集到的信息可馈送到网络管理程序中，以至少部分地基于牵引模型而使用报告的打滑数据，来更好地分配对象在网络中的移动和计划安排。可在抵达/离开目的地处收集数据，或者可通过使用无线数据以及上载到远程地点来接近实时地收集数据。

铁轨网络控制器可用于这样的铁轨网络，即，该铁轨网络具有通过铁路轨道连接的抵达/出发位置，而且通过该铁轨网络，多个机车可在轨道上从一个位置行进到另一个位置。铁轨网络控制器跟踪哪个机车具有牵引力管理系统，而且还基于牵引力管理系统提供给网络控制器的信息来跟踪哪个抵达/出发位置具有减少的牵引力情形。铁轨网络控制器通过下者中的一个或两者来响应于减少的牵引力情形：控制机车通过铁轨网络的速度，使得如果机车包括牵引力管理系统的话，则与不具有牵引力管理系统的机车相比，铁轨网络控制器不同地计算机车在具有减少的牵引力情形的位置处的起动或停车距离或时间；或者基于机车上存在或缺乏牵引力管理系统，以及基于在抵达/出发位置中的一个或多个处的减少的牵引力情形，来控制多个机车通过铁轨网络中的线路安排。

在一个实施例中，提供一种用于具有在铁轨行进的轮的机车的牵引力系统。该系统包括喷嘴，喷嘴定向成远离轮，并且构造成在压力下将沙和/或空气输送到铁轨的、与轮/铁轨接合部隔开的接触面。可选地，调整器可联接到机车的压缩空气供应上。调整器将供应到喷嘴的空气的压力降低成小于机车的制动管线中的空气压力。第二喷嘴和空气供应管可联接到各个喷嘴和调整器上，其中，空气供应管包括“T形”接头。单个电磁阀或螺线管可控制通过空气供应管线且到达各个喷嘴的加压空气流。备选地，可通过使用与各个喷嘴相关联的阀来获得单独的喷嘴控制。该系统可进一步包括下者中的一个或多个：开/关或启用/禁用开关，在“启用”或“开”模式中，开关允许系统运行；或者功能性装置，其选择性地阻止系统输送空气和/或沙。而且，轴驱动式压缩机可供应压缩空气。轴驱动式压缩机可机械地联接到发动机上，发动机用于在发动机运行时通过轴对压缩机提供扭矩。备选地，可使用马达驱动式压缩机。

在一个实施例中，提供一种用于运载工具的控制系统。该控制系统包括可控制流体地联接到喷嘴上的阀的控制器。牵引材料可选择性地通过喷嘴流到接触面，接触面在轮和路面的接合部的附近，但与接合部隔开。阀可响应于来自控制器的信号而打开和关闭。控制器可控制阀以对接触面提供牵引材料，或者可阻止牵引材料流到接触面。牵引材料的提供可响应于一个或多个触发事件，在触发事件的情况下，控制器将使阀打开，以及对喷嘴提供牵引材料。触发事件包括下者中的一个或多个：运载工具的附着力有限的运行、在运载工具的运行期间牵引力的损失或减少，以及要求提供牵引材料的人工命令的发生。阻止牵引材料流可响应于一个或多个阻止事件。阻止事件可包括运载工具进入规定的阻止区或者在规定的阻止区内、运载工具的安全锁接合、在运载工具的空气制动系统中的感测可用压力度量低于阈值压力水平、压缩机开/关循环型式的感测度量在确定的一组循环型式内，以及运载工具的速度或速度设置分别在确定的速度范围或确定的速度设置范围中。

在一个实施例中，提供一种用于使具有在铁轨上行进的轮的运载工具升级的套件，其中，铁轨的一部分是与轮/铁轨接合部隔开的接触面。该套件可包括：能够容纳微粒类型的牵引材料的可选介质储存器；空气源，其用于提供基于空气的牵引材料，并且能够具有下者中的一个或多个：在牵引材料离开喷嘴之前测得的大于100psi(大约689500帕斯卡)的压力、在牵引材料离开喷嘴时测得的大于100立方英尺每分钟(2.83立方米每分钟)的流率，或者在牵引材料冲击接触面时测得的大于150英尺每秒(大于45米每秒)的速度；以及与空气源处于流体连通的喷嘴，其能够接收基于空气的牵引材料，以及将基于空气的牵引材料引导到接触面。喷嘴可选地可具有：本体，其限定通过其中的通路，并且具有接受牵引材料的入口和将牵引材料分配到接触面的出口；以及调节机构，其定位在通路内，并且能够在第一位置和第二位置之间移动，以调节通路的通流面积，而且可选地，喷嘴可设置在多个铁轨之上，以及在水平方向上设置在多个铁轨之间。这将相对于铁轨定向成从多个铁轨朝外。

套件可包括与可操作来检测运行数据的传感器电连通的控制器。控制器可取决于运行数据来改变牵引材料相对于接触面的入射角。

在一个实施例中，运载工具包括第一动力轮轴和第二动力轮轴。第一动力轮轴在运载工具的一端附近，而第二动力轮轴则离该运载工具端较远，并且第二动力轮轴联接到轴颈箱上，轴颈箱在运载工具行驶经过转弯期间不平移。牵引力管理系统联接到第二动力轮轴的轴颈箱上。可选地，运载工具可包括第一操作员驾驶室和第二操作员驾驶室，而且各个操作员驾驶室在运载工具的相应的远端处。将牵引力管理系统安装到第二动力轮轴上可允许运载工具如期望的那样向前或向后行驶，或者用于向前或向后，同时保持基本恒定的牵引力性能水平。当然，在一些情况下，可为合乎需要的是具有针对所有动力轮对轨道提供有所提高的牵引能力的牵引力管理系统，但这可能要求喷嘴位于运载工具的两端处(如在其它实施例中中构想到的那样)，从而提高系统成本和复杂性。因而，可通过将喷嘴定位成远离前导动力轮轴来使用在“方向”上不同的机车模型。这将在运载工具使用方面提供柔性，并且潜在地减少在铁路站场中建列车期间所需的管理监督。另外，因为第二动力轮轴在转弯时不“转向(steer)”，所以喷嘴对准(使得牵引材料流碰撞接触面)在目标性能上可接近百分之一百。

以上描述意于为说明性的，而非限制性的。例如，上面描述的实施例(和/或其方面)可与彼此结合起来使用。另外，可作出许多改变，以使特定的情形或材料适合于本发明的教导，而不偏离本发明的范围。虽然本文描述的材料的尺寸和类型意于限定本发明的参数，但它们决不是限制性的，而是示例性实施例。在审阅以上描述之后，许多其它实施例对本领域技术人员将是显而易见的。因此，应当参照所附权利要求以及这样的权利要求被赋予的等效方案的全部范围来确定本发明的范围。在所附权利要求中，用语“包括”和“其中”用作相应的用语“包含”和“在其中”的标准语言等效物。此外，在所附权利要求中，用语“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等仅作为标记使用，并且它们不意于对它们的对象施加数字或位置要求，除非另外有陈述。

如本文所用，以单数叙述或以词语“一个”或“一”开头的元件或步骤应理解为不排除所述元件或步骤的复数，除非明确陈述了这种排除。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不意图解释为排除也结合了所叙述的特征的另外的实施例的存在。此外，除非明确陈述了相反的情况，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定的属性的元件或多个元件的实施例可包括不具有那个属性的另外的这样的元件。

本书面描述使用示例来公开本发明的若干实施例，包括最佳模式，并且还使本领域普通技术人员能够实践本发明的实施例，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (13)

1.一种用于运载工具的系统，包括：

能够容纳包括微粒的牵引材料的介质储存器；

与所述介质储存器处于流体连通的喷嘴；

与所述介质储存器和所述喷嘴处于流体连通的介质阀，能够在第一状态和第二状态之间控制所述介质阀，在所述第一状态中，所述牵引材料流过所述介质阀且流到所述喷嘴，在所述第二状态中，所述牵引材料被阻止流到所述喷嘴，并且在所述第一状态中，所述喷嘴从所述介质储存器接收所述牵引材料且将所述牵引材料引导到与轮/路面接合部隔开的接触面，使得所述牵引材料冲击所述接触面，并且从而改变所述接触面对于后续接触的轮的附着力或牵引能力；

能够容纳一定量的加压空气的空气储存器，所述空气储存器与所述喷嘴处于流体连通；

与所述空气储存器和所述喷嘴处于流体连通的空气阀，能够在第一状态和第二状态之间控制所述阀，在所述第一状态中，所述加压空气流过所述空气阀，并且流到所述喷嘴，而在所述第二状态中，所述加压空气被阻止流到所述喷嘴；

压力容器，其与所述介质储存器的输出、所述空气储存器的输出和所述介质阀的输入处于流体连通；

配料阀，其定位在所述介质储存器和所述压力容器之间，能够在第一状态和第二状态之间控制所述配料阀，在所述第一状态中，所述牵引材料流过所述配料阀，并且流到所述压力容器，而在所述第二状态中，所述牵引材料被阻止流到所述压力容器；以及

第二空气阀，其定位在所述空气储存器和所述压力容器之间，能够在第一状态和第二状态之间控制所述第二空气阀，在所述第一状态中，加压空气流过所述第二空气阀，并且流到所述压力容器，而在所述第二状态中，所述加压空气被阻止流到所述压力容器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括控制器，其操作来控制通过所述喷嘴的加压空气、牵引材料或加压空气和牵引材料两者的流率。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成响应于指示牵引力的水平的信号，并且基于所述信号来改变所述流率。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，经改变的形态具有高度大于0.1微米且小于10毫米的尖峰。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统安装在运载工具上，而所述轮联接到同一运载工具的动力轮轴上。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷嘴由第一轴颈箱支承。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一轴颈箱是在所述运载工具的行进方向上的前导轴颈箱，或者如果所述运载工具可操作来向前和向后移动，则所述第一轴颈箱是前导或尾随的，这取决于所述运载工具相应地是在向前还是在向后行进。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述运载工具包括所述第一轴颈箱和第二轴颈箱，其中，所述第二轴颈箱是在所述运载工具的行进方向上的前导轴颈箱，以及其中，所述第一轴颈箱在所述运载工具的行进方向上定位在所述第二轴颈箱后面。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一轴颈箱在所述运载工具行驶经过转弯期间不平移，并且从而与安装在行驶经过转弯期间会平移的前导轴颈箱或尾随轴颈箱上的对应的喷嘴相比，所述喷嘴在转弯期间保持更直接地对准所述接触面。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统安装在为包括多个联结的运载工具的列队的一部分的运载工具上，而所述后续接触的轮联接到所述列队中的不同的运载工具上。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷嘴包括第一半部和第二半部，所述第一半部和所述第二半部在运行模式期间协作来限定约束，并且所述第一半部和所述第二半部在清洁模式期间能够彼此分开。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括推力冲头机构，所述推力冲头机构能够通过由所述喷嘴限定的孔口而施用，以在阻塞物卡住所述喷嘴的情况下去除这种阻塞物。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，进一步包括气动或电磁促动器，其联接到所述推力冲头上，并且能够响应于来自控制器的信号而动作以去除阻塞物。

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