鐵路客車電加熱器除塵裝置設(shè)計(jì)

張健

（中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 濟(jì)南車輛段，山東 濟(jì)南250000）

隨著鐵路客車整備場對客車電加熱器除塵工作要求的逐步提高，加之現(xiàn)有的電加熱器加熱板除塵環(huán)境有待改善，客車電加熱器加熱板的除塵、除垢問題變得越發(fā)突出。列車上線運(yùn)行后，電加熱器的電加熱片將會落入塵埃、油污等附著物，在其通電運(yùn)行時(shí)可能會導(dǎo)致客車室內(nèi)有異味，甚至產(chǎn)生煙霧，因而必須定期除塵。現(xiàn)有的電加熱器除塵方式主要有毛刷和鋼絲球除塵或采用風(fēng)管吹掃2種，上述方式易造成客車客室內(nèi)塵埃飛揚(yáng)，對作業(yè)人員產(chǎn)生不良影響及二次污染。因此，為解決上述問題，需要設(shè)計(jì)開發(fā)新的鐵路客車電加熱器除塵裝置[1]。

1 除塵裝置結(jié)構(gòu)組成

設(shè)計(jì)的鐵路客車電加熱器除塵裝置主要包括：軟管、作用桿、吸塵嘴、除塵刷、除塵滑塊、除塵搖桿、除塵曲柄、除塵電機(jī)、吸塵外殼、頂蓋、吸塵電機(jī)、濾芯、濾芯外罩、風(fēng)扇、過濾袋、底板、萬向輪、牽引桿、牽引把手。為提高除塵、吸塵的靈活性和可操作性，裝置采用移動式直流蓄電池分別裝于除塵電池插口和吸塵電池插口。鐵路客車電加熱器除塵裝置的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

1.1 吸塵結(jié)構(gòu)

吸塵電機(jī)裝于頂蓋，頂蓋與吸塵外殼密貼配合，在頂蓋上部留有排氣口。吸塵電機(jī)輸出軸端部設(shè)有螺紋，風(fēng)扇通過鍵連接和圓螺母的固定方式與吸塵電機(jī)連接[2]，吸塵電機(jī)周圍分別設(shè)有濾芯和濾芯外罩，為方便濾芯和濾芯外罩的更換，通過螺紋連接裝于頂蓋。此外，在風(fēng)扇下部設(shè)有過濾袋，通過吸塵外殼內(nèi)的凸臺卡扣連接固定[3-6]。作用桿、吸塵管及吸塵外殼之間均為管箍連接。

1.2 除塵結(jié)構(gòu)

除塵結(jié)構(gòu)主要采用偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動易于實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

圖1鐵路客車電加熱器除塵裝置結(jié)構(gòu)

圖2除塵結(jié)構(gòu)簡圖

除塵電機(jī)通過預(yù)留在作用桿的安裝座孔與除塵電機(jī)周圍的安裝孔螺栓連接。除塵電機(jī)輸出軸端部設(shè)有螺紋，除塵曲柄通過鍵連接和圓螺母與除塵電機(jī)連接。除塵搖桿、除塵曲柄與除塵滑塊之間為銷連接。除塵滑塊安裝于吸塵嘴上部的預(yù)留滑塊內(nèi)。為方便更換除塵刷，除塵滑塊與除塵刷兩端均設(shè)有一一對應(yīng)的螺紋孔，二者通過平頭螺絲連接固定。

1.3 其他結(jié)構(gòu)

為方便清除過濾袋內(nèi)的污物和更換濾芯，在頂蓋上設(shè)有頂蓋把手。吸塵外殼設(shè)計(jì)為透明殼體，方便觀察過濾袋內(nèi)異物的儲存情況及濾芯粉塵顆粒的吸附情況。牽引桿和牽引把手的設(shè)計(jì)，以及底板下部的4個(gè)萬向輪，均為除塵裝置的移動提供便利。卡扣是為固定除塵部分而設(shè)計(jì)，將作用桿放于卡扣內(nèi)部。

1.4 關(guān)鍵材料的選擇

為了裝置的高效持久運(yùn)行和節(jié)能降耗，濾芯和過濾袋的材料選擇、更換頻率及更換標(biāo)準(zhǔn)尤為重要。通過廣泛的市場調(diào)研，考慮吸塵效果、節(jié)能降耗和采購便捷等因素，裝置的濾芯和過濾袋分別采用亞HEPA高效過濾網(wǎng)和滌綸長纖濾布。

亞HEPA高效過濾網(wǎng)是一種高效過濾空氣微粒的凈化濾芯材料，對于0.1μm和0.3μm粉塵顆粒凈化效率能達(dá)到99.7%；濾芯材質(zhì)采用PP濾紙，具有過濾精度高、容塵量大、適用機(jī)型廣泛、可以制作成各種形狀、尺寸等優(yōu)點(diǎn)。

滌綸長纖濾布具有較強(qiáng)的耐酸、耐堿、耐溫、耐磨和耐腐蝕性，且恢復(fù)性較好，可重復(fù)利用。耐熱性為120℃，斷裂伸長20%～50%，斷裂強(qiáng)度為447 cN/dtex，軟化點(diǎn)238～240℃，熔化點(diǎn)為255～260℃，比重為1.38，能夠滿足裝置的使用需求。

由于水會對濾芯的過濾材質(zhì)造成一定影響，并且濾芯工作一定時(shí)間后出現(xiàn)吸附飽和點(diǎn)，易造成二次污染。因此，濾芯在使用中應(yīng)避免水介質(zhì)的攝入，每3個(gè)月定期更換1次濾芯，同時(shí)每累計(jì)工作24 h查看濾芯表面粉塵顆粒吸附情況，若有明顯灰塵及時(shí)更換。因過濾袋使用一段時(shí)間后，隨著袋內(nèi)異物的增加，會影響過濾袋的透氣性、降低電加熱器除塵裝置的吸塵效果，因而在裝置使用過程中應(yīng)關(guān)注過濾袋內(nèi)的污物儲存量，當(dāng)過濾袋內(nèi)污物儲存量高于過濾袋容積的2/3時(shí)應(yīng)及時(shí)清理，并清洗過濾袋、晾干、安裝。此外，每累計(jì)工作8 h清洗過濾袋，以免影響吸塵效果。

2 工作原理

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，鐵路客車電加熱器除塵裝置設(shè)計(jì)時(shí)同步考慮除塵作業(yè)與吸塵作業(yè)。吸塵方式采用氣動原理設(shè)計(jì)，除塵方式則采用傳統(tǒng)的機(jī)械原理設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的鐵路客車電加熱器除塵裝置的外形和大小可根據(jù)客車電加熱器安裝位置的不同而變化，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理不變[7]。

2.1 吸塵原理

吸塵結(jié)構(gòu)組成和工作原理：吸塵電機(jī)在吸塵電池的驅(qū)動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，風(fēng)扇在吸塵電機(jī)輸出軸的帶動下隨之產(chǎn)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將吸塵空腔內(nèi)的空氣經(jīng)排氣口排到設(shè)備外，使吸塵部分的密閉腔內(nèi)形成負(fù)壓。為保護(hù)吸塵電機(jī)不受污物污染，設(shè)計(jì)有濾芯、濾芯外罩和過濾袋，過濾袋的主要功用是儲存負(fù)壓收集的污物[8-9]，以保證污物在密閉腔內(nèi)負(fù)壓的作用下由吸塵嘴進(jìn)入作用桿，經(jīng)吸塵管進(jìn)入過濾袋，完成吸塵工作。吸塵過程如圖3所示。

圖3吸塵過程

2.2 除塵原理

除塵結(jié)構(gòu)和工作原理：除塵電機(jī)固定于作用桿上部，為除塵曲柄提供動力，除塵電機(jī)帶動除塵曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，隨之將動力傳遞給除塵搖桿做擺動運(yùn)動。通過除塵搖桿的擺動驅(qū)動除塵滑塊在吸塵嘴上部做往復(fù)運(yùn)動，同時(shí)帶動固定于除塵滑塊上的除塵刷進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，以去除附著在電加熱片上的塵埃和油污。除塵過程如圖4所示。

圖4除塵過程

3 設(shè)計(jì)效果分析

3.1 裝置特點(diǎn)

該裝置的功能設(shè)計(jì)應(yīng)滿足鐵路客車電加熱器的除塵作業(yè)需求，可有效去除電加熱器表面污物，及時(shí)收集電加熱器的表面污物，凈化電加熱器除塵作業(yè)時(shí)的車廂環(huán)境，改善電加熱器作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度和工作環(huán)境。除塵作業(yè)與吸塵作業(yè)同步進(jìn)行；收集袋和濾芯的材料易于采購，符合節(jié)支降耗要求；整體結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，操作方便，符合現(xiàn)場作業(yè)特點(diǎn)。

3.2 預(yù)期效果分析

鐵路客車電加熱器除塵裝置的除塵環(huán)節(jié)應(yīng)能夠有效去除附著在電加熱片上的油污、粉塵和毛絮等電熱片污物，使電加熱片表面清潔無頑強(qiáng)污漬附著，其電加熱片潔凈度應(yīng)達(dá)到95%以上；吸塵時(shí)可以將除塵清理下來的油污、粉塵和毛絮等污物全部吸入過濾袋儲存，凈化電加熱片表面。

裝置使用后預(yù)期效果與原除塵方式比較情況如表1所示。原電加熱器除塵作業(yè)只進(jìn)行電加熱片的表面除塵，污物收集則由專人負(fù)責(zé)。采用該裝置后電加熱器的除塵和吸塵協(xié)同進(jìn)行，電加熱器污物收集率的經(jīng)驗(yàn)值可達(dá)80%，較之前有顯著改善。原車廂內(nèi)電加熱器除塵作業(yè)無空氣凈化裝置，該裝置增加了吸塵裝置，能夠改善電加熱器的除塵作業(yè)環(huán)境，過濾袋的收集作用則進(jìn)一步凈化了車廂衛(wèi)生。此外，由于該裝置除塵為機(jī)電除塵作業(yè)，較以前純?nèi)斯こ龎m作業(yè)有較大改進(jìn)，可以減輕勞動強(qiáng)度。

表1預(yù)期效果比較

3.3 需注意事項(xiàng)

為了發(fā)揮電加熱器除塵裝置的最佳工作狀態(tài)，應(yīng)注意以下方面。①經(jīng)常檢查除塵電池和吸塵電池的電量是否充足，當(dāng)電量低于1/4時(shí)及時(shí)更換；②注意檢查除塵刷的磨損程度和變形程度，當(dāng)磨損或變形量超過1/2時(shí)及時(shí)更換；③注意過濾袋內(nèi)污物的存儲情況，當(dāng)污物儲存量超過2/3時(shí)及時(shí)清理；④關(guān)注濾芯的粉塵顆粒吸附情況，若濾芯表面有明顯灰塵圖層，及時(shí)更換濾芯；⑤隨時(shí)關(guān)注除塵電機(jī)和吸塵電機(jī)的工作情況，如有異常，及時(shí)停機(jī)檢查、排除故障。

4 結(jié)束語

為解決既有鐵路客車電加熱器除塵方式存在的問題，結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)特點(diǎn)和作業(yè)方式，設(shè)計(jì)了一種除塵和吸塵可以同時(shí)進(jìn)行的除塵裝置，經(jīng)過效果分析，該裝置可以滿足凈化作業(yè)環(huán)境、減輕勞動強(qiáng)度的要求。