地鐵工程車高壓清洗機控制分析

邸廣杰 邵加鼎 王道永

【摘 ?要】高壓清洗機在地鐵工程車中扮演了重要的角色，主要功能為清洗絕緣子和隧道壁等。在北方地區(qū)使用高壓清洗機，解決好防凍防凝問題十分重要。本文介紹了一套控制方式，可以高效的保證高壓清洗機在有水狀態(tài)下啟動，并在結(jié)束作業(yè)后快速的排空高壓清洗機及出水管路中的存水。

【關(guān)鍵詞】高壓清洗機;防凍防凝;

引言

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，道路擁堵日益嚴(yán)重，為了解決這一問題，各大城市對地鐵的需求日益增強，因此我國各地政府大力修建城市軌道交通。用于隧道檢修及維護(hù)作業(yè)的地鐵工程車運營頻率也不斷提高，地鐵運營時間受限于“天窗時間”，作業(yè)時間緊，工作任務(wù)重。因此，地鐵工程車需要快速、高效的完成作業(yè)任務(wù)。

在地鐵工程車各種作業(yè)功能中，高壓清洗功能顯得尤為重要，多種地鐵工程車配置有高壓清洗功能，我司設(shè)計的一輛名為“接觸網(wǎng)維修作業(yè)車”上配置了一臺高壓清洗機，該車輛交付并運營于各大城市地鐵車輛段，在北方城市，冬季施工作業(yè)過程中，需要處理好高壓清洗機泵內(nèi)及管路防凍防凝要求。本文通過實際應(yīng)用，設(shè)計了一套高壓清洗機的控制方式，可以高效的保證高壓清洗機在有水狀態(tài)下啟動，并在結(jié)束作業(yè)后快速的排空高壓清洗機及出水管路中的存水。

1.設(shè)備簡介

接觸網(wǎng)維修作業(yè)車是我司總體設(shè)計，關(guān)鍵部件由國內(nèi)外知名廠家共同開發(fā)設(shè)計的專用接觸網(wǎng)維修作業(yè)車，該車專為地鐵維保中心在正線、車輛段及停車場內(nèi)接觸網(wǎng)特殊檢修作業(yè)（包括接觸網(wǎng)動態(tài)檢測、高凈空檢修及絕緣子清洗等作業(yè)）、接觸網(wǎng)換線或搶修時可與接觸網(wǎng)輔助放線車編組作業(yè)。

高壓清洗系統(tǒng)包括水箱、常壓鋼絲橡膠軟管、高壓清洗機、高壓橡膠軟管、喉輥、雙噴槍。水箱位于車體下部，通過2米長DN20常壓鋼絲橡膠軟管到達(dá)高壓清洗機;喉輥位于固定作業(yè)平臺上，水流經(jīng)過DN10高壓橡膠軟管-DN20鋼管-DN10高壓橡膠軟管-喉輥-噴槍。如圖1所示。

該清洗機具有保護(hù)裝置，能確保操作安全，水流經(jīng)水槍噴出后形成30 -50°均勻扇面，有效清洗區(qū)域為水槍噴嘴150mm左右，距水槍噴嘴150mm 外的扇面基本霧化，水流輕柔，水槍開關(guān)設(shè)置在把手處，為連續(xù)式開關(guān)，即松開開關(guān)，水槍停止工作，在操作過程中，如果水槍不慎脫手，不會對操作人員造成傷害， 同時，該設(shè)備設(shè)有水循環(huán)系統(tǒng)，即在停槍過程中，不產(chǎn)生壓力。

高壓沖洗的泵頭工作主要是靠水來潤滑冷卻的。如果進(jìn)水不足會造成冷卻和潤滑不良好、壓力不足，長時間運行可能造成設(shè)備報廢。因此，系統(tǒng)設(shè)置了低液位傳感器，當(dāng)水箱液位過低或者不足時，限制水泵的運行，保證水泵不會出現(xiàn)長時間空轉(zhuǎn)狀態(tài)。觸發(fā)水箱低液位傳感器時，水泵會自動停止運行并無法啟動，但水箱底部及出水管路還會有積水存在，要想排空水箱，通常的做法是操作人員打開水箱底部的排水口。水箱安裝于車體底部，當(dāng)接觸網(wǎng)維修作業(yè)車在隧道中作業(yè)時，操作人員需要下車進(jìn)入隧道，徒手打開水箱排水口，這種操作方式，有安全隱患、效率低并且無法排空出水管路內(nèi)的積水。如果不排空水箱及出水管路內(nèi)的積水，在北方地區(qū)，冬天天氣寒冷，清洗機出水管為DN10高壓膠管，管徑細(xì)，管長約22m，如管內(nèi)或泵內(nèi)有存水，易凍壞膠管或柱塞泵，不僅造成損失，且影響清洗工作正常進(jìn)行，問題十分突出，另一方面冬季水溫較低時也影響清洗效果，為了在北方地區(qū)使用高壓清洗機，解決好防凍凝問題十分重要。

2.控制系統(tǒng)

綜合考慮高壓清洗效果和防凍凝需求，可以從3方面著手做好防凍凝工作：一是對水箱進(jìn)水進(jìn)行加熱后供高壓清洗機使用;二是對水箱增加保溫防凍措施;三是優(yōu)化改進(jìn)操作工藝，保證冬季清洗效果和盡量減少停機后的系統(tǒng)內(nèi)存水。

本文從第三方面出發(fā)，設(shè)計了一套高效、安全的操作工藝，既保證高壓清洗機不會出現(xiàn)缺水狀態(tài)下長時間空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，同時可以高效、安全的排空水箱底部、出水管及泵內(nèi)的積水。大大的提高了操作人員的工作效率和安全。下面介紹一下本套操作工藝的控制系統(tǒng)。如圖2所示：

本套控制系統(tǒng)包括低液位傳感器、低液位傳感器繼電器、停止按鈕1、啟動按鈕1、高壓清洗機接觸器、停止按鈕2、啟動按鈕2、排水繼電器、時間繼電器（20S）。

低液位傳感器安裝于水箱底部，低液位傳感器為音叉物位開關(guān)。音叉物位開關(guān)是基于音叉振動原理的點位測量產(chǎn)品;該儀表具有穩(wěn)定性高、測量精度高、應(yīng)用場合廣等優(yōu)點;相比傳統(tǒng)的音叉物位開關(guān)，產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，并配有指示燈，使用戶能夠直觀地獲取所需的信息，方便了設(shè)定和維護(hù)。音叉振動原理是以共振理論為基礎(chǔ)。在物理學(xué)上共振是一個運用頻率非常高的專業(yè)術(shù)語。共振的定義是兩個固有振動頻率相同的物體，當(dāng)一個發(fā)生振動時，引起另一個物體振動的現(xiàn)象。系統(tǒng)受外界激勵，作強迫振動時，若外界激勵的頻率接近于系統(tǒng)頻率時，強迫振動的振幅可能達(dá)到非常大的值，這種現(xiàn)象叫共振?？梢?，產(chǎn)生共振的重要條件是：物體要有彈性，而且一件物體受外力的周期性作用時，其固有頻率要與外來的頻率相同或基本相近?；诖嗽?，音叉以壓電晶體作為激勵源，激起具有固有頻率的彈性叉體（或棒體）產(chǎn)生共振。共振頻率通過后級數(shù)據(jù)系統(tǒng)采集，對振動頻率實時監(jiān)控，根據(jù)需求，對監(jiān)控到的頻率變動進(jìn)行處理，以繼電器或其他方式進(jìn)行輸出。音叉技術(shù)測量結(jié)果精度高，適用場合廣，是目前點位監(jiān)控產(chǎn)品中，應(yīng)用最廣泛的測量技術(shù)之一。

圖3 ?液位傳感器的安裝方式

低液位傳感器采用了水平安裝的形式，如圖3所示。圖中MAX表示高液位傳感器，MIN表示低液位傳感器。

當(dāng)水箱液位高于MIN傳感器時，低液位傳感器處于常閉狀態(tài)，低液位傳感器繼電器處于得電狀態(tài)，常開觸點K1為閉合狀態(tài)，此時點擊啟動按鈕1（自復(fù)位），高壓清洗機接觸器K2得電，常開觸點K2為閉合狀態(tài)，此時停止按鈕1—常開觸點K2—常開觸點K1—接觸器K2形成通電回路，高壓清洗機電機通電，高壓清洗機開始清洗工作。此狀態(tài)為高壓清洗機正常的啟、停操作。

當(dāng)水箱液位低于MIN傳感器時，低液位傳感器處于常開狀態(tài)，低液位傳感器繼電器處于失電狀態(tài)，常開觸點K1為常開狀態(tài)，此時停止按鈕1—常開觸點K2—常開觸點K1—接觸器K2回路自動斷電，通過啟動按鈕1也無法讓高壓清洗機正常運行。此狀態(tài)對高壓清洗機起到保護(hù)作用。

當(dāng)水箱液位低于MIN傳感器時，可通過啟動按鈕2來排空水箱底部及出水管路內(nèi)的積水，點擊啟動按鈕2，排水繼電器得電，常開觸點K3為常閉狀態(tài)，此時停止按鈕2—常閉觸點K4—常開觸點K3—排水繼電器K3形成通電回路，時間繼電器K4設(shè)置20S的觸發(fā)時間（可根據(jù)水箱水位調(diào)整），點擊啟動按鈕K2之后20S時間繼電器K4得電，常閉觸點K4為常開狀態(tài)，此時停止按鈕2—常閉觸點K4—常開觸點K3—排水繼電器K3回路自動斷電。高壓水泵工作20S之后自動停止，如果水箱底部及出水管路積水未全部排空，可再次點擊啟動按鈕2，如此反復(fù)操作，直至高壓水槍不出水，整個高壓系統(tǒng)內(nèi)積水全部排空。此狀態(tài)可在水箱液位低于MIN傳感器時，短暫啟動高壓清洗機來排空水箱、泵頭及出水管路內(nèi)的積水。

由上可以看出，本控制系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的操作工藝，更加高效、安全。并且已經(jīng)在我們接觸網(wǎng)維修作業(yè)車中得到了實際應(yīng)用，并取得了良好的效果。

3.結(jié)語

本文以地鐵接觸網(wǎng)維修作業(yè)車為載體，設(shè)計了一套高壓清洗機的控制系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的操作工藝，大大提高了地鐵接觸維修作業(yè)車在隧道內(nèi)使用高壓清洗機清洗隧道壁以及絕緣子的工作效率。并且在我們實際產(chǎn)品中得到了成功驗證，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：邸廣杰（1990-）男，山東濟南人，東北大學(xué)機械工程專業(yè)碩士，現(xiàn)就職于中車山東機車車輛有限公司，主要從事地鐵工程車研發(fā)設(shè)計工作。