一种轨道机车摩阻机及其控制系统的制作方法

本实用新型涉及轨道机车安全运行技术领域，具体为一种轨道机车摩阻机及其控制系统。

背景技术：

列车在坡度≥10‰的坡道或大曲线路径或隧道上启动及运行时，机车动轮与钢轨间粘着系数会降低，在雨雪雾霜的气候机车牵引轮轨粘着系数会降低20～30%，钢轨污染时粘着系数降低会达到50%。随着牵引技术的进步和机车制造水平的提高，机车功率不断加大，轮轨间粘着力已越来越不能满足大功率机车牵引力发挥的正常要求。粘着问题已经成为限制机车牵引制动力提高的关键因素。实际上，轨道牵引技术出现以来，机车轮轨间粘着力的充分应用一直是铁路技术工作者的研究目标之一。

撒砂可使粘着系数恢复0.225左右，此方法是自铁路诞生起至今一直沿用的解决机车空转方法，随着牵引技术的进步和机车制造水平的提高弊端越来越突出。在轮轨间撒砂弊端主要表现在：一是撒沙虽然满足了增加轮轨间粘着力需要，但是，钢轨上的砂沫给机车动轮以后的轮滚动增加了阻力，即撒沙增粘是以牺牲机车部分牵引力为代价。二是轮轨间的砂使轮和钢轨加速磨耗、擦伤和波浪形磨耗，钢轨损伤严重。三是为机车撒砂建造的设施和砂料的消耗巨大，增加了很大的铁路建设和运营成本。

现有技术的撒砂系统存在着以下弊端：

1.大量频繁的撒砂不但会污染环境，还会影响到轨道电信号的传输；

2.大量频繁的撒砂增加后面列车的阻力，增加运行噪音，而且还对车轮的滚动轴承不利；

3.为了达到预期的效果，必须选择质量良好、颗粒大小均匀，成分及硬度适中，湿度适合的砂石。砂石的处理工艺繁多、价格逐年上升，增加经济压力；

4.空转已经发生时，撒砂只会加剧车轮的磨损，只有降低牵引力后才能在钢轨上撒砂，严重影响了牵引力的充分利用和发挥；

5.撒砂在高速行车时使用效果差，原因是列车运行有一定的气流，沙子不能被成功的洒在轮轨间；能够进入轮轨间起作用的砂子不到整个撒砂量的1/10。在轨面有冻冰、积雪和重油垢污染等情况下，撒砂效果不好；

6.撒砂过程中，进入钢轨表面起作用的砂子很少，大部分砂子堆积在钢轨两侧，需要及时清理，撒砂造成的路基污染处理成本较大；

7.对砂子的处理，如烘砂、清筛、回收保存和机车上砂都需要耗费大量的人力和物力；

8.大量频繁的撒砂，加快了轮轨的磨损，降低了换轮与换轨的周期。

随着国内外新技术、新材料越来越多，突破长期沿用的解决机车空转方式，研究新的摩阻技术及方式替代传统的撒砂势在必行。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种轨道机车摩阻机及其控制系统，解决现有技术撒砂的弊端，杜绝由于撒砂对机车车轮及轨道造成的损坏，有效提高车轮与轨道间的粘着系数，提高机车运行安全。

为解决上述技术问题，本实用新型一种轨道机车摩阻机包括有送料驱动器、驱动器固定法兰、后挡板、送料器固定滑轨、送料盒和增粘块，送料盒滑动连接在送料器固定滑轨上，增粘块滑动连接在送料盒内，驱动器固定法兰和后挡板连接在送料盒顶端，驱动器固定法兰和后挡板之间连接有驱动轴，驱动轴上连接有送料驱动器，送料驱动器连接在驱动器固定法兰后端，驱动器固定法兰和后挡板之间连接有固定块，固定块连接在驱动轴上方，固定块下端连接有驱动轴导向块，驱动轴导向块与后挡板之间连接有导轨，导轨设置固定块与驱动轴之间，驱动轴上设有外螺纹，驱动轴上螺纹连接有送料滑块，送料滑块上端滑动连接在导轨上，送料滑块下端伸入送料盒，送料滑块下部连接在增粘块后端，增粘块前端伸出送料盒。在机车车轮发生空转时，送料驱动器转动带动驱动轴正转，由于送料滑块上端滑动连接在导轨上，所以驱动轴转动使送料滑块在驱动轴上向前滑动，送料滑块向前滑动推动增粘块与车轮接触，增粘块附着在机车车轮上增大机车车轮与轨道的摩擦力，解决机车车轮的空转和打滑现象，在机车刹车时，增粘块与车轮接触增大机车车轮与轨道的摩擦力，起到机车制动作用。送料驱动器进行反转，送料滑块向后滑动。本设备完全替换了原有撤沙装置，无需后期轨道清渣作业从而减少清渣费用，残留物极少，固体残留物可通过机车行车的风带走，对轨道无任何破坏作用。

进一步的，固定滑轨下端转动连接有送料机接近分离气缸，送料机接近分离气缸的活塞杆前端转动连接有锁止机构，锁止机构包括有锁止块ⅰ和锁止块ⅱ，锁止块ⅰ前端与锁止块ⅱ后端通过转轴转动连接，锁止块ⅰ后端转动连接在固定滑轨下端，锁止块ⅰ与送料机接近分离气缸的活塞杆之间连接有复位装置支架，复位装置支架一端转动连接在送料机接近分离气缸的活塞杆上，复位装置支架另一端连接在锁止块ⅰ下端，所述的送料盒下端设有连接板，锁止块ⅱ前端与连接板转动连接。在机车车轮发生空转时，机车自带的车轮空转检测传感器检测到机车车轮空转并控制送料机接近分离气缸推动锁止机构，锁止块ⅰ转动并带动锁止块ⅱ转动，锁止块ⅱ带动装料盒向前滑动，当锁止块ⅰ和锁止块ⅱ完全展开时，装料盒将增粘块向前推动到离机车车轮两厘米处，然后送料驱动器工作使增粘块与机车车轮接触达到工作状态，增粘块增大机车车轮与轨道之间的粘着系数，实现列车正常运行，当机车自带的传感器检测到机车车轮空转消失后，送料驱动器停止工作，增粘块不再跟机车车轮摩擦。锁止机构被送料机接近分离气缸向后拉使锁止块ⅰ和锁止块ⅱ为折叠状态，使装料盒向后滑动离开回到非工作状态。

进一步的，所述的锁止块ⅰ后端为斜面，所述的锁止块ⅱ前端为圆弧面，锁止块ⅰ后端斜面与锁止块ⅱ前端圆弧面接触。

进一步的，所述的送料驱动器与驱动轴之间连接有驱动联轴器，驱动联轴器连接在驱动器固定法兰与导向块之间，送料驱动器穿过驱动器固定法兰与驱动联轴器连接，驱动联轴器穿过导向块与驱动轴连接。

进一步的，所述的增粘块为柱形固体，增粘块的截面形状为矩形、圆形或梯形。

进一步的，所述的导向块下部连接有复位传感器，复位传感器连接在导向块前端，所述的后挡板下部连接有换料报警传感器，换料报警传感器连接在后挡板后端；所述的送料滑块下部连接有摩擦推力传感器，摩擦推力传感器连接在送料滑块与增粘块之间。运行时，送料滑块向前滑动碰到换料报警传感器时触发换料报警信号，此时送料驱动器进行反转，送料滑块向后滑动，当送料滑块碰到复位传感器后送料驱动器停止转动。摩擦推力传感器检测并控制增粘块施加在机车车轮表面的压力为50n恒定压力。

进一步的，所述的送料驱动器型号为simoticss-1fl6,所述的驱动联轴器型号为lzq-001。

进一步的，所述的送料机接近分离气缸型号为24-50-45。

本实用新型一种轨道机车摩阻机的控制系统，包括有plc处理模块、智能触摸屏和电源，智能触摸屏与plc处理模块电性连接，电源与plc处理模块电性连接，复位传感器与plc处理模块电性连接，换料报警传感器与plc处理模块电性连接，摩擦推力传感器与plc处理模块电性连接。plc接收并处理机车自带的机车车轮空转检测传感器、复位传感器、换料报警传感器和摩擦推力传感器的信号并控制触发后续工作，智能触摸屏设置在机车驾驶室方便机车驾驶员观察设备工作情况及机车车辆的运行情况。

进一步的，所述的复位传感器型号为cs1-f；所述的换料报警传感器型号为cs1-e；所述的摩擦推力传感器型号为cs2-f；所述的plc处理模块型号为siemenss7-200stmart；所述的智能触摸屏型号为siemenssmart700iev3，plc处理模块与智能触摸屏通信总线为rs48。

本实用新型的有益效果是：包括有送料驱动器、驱动器固定法兰、后挡板、送料器固定滑轨、送料盒和增粘块，送料盒滑动连接在送料器固定滑轨上，增粘块滑动连接在送料盒内，驱动器固定法兰和后挡板连接在送料盒顶端，驱动器固定法兰和后挡板之间连接有驱动轴，驱动轴上连接有送料驱动器，导轨设置在固定块与驱动轴之间，送料滑块上端滑动连接在导轨上，送料滑块下端伸入送料盒，送料滑块下部连接在增粘块后端，增粘块前端伸出送料盒。固定滑轨下端转动连接有送料机接近分离气缸，送料机接近分离气缸的活塞杆前端转动连接有锁止机构，本实用新型自动化程度高，能在较短的时候能起到制作的作用，完全替换了原有撤沙装置，无需后期轨道清渣作业从而减少清渣费用，残留物极少，固体残留物可通过机车行车的风带走，对轨道无任何破坏作用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型非工作装置送料机接近分离装置与锁止装置示意图；

图3为本实用新型锁停机构结构示意图；

图4为本实用新型非工作装置示意图；

图5为本实用新型工作装置示意图；

图6为本实用新型控制系统原理图；

图7为本实用新型性能测试轮轨试样尺寸示意图；

图8为本实用新型性能测试不同介质作用下轮轨粘着系数变化曲线。

图中：1.送料驱动器；2.驱动器固定法兰；3.驱动联轴器；4.驱动轴导向块；5.复位传感器；6.摩擦推力传感器；7.驱动轴；8.固定块；9.导轨；10.换料报警传感器；11.后挡板；12.智能触摸屏；13.送料器固定滑轨；14.装料盒；15.送料滑块；16.送料机接近分离气缸；17.复位装置支架；18.锁止机构；1801.锁止块ⅰ；1802.锁止块ⅱ；19.增粘块。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型一种轨道机车摩阻机包括有送料驱动器1、驱动器固定法兰2、后挡板11、送料器固定滑轨13、送料盒14和增粘块19，送料盒14滑动连接在送料器固定滑轨13上，增粘块19滑动连接在送料盒14内，驱动器固定法兰2和后挡板11连接在送料盒14顶端，驱动器固定法兰2和后挡板11之间连接有驱动轴7，驱动轴7上连接有送料驱动器1，送料驱动器1连接在驱动器固定法兰2后端，驱动器固定法兰2和后挡板11之间连接有固定块8，固定块8连接在驱动轴7上方，固定块8下端连接有驱动轴导向块4，驱动轴导向块4与后挡板11之间连接有导轨9，导轨9设置固定块8与驱动轴7之间，驱动轴7上设有外螺纹，驱动轴7上螺纹连接有送料滑块15，送料滑块15上端滑动连接在导轨9上，送料滑块15下端伸入送料盒14，送料滑块15下部连接在增粘块19后端，增粘块19前端伸出送料盒14。固定滑轨13下端转动连接有送料机接近分离气缸16，送料机接近分离气缸16的活塞杆前端转动连接有锁止机构18，又如图3所示，锁止机构18包括有锁止块ⅰ1801和锁止块ⅱ1802，锁止块ⅰ1801前端与锁止块ⅱ1802后端通过转轴转动连接，锁止块ⅰ1801后端转动连接在固定滑轨13下端，锁止块ⅰ1801与送料机接近分离气缸16的活塞杆之间连接有复位装置支架17，复位装置支架17一端转动连接在送料机接近分离气缸16的活塞杆上，复位装置支架17另一端连接在锁止块ⅰ1801下端，所述的送料盒14下端设有连接板，锁止块ⅱ1802前端与连接板转动连接。所述的锁止块ⅰ1801后端为斜面，所述的锁止块ⅱ1802前端为圆弧面，锁止块ⅰ1801后端斜面与锁止块ⅱ1802前端圆弧面接触。所述的增粘块19为柱形固体，增粘块19的截面形状为矩形、圆形或梯形，本实施例中，增粘块19的截面形状为矩形。所述的送料驱动器1与驱动轴7之间连接有驱动联轴器3，驱动联轴器3连接在驱动器固定法兰2与导向块4之间，送料驱动器1穿过驱动器固定法兰2与驱动联轴器3连接，驱动联轴器3穿过导向块4与驱动轴7连接。所述的导向块4下部连接有复位传感器5，复位传感器5连接在导向块4前端，所述的后挡板11下部连接有换料报警传感器10，换料报警传感器10连接在后挡板11后端；所述的送料滑块15下部连接有摩擦推力传感器6，摩擦推力传感器6连接在送料滑块15与增粘块19之间。所述的送料驱动器1型号为simoticss-1fl6,所述的驱动联轴器3型号为lzq-001。所述的送料机接近分离气缸16型号为24-50-45。

在机车车轮发生空转时，送料驱动器1转动带动驱动轴7正转，由于送料滑块15上端滑动连接在导轨9上，所以驱动轴7转动使送料滑块15在驱动轴7上向前滑动，送料滑块15向前滑动推动增粘块19与车轮接触-0，增粘块19附着在机车车轮上增大机车车轮与轨道的摩擦力，解决机车车轮的空转和打滑现象，在机车刹车时，增粘块19与车轮接触增大机车车轮与轨道的摩擦力，起到机车制动作用。送料驱动器1进行反转，送料滑块15向后滑动。本设备完全替换了原有撤沙装置，无需后期轨道清渣作业从而减少清渣费用，残留物极少，固体残留物可通过机车行车的风带走，对轨道无任何破坏作用。在机车车轮发生空转时，机车自带的车轮空转检测传感器检测到机车车轮空转并控制送料机接近分离气缸16推动锁止机构18，锁止块ⅰ1801转动并带动锁止块ⅱ1802转动，锁止块ⅱ1802带动装料盒14向前滑动，当锁止块ⅰ1801和锁止块ⅱ1802完全展开时，装料盒14将增粘块19向前推动到离机车车轮两厘米处，然后送料驱动器1工作使增粘块19与机车车轮接触达到如图5所示的工作状态，增粘块19增大机车车轮与轨道之间的粘着系数，实现列车正常运行，当机车自带的传感器检测到机车车轮空转消失后，送料驱动器1停止工作，增粘块19不再跟机车车轮摩擦。锁止机构18被送料机接近分离气缸16向后拉使锁止块ⅰ1801和锁止块ⅱ1802为折叠状态，使装料盒14向后滑动离开回到如图2、图4所示的非工作状态。运行时，送料滑块15向前滑动碰到换料报警传感器10时触发换料报警信号，此时送料驱动器1进行反转，送料滑块15向后滑动，当送料滑块15碰到复位传感器5后送料驱动器1停止转动。摩擦推力传感器6检测并控制增粘块19施加在机车车轮表面的压力为50n恒定压力。当送料滑块15滑动并碰到换料报警传感器10时触发换料报警信号，送料驱动器1开始反转带动送料滑块15后退至复位传感器5位置后停止。填料执行器22将自动填料装置21向后退出，让装在储料盒20的增粘块19自动落下，然后推动增粘块19进入装料盒14，完成自动换料工作。

如图6所示，一种轨道机车摩阻机的控制系统，包括有plc处理模块、智能触摸屏12和电源，智能触摸屏12与plc处理模块电性连接，电源与plc处理模块电性连接，复位传感器5与plc处理模块电性连接，换料报警传感器10与plc处理模块电性连接，摩擦推力传感器6与plc处理模块电性连接。所述的复位传感器5型号为cs1-f；所述的换料报警传感器10型号为cs1-e；所述的摩擦推力传感器6型号为cs2-f；所述的plc处理模块型号为siemenss7-200stmart；所述的智能触摸屏12型号为siemenssmart700iev3，plc处理模块与智能触摸屏12通信总线为rs48。

plc接收并处理机车自带的机车车轮空转检测传感器、复位传感器5、换料报警传感器10和摩擦推力传感器6的信号并控制触发后续工作，智能触摸屏12设置在机车驾驶室方便机车驾驶员观察设备工作情况及机车车辆的运行情况。

本实用新型自动化程度高，能在较短的时候能起到制作的作用，完全替换了原有撤沙装置，无需后期轨道清渣作业从而减少清渣费用，残留物极少，固体残留物可通过机车行车的风带走，对轨道无任何破坏作用。当plc接收到机车车轮空转信号后，会启动送料驱动器1。摩擦推力传感器6的设置使推力可以在1kg-50kg范围内设定，以设定的推力向轮轨推送增粘料。plc会以每秒钟100次的高速闭环控制来实现稳定的恒推力。机车自带的机车车轮空转检测传感器，当机车速度大于10km/h时，该传感器不对控制输出进行控制，增粘输入信号经控制继电器常闭触点输出，机车正常增粘。当机车起紧急且速度低于10km/h时,处理器对控制输出进行控制，执行继电器常闭连锁断开，切断增粘电空阀供电回路，从而达到禁止增粘的目的。

为了验证增粘块对轮轨增粘特性的影响，利用mms-2a微型机控制摩擦磨损试验机上进行水、油和树叶介质下的轮轨粘着特性实验，在双圆盘试样采用对滚形式，实验采用hertz模拟准则，即现场工况和实验室下轮轨之间的平均接触应力和接触区椭圆的长短半轴之比相等，上试样为钢轨，下试样为车轮。图7为本实用新型性能测试轮轨试样尺寸示意图，轮轨上下试样转速分别为360r/min和400r/min,纵向蠕滑率为2%，车轮试样横向曲率半径为10mm,钢轨试样横向曲率半径为∞，模拟轮轨试样结构尺寸如图7所示。在进行不同蠕滑率工况试验时通过改变齿轮传动比来获得不同蠕滑率。

根据赫兹模拟准则施加135n垂向载荷来模拟现场25t轴重，其轮轨最大接触应力1450mpa.实验时间60min,为保证模拟实验准确性，试样由取自现场的钢轨和车轮加工而成，车轮材料为cl60钢，钢轨材料为pd3热轧钢轨。实验介质：水为自来水，水介质通过医用输液管添加到模拟轮轨界面，加水速度1ml/min；油为回收机车燃油、齿轮润滑油和机油等混合物，用毛刷在模拟轮轨表面均匀涂抹油介质；树叶为杨树落叶，用镊子人工不断添加到轮轨接触界面。增粘块复根据模拟轮的宽度宽度截取长宽各为1.5cm大小，通过50n恒定法向压力将增粘材料压向车轮表面，实验过程中通过法向传感器测量轮轨法向力，拉力传感器测量切向摩擦力，轮轨试样间的切向力t与法向力n的比值即为粘着系数u,利用电子分析天平测量试样前后的质量变化。

图8为本实用新型性能测试不同介质作用下轮轨粘着系数变化曲线，实验结果表明：

1.水和油介质对轮轨粘着系数的影响如图8所示。在运行初期轮轨试样处于磨合期，粘着系数相对较小，随着时间的增加，轮轨接触面积增大，粘着系数逐渐增大，最后趋于稳定。干态下轮轨粘着系数最大，最大值达到0.69左右。水介质下与干态相比，粘着系数明显降低，约为0.32左右，相比干态粘着力下降53%。油介质下粘着系数更小，均值约为0.114左右，与干态相比粘着系数下降83%。

2.树叶介质对轮轨粘着的影响，碾碎的落叶使轮轨间的粘着系数下降约为86%,约0.099左右，碾碎的树叶形成良好的润滑剂存在于轮轨接触表面导致粘着系数大幅下降。

3.在水介质工况下，将增粘块以50n的压力接触在车轮表面，粘着系数由0.32增至0.36左右，增加约12.5%。在油工况下，增粘块的增粘效果明显，粘着系数增至0.32，提高了190%。在实验开始运行时想接触面连续添加树叶，运行15min后轮轨接触面形成落叶浆，实验过程中增粘块一直紧压在车轮表面使增粘块能清除表面落叶浆，增粘块摩擦产生的粒子使轮轨的粗糙度增加，从而使粘着系数明显增加至0.107左右，增加约8%。

通过实验结构可以得出，介质对轮轨粘着系数具有很大影响，水、油和落叶介质将降低粘着系数，落叶会形成落叶浆，导致轮轨的粘着系数大幅下降，此工况下粘着系数最小。在水、油和树叶不同介质工况下，增粘材料具有不同的轮轨增粘效果，油介质增粘效果最好，水介质增粘效果次之，树叶介质增粘效果最小。

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