CN109664914A - 一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，包括：车体、铁轨踏面、轮对、中央控制中心、一号激光输出柜、二号激光输出柜和压缩空气控制模块；所述车体在铁轨踏面上通过轮对运行；在所述车体的中部设置中央控制中心；在所述中央控制中心的两侧分别设置有一号激光输出柜和二号激光输出柜；在所述中央控制中心的底端设置压缩空气控制模块；在所述铁轨踏面和轮对的上端均设置激光输出管和空气输出管。本装置设计合理，使用便利，工作效率高，便于推广。

Description

一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统

技术领域

本发明涉及机械制动技术领域，尤其是涉及一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统。

背景技术

我国机车的机械制动方式主要分为闸瓦制动和盘形制动。闸瓦制动的主要特点是制动时闸瓦直接作用在踏面，将巨大的动能转化为热能消散在空气中；缺点是摩擦会造成踏面的擦伤，热量升高到一定程度时会出现异常磨损、裂纹和剥离等安全隐患，目前已经逐渐淘汰。盘形制动的主要特点是使用机车轮对车轴或者轮辋两侧安装制动盘和制动夹钳和4个制动闸片作为基础制动，制动效能好，由于作用力不在轮对踏面上，盘形制动可以大大减轻轮对踏面热负荷和机械磨耗；轮对踏面圆润光滑，天气良好时粘着性能好；缺点是下雨天由于踏面光滑，踏面上容易聚集水、油脂和铁锈的混合物，造成粘着力降低，由于空转发挥不出牵引力，造成大吨位货运列车爬坡性能低下。

传统的机车防空转系统称为撒沙装置，撒沙装置的作用原理：机车轮对踏面粘着力降低时会发生空转，空转会导致轮对在短时间内某一高速转动，严重的会使轮对踏面与钢轨摩擦造成擦伤和钢轨接触面凹陷，为了防止机车轮对踏面粘着力降低，使用了沙子作为介质，用沙箱储存的沙子，经过压缩空气吹出沙管，送到机车轮对踏面处，经过机车轮对的碾压，成为固态粉末，在雨天破坏铁锈和水的混合物的粘度和浓度，吸收踏面污物，天气干爽时，填平钢轨凹陷，恢复机车轮对的粘着力；针对启动困难或者为了紧急制动，使用的撒沙装置，如果发生紧急制动出现防控转/防滑行保护，会自动撒沙。如果必要的话，人为干预可以使用司机室内整体脚踏板处的脚踏开关撒沙。

撒沙装置的缺陷：性能不可靠。机车的沙管经常发生堵塞或者出沙量少时不但不能阻止空转的发生，恢复粘着力，碾碎的固体粉末遇水变成泥浆，更不利于启动；在实践过程中发现由于盘形制动机车踏面没有擦伤非常光滑，雨天附着在踏面的污物更易造成粘着力下降，撒沙装置对于盘形制动机车轮对踏面没有清洁作用，对恢复粘着力也不理想，全国各路局出台各项措施，却难以有效防止坡停救援事件的发生。

在雨天行车，机车拉载货物的机车不仅启动的时候需要较好的粘着力来发挥牵引力，使列车起动，在运行中爬长大上坡道，也需要机车有较好的粘着力，如果运行中机车牵引车辆爬坡，机车轮对的粘着力降低，发挥不出机车的牵引力，列车的速度也会逐渐降低，并伴随机车轮对空转，长期运行会机车轮对踏面偏磨，造成轮对不圆，运行会轮子跳动，不断的锤击钢轨，容易造成钢轨断裂，对安全运输生产造成严重安全隐患。

随着机车速度越高，撒沙装置对机车防空转的作用越小。粘着系数随着机车运行速度提高而降低，机车在运行中，会产生冲击、振动和蛇形运动，动轮在钢轨上会发生纵向和横向滑动。而钢轨表面不平整，运行速度越高，这些现象越严重，沙粒附着于踏面越困难，作用越小；撒在钢轨上的沙子会掉落到轨道岔尖上的滑板上，堆积到一定程度影响滑板润滑和岔尖的可靠移动，需要人工定时清扫维护机车单机紧急制动时，撒沙装置会自动撒沙，沙子是绝缘体，碾碎的沙子把机车轮对踏面与钢轨铺垫起来，起到隔离轮对与钢轨导电绝缘作用，使车站无法捕抓到机车位置的信号点，造成后部追随的列车发生追尾事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统。

为实现上述目的，本发明采用以下内容：

一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，包括：车体、铁轨踏面、轮对、中央控制中心、一号激光输出柜、二号激光输出柜和压缩空气控制模块；所述车体在铁轨踏面上通过轮对运行；在所述车体的中部设置中央控制中心；在所述中央控制中心的两侧分别设置有一号激光输出柜和二号激光输出柜，且一号激光输出柜和二号激光输出柜之间通过光纤连接；在所述中央控制中心的底端设置压缩空气控制模块；所述中央控制中心与一号激光输出柜、二号激光输出柜和压缩空气控制模块之间均通过电连接；在所述铁轨踏面和轮对的上端均设置激光输出管，且激光输出管分别与一号激光输出柜和二号激光输出柜之间光纤连通；在所述激光输出管的末端设置激光发射器头；在所述铁轨踏面和轮对的上端均设置空气输出管，且空气输出管与压缩空气控制模块连通；在所述空气输出管的底端设置压缩空气喷射管。

优选的是，所述轮对有六对，且分成两组，每组三对，并且均匀的设置在车体的底端；在第一、第三、第四和第六轮对上分别设置速度传感器，且速度传感器与中央控制中心之间通过导线连接。

优选的是，所述压缩空气喷射管包括双向喷射管和单向喷射管；在所述铁轨踏面上端的空气输出管的底端设置单向喷射管；在所述轮对上端的空气输出管的底端设置双向喷射管；所述双向喷射管包括一号管道和二号管道；所述一号管道和二号管道分别设置在轮对的上端前后两侧，并且在一号管道上和二号管道上分别设置阀门；所述阀门与中央控制中心之间电连接。

优选的是，所述空气输出管有八对，六对设置在轮对的上端，两对分别设置在车体左右两侧底端的铁轨踏面的上端。

优选的是，所述激光发射器头分为单束激光输出头和多束激光输出头；所述多束激光输出头设有三个输出口，且可开启一个输出口或同时开启两个输出口或同时开启三个输出口；所述单束激光输出头的激光输出能量为5J；所述多束激光输出头的激光输出能量分别为5J、5J和5.5J。

优选的是，所述铁轨踏面上端的激光发射器头为多束激光输出头；所述轮对上端的激光发射器头为单束激光输出头。

优选的是，所述激光输出管有八对，六对设置在轮对的上端，两对分别设置在车体左右两侧底端的铁轨踏面的上端。

本发明具有以下优点：

本装置结构简单，设计合理，通过设置高压干燥风能吹扫系统和激光扫描除锈系统，利用特定频段激光作用于六个轮对踏面和铁轨踏面使铁锈和水吸收能量瞬间气化，而局部使用特定频率和功率激光，只作用于轮对踏面和铁轨表面，不会对踏面和钢轨有温升和烧蚀；高速时利用一定压力的压缩空气吹扫铁轨踏面和轮对踏面轮缘，去除油水渍，辅助激光除锈系统工作，恢复机车轮对粘着力，在机车不同工作状态相互配合达到除锈和恢复粘着力的作用，作用效果能恢复到干燥气候条件下机车最大粘着牵引力。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1是本发明的一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统结构示意图。

图2是本发明的工作示意图。

图3是本发明轮对的示意图。

图4是本发明铁轨踏面的纵剖图。

图中，各附图标记为：

1-车体，2-铁轨踏面，3-轮对，4-中央控制中心，5-一号激光输出柜，6-二号激光输出柜，7-压缩空气控制模块，8-激光输出管，9-空气输出管，10-双向喷射管，110-单向喷射管，101-一号管道，102-二号管道，111-单束激光输出头，112-多束激光输出头，12-过滤传感器，13-导线，141-B阀门，142-A阀门。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1至4所示，一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统包括：车体1、铁轨踏面2、轮对3、中央控制中心4、一号激光输出柜5、二号激光输出柜6和压缩空气控制模块7；所述车体1在铁轨踏面2上通过轮对3运行；在所述车体1的中部设置中央控制中心4；在所述中央控制中心4的两侧分别设置有一号激光输出柜5和二号激光输出柜6，且一号激光输出柜5和二号激光输出柜6之间通过光纤连接，当其中一个激光输出箱故障，另一台可以继续维持整台车的工作需要；在所述中央控制中心4的底端设置压缩空气控制模块7；所述中央控制中心2与一号激光输出柜5、二号激光输出柜6和压缩空气控制模块7之间均通过电连接；在所述铁轨踏面2和轮对3的上端均设置激光输出管8，且激光输出管8分别与一号激光输出柜5和二号激光输出柜6之间光纤连通；在所述激光输出管8的末端设置激光发射器头；在所述铁轨踏面2和轮对3的上端均设置空气输出管9，且空气输出管9与压缩空气控制模块7连通；在所述空气输出管9的底端设置压缩空气喷射管。

进一步地，所述轮对3有六对，且分成两组，每组三对，并且均匀的设置在车体1的底端；在第一、第三、第四和第六轮对3上分别设置速度传感器12，且速度传感器12与中央控制中心4之间通过导线13连接。

进一步地，所述压缩空气喷射管包括双向喷射管10和单向喷射管110；在所述铁轨踏面2上端的空气输出管9的底端设置单向喷射管110；在所述轮对3上端的空气输出管9的底端设置双向喷射管10；所述双向喷射管10包括一号管道101和二号管道102；所述一号管道101和二号管道102分别设置在轮对3的上端前后两侧，并且在一号管道101上和二号管道102上分别设置A阀门142和B阀门141；所述A阀门142和B阀门141与中央控制中心4之间电连接；此时当机车向方向一的方位移动时，通过中央控制中心4控制打开二号管道102上的B阀门141，更有利于对轮对3的踏面进行干燥处理；当机车向方向二的方位移动时，则通过中央控制中心4控制打开一号管道101上的A阀门142。

进一步地，所述空气输出管9有八对，六对设置在轮对3的上端，两对分别设置在车体1左右两侧底端的铁轨踏面2的上端。

进一步地，所述激光发射器头分为单束激光输出头111和多束激光输出头112；所述多束激光输出头112设有三个输出口，且可开启一个输出口或同时开启两个输出口或同时开启三个输出口；所述单束激光输出头111的激光输出能量为5J；所述多束激光输出头的激光输出能量分别为5J、5J和5.5J；单束激光功率30至35W，激光波长1064nm，脉宽范围8至120ns，频宽80至1000khz，光束质量M2<2，能量密度56.6J/cm²，因此铁轨上方多束激光输出头，输出的激光功率为35W，激光能量为5J；轮对上激光能量为5J，单束激光功率35W，该参数为低速测试数据，若为高时速运行时，激光参数可能部分或者整体调高或者到达某一段时速时进行提高。

进一步地，所述铁轨踏面2上端的激光发射器头为多束激光输出头112；所述轮对3上端的激光发射器头为单束激光输出头111。

进一步地，所述激光输出管8有八对，六对设置在轮对3的上端，两对分别设置在车体1左右两侧底端的铁轨踏面2的上端。

本装置的工作原理是：检测：机车的轮对3上安装速度传感器12，轮对3上每一个牵引电机特性相同，分配的电流相等，转速也相同，机车某一轮对3粘着力降低，发生空转，轮对3的转速发生变化，速度传感器12检测到第一和第三轮对3的速度值发生变化。

反馈：机车配备六个轮对3，两个转向架，一个转向架三个轮对3，第一、第三、第四、第六轮对3轴箱处安装速度传感器12，速度传感器12将变化的数值传输给机车的中央控制中心4；中央控制中心4根据机车牵引电流、牵引功率发挥和牵引力的变化，对一个转向架或者全部转向架的轮对3提供设定好的控制模式。

布局：六个轮对3及运行端各一处设置高压压缩空气喷射管，吹扫系统300-350kpa压缩空气管路，空气输出管9和压缩空气喷射管八对，两对用于吹扫铁轨踏面2，其余六对分别作用于六对轮对3的踏面和轮缘，在轮对3运转时，先利用空气吹扫轮对3的踏面和轮缘，使污物变得稀薄，再经过激光除锈处理，使踏面恢复干燥洁净恢复最高粘着力。

激光扫描除锈装置采用冗余设计，两套设备并联，八对16个激光扫描输出端，两对作用于铁轨踏面2正上方，六对分别设置于轮对3正上方藏于车体1内，有利于保护路边行人，扫描器扫描轮对3的踏面和轮缘，准确测量踏面和轮缘宽度对中，为除污除锈做准备。

机车连挂过程：机车进入连挂模式，机车以2km/h向车辆移动，激光扫描轮对3和铁轨踏面2，清洁挂车距离内的铁轨和轮对的踏面的污物，为起动列车做准备。

连挂始发过程：起动列车，激光扫描铁轨踏面2和轮对3的踏面，去除污渍，使列车正常启动。

停车再开过程：列车准备停车时，速度低于20km/h且机车处于制动状态时，激光除锈系统启动对铁轨踏面2和轮对3的踏面扫描除锈，为再次拉动列车做准备。

正常运行过程：当某一轮对3粘着力降低发生空转时，轮对3轴箱上安装的速度传感器12，将电信号传输至机车的中央控制中心4，中央控制中心4控制空气输出管9将压缩空气经过管路喷嘴向机车轮对3的踏面和轮缘进行2—3秒的空气吹扫，激光能电压从最大值降低到最低电压后，中央控制中心控制关闭激光扫描，然后吹扫管路阀门关闭，完成控制程序。

高速运行爬坡过程：机车需要最大程度恢复粘着力，轮对3轴箱上安装的速度传感器12，将电信号传输至机车的中央控制中心4，压缩空气经铁轨上端的喷嘴持续吹扫铁轨踏面2，铁轨上端的激光发射器头11清除铁轨踏面2上污渍，根据空转数值变化频率决定开启一道、二道或者是第三道激光除锈工作，中央控制中心4控制空气输出管9将压缩空气经过管路喷嘴向机车轮对3的踏面和轮缘进行2—3秒的空气吹扫，同时控制激光输出端工作，作用于踏面稀薄的污渍，维持输出功率降至恢复正常粘着力运行，前转向架三个轮对粘着力由于污物持续积累到一定程度时，使粘着力下降激发去污机制起动，前转向架压缩空气通过压缩空气喷射管吹扫，和激光发射器头工作，去污后进入待机状态。

人工干预：为了防止空转发生前和空转发生机制完成后出现的空挡影响机车粘着力下降，操纵人员判断为机车爬坡做预备，在司机驾驶室内设置人工干预装置，装置分一级和二级响应，人工一级响应单向喷射管110工作和多束激光输出头112工作，人工二级响应为除了后端的单向喷射管110和多束激光输出头112外，其他激光器和喷射管都工作。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，其特征在于，包括：车体、铁轨踏面、轮对、中央控制中心、一号激光输出柜、二号激光输出柜和压缩空气控制模块；所述车体在铁轨踏面上通过轮对运行；在所述车体的中部设置中央控制中心；在所述中央控制中心的两侧分别设置有一号激光输出柜和二号激光输出柜，且一号激光输出柜和二号激光输出柜之间通过光纤连接；在所述中央控制中心的底端设置压缩空气控制模块；所述中央控制中心与一号激光输出柜、二号激光输出柜和压缩空气控制模块之间均通过电连接；在所述铁轨踏面和轮对的上端均设置激光输出管，且激光输出管分别与一号激光输出柜和二号激光输出柜之间通过光纤连通；在所述激光输出管的末端设置激光发射器头；在所述铁轨踏面和轮对的上端均设置空气输出管，且空气输出管与压缩空气控制模块连通；在所述空气输出管的底端设置压缩空气喷射管。

2.根据权利要求1所述的一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述轮对有六对，且分成两组，每组三对，并且均匀的设置在车体的底端；在第一、第三、第四和第六轮对上分别设置速度传感器，且速度传感器与中央控制中心之间通过导线连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述压缩空气喷射管包括双向喷射管和单向喷射管；在所述铁轨踏面上端的空气输出管的底端设置单向喷射管；在所述轮对上端的空气输出管的底端设置双向喷射管；所述双向喷射管包括一号管道和二号管道；所述一号管道和二号管道分别设置在轮对的上端前后两侧，并且在一号管道上和二号管道上分别设置阀门；所述阀门与中央控制中心之间电连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述空气输出管有八对，六对设置在轮对的上端，两对分别设置在车体左右两侧底端的铁轨踏面的上端。

5.根据权利要求1所述的一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述激光发射器头分为单束激光输出头和多束激光输出头；所述多束激光输出头设有三个输出口，且可开启一个输出口或同时开启两个输出口或同时开启三个输出口；所述单束激光输出头的激光输出能量为5J；所述多束激光输出头的激光输出能量分别为5J、5J和5.5J。

6.根据权利要求5所述的一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述铁轨踏面上端的激光发射器头为多束激光输出头；所述轮对上端的激光发射器头为单束激光输出头。

7.根据权利要求1所述的一种用于盘形制动货运机车恢复粘着力的系统，其特征在于，所述激光输出管有八对，六对设置在轮对的上端，两对分别设置在车体左右两侧底端的铁轨踏面的上端。