机车撒砂装置设计方法研究

机车撒砂装置设计方法研究

戴宗泽

中车大连机车车辆有限公司     辽宁大连         116022

摘要 本文介绍了机车撒砂系统的组成和各部件的设计要求。结合国内外既有车型的撒砂系统，根据撒砂系统的技术特点和业主的需求及相关标准规定，结合近年来铁路牵引设备行业技术的发展，分析了机车的撒砂系统设计方法和要求。

关键词 机车 撒砂装置  撒砂管  撒砂器

1 前言

机车撒砂系统的作用是通过控制撒砂器，向轮轨之间喷洒砂子来增加车轮与钢轨之间的粘着系数，从而改善不良的轮轨间粘着，对确保机车安全起着相当重要的作用，因此撒砂系统的设计要充分考虑到系统的安全性、可靠性、可维护性及可用性要求。

2 撒砂装置总体设计要求

机车撒砂系统包括控制装置和执行装置，主要由截断塞门、调压阀、测试接头、电磁阀、空气管路、砂箱、撒砂器、撒砂管、撒砂支架等部分组成，其组成如图1所示。撒砂系统执行装置包括：撒砂器、撒砂管、砂箱等，撒砂器是利用压缩空气将砂子喷向轮轨之间的装置，砂箱和撒砂管是砂子的存储和流动通道。本文介绍了机车撒砂系统的功能、原理、系统组成、运用环境，重点分析撒砂执行装置的设计要求。

图 1 撒砂系统原理示意图

2.1 撒砂系统设计原则及禁忌

撒砂系统对于机车的安全运行至关重要。在机车要求的运用环境下，撒砂系统必须保证有效撒砂，即在规定时间内，按一定流速将砂子喷撒到轮轨之间，以有效的改善轮轨之间粘着情况。为保证有效撒砂，撒砂系统的压缩空气需要气压稳定且干燥、洁净，撒砂系统中的管路设计应减少弯头的使用数量。为提高撒砂系统的可维护性，系统应结构简单、可维护空间大，便于拆装维护。

不同型号的撒砂器、电磁阀与不同的撒砂控制方式混合使用。重力式撒砂装置采用全密封砂箱盖，密封与防水混淆。电磁阀距离撒砂器过远导致撒砂延迟。

2.2撒砂系统设计标准研读

TB/T3254-2011《机车动车用撒砂装置》和TJ/JW022—2014《机车撒砂控制技术要求》是机车撒砂装置执行的铁道行业标准，其中对撒砂装置的撒砂量和出砂口的位置进行了明确规定。

标准规定机车各撒砂装置的撒砂量应为0.3 L/min ~0.7 L/min；撒砂管出砂口位置为距踏面15 mm～30 mm、距轨面25 mm～30 mm，如图2所示。在业主无具体要求时应以此为设计依据，有具体要求时应以技术合同为准。

图2 出砂口位置示意图

2.3关键设计项点

出砂口位置应可调，具体位置需满足合同或标准要求；撒砂管可选用钢管或胶管，空间允许的条件下尽量选用胶管；撒砂胶管应具有良好的耐老化性能、钢管应具有耐磨性能；撒砂装置应采用重力式撒砂器，配合两位两通式电磁阀；砂箱位于车体时撒砂管应预留足够长度以适应转向架的曲线回转，同时避免撒砂管过长造成管内存砂；砂箱结构应利于砂子流动，砂箱盖应采用非密封结构且应防止雨水进入；砂箱盖安装后应开启自如，设计时应保证不与其他部件干涉，做好尺寸联系单及尺寸校核；撒砂风压应根据撒砂装置结构进行设定，风压应可调，建议设定为550kPa；采取电磁阀轴控方式，电磁阀安装尽可能靠近砂箱处；管路设计时撒砂器进风口空气流量尽量相等，应遵循横平竖直走向合理、美观大方、易维护等基本原则；带有操作功能的部件（如塞门等）应带有标识（或其他可区分的方式），必要时设置标牌。

3撒砂装置设计及选型方法

3.1 砂箱砂箱盖结构

砂箱体应尽量选用成型产品，当砂箱安装在转向架时砂箱做好防水设计和强度设计，砂箱吊耳应设计在箱体外部，避免雨水从安装孔进入砂箱体内，砂箱应进行保压试验。砂箱体的结构形式应有利于砂子的流动，砂箱底部应设计有导流板，砂箱结构设计时充分考虑机车限界、周边部件和撒砂器位置。进砂口和砂箱盖应保证装砂方便。砂箱盖应便于拆卸，开启、关闭应自如，无卡滞、生锈等，重力式撒砂器宜配合选用图3所示的非密封砂箱盖。

图3 砂箱盖示意图

砂箱体采用钢板焊接结构，建议材质：Q235B，箱体不同部位板厚不同，起悬挂作用的钢板应选用较厚的钢板，必要时设置加强筋，安装板厚8mm，后板厚5mm，建议前板、侧板厚3mm。图纸应对砂箱体的密封性提出技术要求。砂箱口处根据砂箱盖结构设计法兰盘并预留安装接口，砂箱底部根据撒砂器结构设计法兰盘并预留撒砂器安装接口，如图4所示。

1—前板 2—侧板 3—安装板 4—后板

图4 砂箱体结构示意图

3.2 撒砂器

    目前撒砂器分为压差式和重力式结构，压差式撒砂器主要用在电力机车，其对砂子质量要求较严格，因此基于现有应用经验和撒砂系统出现的各种问题建议新设计机车选用重力式撒砂器，重力撒砂器分为I型和II型，如图4、5所示。该撒砂器撒砂效率高，对砂粒无特别要求，目前运用中，效果较好，故障率较低。具体应用业绩见案例分析部分。

图5 I型撒砂器                         图6 II型撒砂器

其中II型重力式撒砂器尺寸较小，应用较广泛，可靠性高，其具体详细结构如图7所示。

1. 阀体  2.调节螺丝  3.锁紧螺母 4.阀盖 5.气咀一 6.气咀二 7.垫片 8.密封垫

9.螺栓   10.螺帽 11.堵

图7 撒砂器结构及装配图

该撒砂器主要由阀体（盛砂箱流出的砂子）、调节螺丝（调节撒砂量的大小）、螺帽(阻止阀内砂子流出)、气咀一（将阀内砂子吹出）、气咀二（将阀内砂子吹起）组成，，撒砂器外形及装配图如图7所示。撒砂器一般通过其阀体上（法兰面上）四个圆孔用四个M12X25的螺栓与砂箱的出砂口（开口向下）相连。风管连接在撒砂器进风口，撒砂器出口连接撒砂管，施工设计时充分考虑机车限界。

其工作原理是：由砂箱内的砂子自然流落到撒砂器的后腔即砂舱，由盖上的气咀二将砂子吹起来，由盖上的气咀一将砂子由阀体吹出，通过撒砂管撒在钢轨上，其撒砂量的大小，可通过调节阀盖上的调节螺钉调整。撒砂量应满足合同规定的范围要求，撒砂器结构便于拆卸维护。用户无具体要求可按0.3-0.7L/min。

3.3撒砂管和喷嘴[1]

撒砂管用于连接撒砂器和喷嘴，实现撒砂系统的撒砂功能。撒砂管可采用钢管或胶管。其中，钢管应耐磨且折弯角度和折弯半径不宜过小，钢管应经过耐磨热处理；采用胶管时，撒砂管应预留足够长度以适应转向架的曲线回转，同时避免撒砂管过长造成管内存砂。

喷嘴通过喉箍连接在撒砂管上。其中，喷嘴的出砂口位置是设计重点。当有用户要求时，应按照用户要求执行；当无用户要求时，出砂口位置建议依据一系垂向止挡间隙确定。

撒砂管支架应有足够的强度，起到支撑砂管的作用，砂管走势应顺畅，不宜出现明显折弯。

3.4调压阀

    出口内燃机车撒砂控制部分选用板式调压阀，并与截断塞门、测试接头组成集成气路板安装在机械间内。调压阀具有30kPa-900kPa范围内进行调节功能，流量为5L/s，出厂设定值为550kPa。

3.5 砂子质量

撒砂系统应适应用户的砂子颗粒要求，用户无要求需适应TB/T 3254 重力式撒砂装置用砂。

4 结论

撒砂系统对于机车的安全运行至关重要，本文介绍了机车撒砂系统的组成和各部件的设计要求，对于机车设计师和铁路机车应用工程师具体一定的指导作用。

参考文献

TB/T 3003-2013      机车车辆用截断塞门

TJ/JW 001B-2014     6A系统机车空气制动安全监测子系统技术条件

铁总运【2014】187号     中国铁路总公司关于印发《机车技术管理规则》的通知

TB/T3254-2011      机车动车用撒砂装置

TJ/JW022-2014      机车撒砂控制技术要求  

TB/T1392-2015      机车车辆电磁阀      

[1]撒砂管与撒砂阀之间的接口是否可以确定？