浅析双动力 48磨头钢轨打磨车与进一步优化设计
王国江
（中国铁路西安局集团有限公司工务机械段 陕西西安 710054 ）
摘要：综述了钢轨打磨的必要性，基于双动力 48磨头钢轨打磨车的起源以及优势，结合现场实际应用，重点介绍了双动力 48磨头钢轨打磨车的社会效益和和经济效益 ,分析了集尘装置和打磨小车的缺陷并提出相关优化建议，为后期钢轨打磨车的研制和开发提供建议。 关键词：双动力源；钢轨打磨车；优化设计
近年来，随着我国列车轴重、行车速度的提高和行车密度的增加，钢轨病害日益凸显。同时，线路铺设状况、运营气候条件、轨道曲线半径、轮轨润滑状态等因素均影响着钢轨随机产生的病害，如波磨、裂纹、剥离、压溃及肥边等 [1]。钢轨病害不仅会引起轨道结构的变形，还会严重影响轨道的平顺性，如果不能对钢轨病害进行及时处理与清除，将会导致轮轨关系进一步恶化，对交通安全和稳定构成严重威胁。同时，也会增加铁路维修人员的工作量，造成人力、物力和财力的浪费。因此，结合钢轨病害形成机理和原因，深入分析处理钢轨病害的措施，提出了最有效的手段是对伤损钢轨进行钢轨打磨 [2]。 基于此，本文以双动力 48磨头钢轨打磨车现场实际应用为依据，对双动力 48磨头钢轨打磨车加以客观评述，指出钢轨打磨车缺陷并提出优化设计方案，为后续钢轨打磨车研制提供一定的参考。 1 双动力 48磨头钢轨打磨车概述 双动力钢轨打磨车的提出 (1)我国钢轨打磨车主要以内燃机为主，采用液压 /液力传动走行或作业。随着我国铁路事业的不断发展，铁路电气化率越来越高，为电力电传动应用于钢轨打磨车提供了发展空间 [3]。同时，内燃机燃油效率低污染环境，石油资源不可再生，燃油价格提高，钢轨打磨车使用、养护维修成本不断提高，发展电力电传动代替内燃机是必然趋势 。 (2)在实际生产使用中，钢轨打磨车作业速度缓慢、工作量大、作业时产生大量粉尘及有害物质，对作业人员身体健康产生重要影响。特别在长大隧道内打磨作业时因通风不良，内燃机自身排放的废气会造成内燃机过热或所排废气循环进入通风冷 却系统造成发动机停机，从而严重影响作业效率，若能将电力电传动应用于钢轨打磨车，将很大程度上克服以上缺陷 [4]。 (3)铁路供电网存在分相区，如果只采用电力电传动，钢轨打磨车进入分相区、非电气化铁路时无法使用电力驱动，所以必须具备另一动力源来解决这一问题，即为钢轨打磨车提供双动力源 [5]。 双动力钢轨打磨车技术路线的确定 目前，国内外存在的双动力源主要形式有内燃 +蓄电池、电力 +蓄电池、电力 +内燃三种模式，由于打磨作业时需要的功率大，蓄电池成本高、比能量低、质量和体积大等技术问题一直未能得到有效解决，以目前的蓄电池技术，很难满足钢轨打磨大功率需求，蓄电池作为双动力源难以在钢轨打磨车中得到应用。 采用电力 +内燃的双动力模式，仅在供电电源端有所不同，且两种动力源共用一套牵引传动系统，受到制约少，应用较灵活，既能满足在电气化线路且接触网不停电时以接触网电力作为动力源，通过分相区作业时启动内燃发动机，又在非电气化线路或接触网停电情况下，以内燃为动力源，可实现钢轨打磨车在行驶或作业过程中两种动力源之间无缝转换 [6]。 双动力钢轨打磨车优势 通过现场实际应用，双动力钢轨打磨车优势主要有： (1)社会效益方面：以电能作为动力源，减少石油能源消耗，降低了如 CO2、 SO2及 NOx等有毒有害气体的排放和噪音污染，特别在长大隧道打磨作业时降低了对作业人员的健康危害，同时避免了内燃机过热停机现象，保证了打磨效率。 (2)经济效益方面：节约养护维修成本，由于内燃钢轨打磨车采用液力 /液压传动，日常保养量大，液压器件及橡胶保护装置易老化或破损，渗油或漏油易发生并存在火灾隐患。电力电传动维护简单，维护成本低。依据现场实际应用情况，每天内燃供电 3小时，大约消耗柴油 850L左右，柴油按 7.5元 /升，每月作业 22天，每年成本约为 850×22×12×7.5=168.3万元。采用接触网供电，电功率为 1040千瓦，每千瓦时为 1.5元，每年成本约为 1040×3×22×12×1.5=123.6万元，年节剩成本约 44.7万元。按照整车使用寿命 25年计算，全寿命周期内可节约成本 1117.5万元。 2 双动力 48磨头钢轨打磨车优化 2.1 集尘装置的优化 钢轨打磨列车在打磨钢轨的作业中产生大量的铁屑等粉尘，极大的危害作业人员的身体健康和污染铁道周围的环境，为此，打磨列车上配备了专用的集尘装置并能对粉尘进行定期清理，其工作效果的好坏直接影响着整个钢轨打磨作业的质量。同时，其设计结构的合理性极大的影响了作业人员保养时的劳力安排及工作效率。下面就集尘装置设计结构提出建议并优化。 (1)存在问题：双动力 48磨头钢轨打磨车集尘装置设置于车体内部且为非自动卸渣系统，铁粉等粉尘收集在抽屉内，在清理打磨粉尘时对作业人员健康造成威胁，增加了作业人员数量、劳动强度和工作量。内置集尘装置通风不良，易引起温度传感器报警，影响工作效率。同时，柴油发电机组与集尘装置安装于同节车，铁屑粉尘易引起绝缘装置不良，存在安全隐患。 (2)优化方案：双动力 48磨头钢轨打磨车集尘装置因设置于车体外部，抽屉排渣改用自动单螺旋卸渣系统。通过优化，可减少铁粉等对作业人员的危害，节省至少 60%的劳力和工作量，极大的提高工作效率。 2.2 打磨小车的优化 双动力 48磨头钢轨打磨车的作业机构为打磨小车，每个打磨小车有四个打磨单元 ,每个打磨单元有 2台打磨电机，每个打磨单元都有角度控制装置，角度控制装置安装在打磨小车构架中，在打磨过程中能控制作业机构在 -25°~70°之间进行打磨，从而实现打磨钢轨的顶面、肥边，修复轨廓的功能。因此 ,打磨小车具有十分重要的地位和作用。 下面结合实际应用就打磨小车控制装置和应急装置提出建议并优化。 (1)存在问题：每台作业车都有两个打磨小车升降控制箱，打磨小车升降控制箱控制打磨小车的气钩解锁、小车的升降以及紧急泵启动控制。由于车钩解锁开关、紧急泵开关为自复位开关，在日常作业中操作不便，紧急情况下需两人才能操作打磨小车升降控制箱。同时，打磨小车无远程控制按钮，在长大隧道作业时，对作业人员健康构成危害。 (2)优化方案：结合工作需要，将自复位车钩解锁开关、紧急泵开关设计为拨动开关，操作简便且效率高。司机操作控制台位置安装打磨小车远程控制按钮，实现打磨小车远程下架和收车，长大隧道作业时减少噪音和铁屑等风尘对作业人员的危害。 结语 (1)依据现场实际应用情况，双动力 48磨头钢轨打磨车养护维修成本低、环境污染少、噪音小，特别在长大隧道作业时不易引起发动机过热停机，对作业人员健康威胁少，社会经济效益显著，适合在钢轨打磨领域推广应用。 (2)通过对集尘装置和打磨小车的优化，改善了现场人员作业环境，提高了工作效率，节省了劳动力。同时，为后期钢轨打磨车的研制提供建议。 参考文献： [1]郭秀琴 .铁路钢轨打磨研究 [J].科技与企业 ,2013(24):390. [2]贺轩毅 .钢轨打磨问题浅析 [J].科协论坛 (下半月 ).2012(01):43-44. [3]江奕 .钢轨打磨列车 [M]北京：中国铁道出版社， 2008. [4]龙洙 ,顾子兴 .论液力传动内燃机车的效率和经济性问题 [J].铁道机车与动车 ,1982(3):30-36. [5]许建明 .电力 /内燃双动力铁路大型养路机械研究 [J].机车电传动 ,2015(02):77-80. [6]杨建昌 .双动力 48磨头钢轨打磨车研制 [J].中国机械工程， 2019(02):365-371.
