李然 譚大為

摘? 要：該文通過分析道岔外鎖閉自動加油裝置需求背景，闡述了道岔外鎖閉自動加油裝置的設計方案，分析道岔轉換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關系，實現(xiàn)通過對道岔外鎖閉自動加油實現(xiàn)道岔轉換阻力自動閉環(huán)管控的目的。通過多種道岔外鎖閉自動加油措施，保證道岔外鎖閉的潤滑效果，降低道岔轉換阻力，減少由于道岔外鎖摩擦阻力大導致的道岔故障發(fā)生機率，優(yōu)化了道岔維護工況，為道岔“狀態(tài)修”提供科技手段。

關鍵詞：道岔外鎖閉;自動加油;轉換阻力

中圖分類號：U213? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

道岔是保障行車安全的重要設備之一，道岔故障在鐵路信號設備故障中占比高，是鐵路設備維護工作的重點。在外鎖閉道岔上，道岔的動作和鎖閉是靠鎖閉板帶動鎖鉤，用鎖鉤勾住鎖閉框來完成的。由于道岔的反復扳動，使鎖閉板與鎖鉤之間的摩擦力越來越大，從而造成磨損，影響道岔使用。外鎖閉裝置的潤滑效果直接影響到轉換道岔的順暢度，因此，就要求對道岔外鎖閉等容易摩擦的部分經常添加潤滑油，使其始終保持潤滑狀態(tài)。

目前這種加油工作全部要靠人工來完成。由于車流密度大，道岔動作頻繁，加之外界天氣變化使得環(huán)境更加惡劣，現(xiàn)場鐵路維修人員花費大量時間用注油槍或油刷對道岔進行注油，不但造成極大的人力、物力和時間上的浪費，還存在人身安全隱患問題。隨著高鐵和客運專線的投入使用，維護方式發(fā)生了較大變化，所有維護時間都集中在夜間，特別是雨后潤滑外鎖閉裝置，需要申請作業(yè)點才能進行，給行車秩序帶來干擾。

現(xiàn)場需要一種道岔外鎖閉摩擦副自動加油裝置，保障鎖閉道岔可靠性、實現(xiàn)自動加潤滑油以減少維護人員上線次數(shù)。

從2014年起，國內相關廠家開始研制道岔外鎖閉裝置自動加油設備，陸續(xù)進行上道試驗，部分解決了自動注油問題，但存在4點不足。1）尖軌竄動導致機械加油器驅動桿與加油器機殼磨卡，反而導致道岔轉換阻力增大。2）加注潤滑油量未保證外鎖閉裝置潤滑效果。3）未根據(jù)道岔動作次數(shù)自動調整加油頻次與加油量。4）沒有反饋手段，不知道加油后阻力是否降低。

為解決以上問題，該文展開對符合現(xiàn)場需求的道岔外鎖閉自動加油裝置的研究。

1 設計思路

1.1 加油方式

1.1.1 道岔動作次數(shù)加油方式

該自動加油裝置監(jiān)測并統(tǒng)計道岔動作次數(shù)，并作為觸發(fā)加油依據(jù)，達到設定閾值后自動加油。

1.1.2 設置周期加油方式

該自動加油裝置時鐘通過站機定時同步，在站機軟件中設定加油周期，達到設置時間后自動加油。

1.1.3 阻力超標加油方式

該自動加油裝置可通過接入阻力測量傳感器監(jiān)測轉轍機傳動桿阻力。達到設置阻力閾值后自動加油。

1.1.4 復合方式

該自動加油裝置在正常運行的同時監(jiān)測扳動次數(shù)、設置周期和阻力值，任何一種情況發(fā)生后都觸發(fā)加油動作。

2.2 人工觸發(fā)加油功能

2.2.1 遠程觸發(fā)

站機端可遠程人工觸發(fā)任意1組、多組、全站道岔加油動作。加油量可以進行設定。

2.2.2 現(xiàn)場觸發(fā)

現(xiàn)場可以通過主機上的手動按鈕觸發(fā)單臺設備加油，加油量由手動按鈕按下的時長決定。

2.3 油位報警功能

站機端以站場圖形式展示設備油位與運行狀態(tài)，每臺設備狀態(tài)對應1個顯示界面;油位低于40 mm預警，低于30 mm告警。綠色表示工作正常;橙色表示設備工作異常;紅色表示油位過低;站機軟件提供油位報警記錄查詢界面、提供當前油位統(tǒng)計表。

2.4 加油記錄功能

主機端應該具備記錄各道岔自動加油的時間點，提供記錄查詢界面的功能。

2.5 第三方系統(tǒng)接口功能

該裝置可以通過TCP協(xié)議接入道岔缺口監(jiān)測系統(tǒng)，獲取道岔定反位狀態(tài)，道岔扳動事件，豐富加油策略，實現(xiàn)精確加油控制，減少油量浪費。

2.6 其他功能

在滿足上述必備需求的基礎上，為了使該裝置更好的應用于現(xiàn)場保證運輸安全，還需要引入4項功能。1）道岔外鎖閉自動加油裝置加油嘴固定需要利用現(xiàn)有道岔外鎖螺栓固定，不對現(xiàn)有道岔外鎖閉裝置做任何改動，不影響道岔維護作業(yè)。2）加油嘴與主機間需采用絕緣油管連接，不影響道岔區(qū)段軌道電氣性能。3）道岔外鎖閉自動加油裝置須依據(jù)阻力變化趨勢自動給道岔外鎖閉涂油點自動加油，以自動降低轉換阻力，提升道岔維護工況，降低道岔故障發(fā)生概率，實現(xiàn)道岔轉換阻力的自動閉環(huán)管控。4）道岔外鎖閉自動加油裝置要具備獨立運行的功能，也可以和既有道岔缺口監(jiān)測系統(tǒng)共用通信傳輸設備與站機設備。

3 設計方案

為實現(xiàn)以上思路，所研究的道岔外鎖閉自動加油裝置由主機、油管和加油嘴組件組成，可接入阻力傳感器。該裝置通過站機實現(xiàn)功能。其組成及網絡拓撲如圖1所示。

站機采用工業(yè)控制機，運行站機軟件，通過交換機和通訊設備控制加油主機，下發(fā)加油指令，主機內置智能控制器根據(jù)站機加油策略與設定參數(shù)對主機內油路動力與分配單元進行操作，使油由油箱經由油管至油嘴處并流出，實現(xiàn)道岔外鎖閉自動加油。同時，站機通過接入阻力采集傳感器統(tǒng)計道岔外鎖閉裝置的摩擦部分的扳動次數(shù)和監(jiān)測外鎖閉裝置摩擦部分阻力，并以此來制定不同加油策略，實現(xiàn)智能加油。

3.1 主機

主機由控制單元、油箱、油位傳感器和油路控制分配單元（油泵和油路分配器）組成。主要完成接收站機控制指令、油位監(jiān)測、油量存儲、油路分配以及加油動作執(zhí)行功能。

油泵提供潤滑油流動的動力核心，在運轉時將設定的油量從油箱吸入管路并送入分配器。作為加油裝置最重要的執(zhí)行裝置，為了保證其在惡劣的環(huán)境下能夠正常工作，泵頭、閥片和隔膜的材料都要求特制加工而成。同時為了滿足其按照設定油量加油以及現(xiàn)場功耗要求，油泵的性能參數(shù)也有特殊的要求。油泵的主要部件材質見表1，油泵的主要性能參數(shù)見表2，油泵流量如圖2所示。

加油裝置的潤滑油分配器采用的是可調節(jié)的一體式分配器，潤滑油分配器用于機器或設備的潤滑，尤其是帶有往復運動分配的分配裝置，它是油路管道分配和油量大小調節(jié)系統(tǒng)的簡稱。由電磁閥、調節(jié)閥、殼體3個部件集成。與傳統(tǒng)的加油控制管路相比，其將電磁閥、調節(jié)閥整合到一個殼體上，有3個優(yōu)點。1）縮減了模塊的體積，使該裝置小型化。2）減少了組件間的連接管路，降低了密封難度。3）降低裝配工藝復雜程度，提高生產效率。

內部工作原理如圖3所示，需要加油時，油泵開始工作，潤滑油油管進入到兩路電磁閥下方的密閉管道中;打開其中一路電磁閥M1，閥門打開，潤滑油進入到對應的兩路出油管道當中到達調節(jié)閥，調節(jié)閥調節(jié)2個油嘴出油量比例，再經過油嘴排出加油。潤滑油流經路徑如圖3所示，由油泵流經M1，之后流經S1或S2，再流經P1或P2。

3.2 油管

油管是連接主機和加油嘴的絕緣油路，由于設備是用在道岔旁非常惡劣的露天環(huán)境下，所以要求油管具備耐腐蝕、耐老化、耐磨和較高絕緣的特性。

加油裝置采用的油管材質是高壓樹脂，內徑6.2 mm，外徑8.6 mm。其具備能在-40℃～+120℃溫度范圍內保持柔性、正常工作、耐油性好、承受壓力大、耐磨性好、腐蝕性好、壓力損失少、柔性好和膨脹系數(shù)低的功能。

3.3 加油嘴

加油嘴固定在道岔外鎖閉裝置上，連接油管，引導潤滑油加在指定位置上。開始加油時，潤滑油從油管進入到油嘴后，克服彈簧力和摩擦力使單向閥的閥口開啟，潤滑油從油管端流向油嘴的出油口;當停止加油時，在彈簧力和出油口（腔）余氣力作用下，閥口處于關閉狀態(tài)，出油口至油管不通。油嘴采用的是一體式閥體結構，其外觀小巧，結構緊湊;具有單向閥功能，防止油脂在重力和振動的情況下滴漏。

3.4 阻力傳感器

利用道岔動作連接桿在受力情況下，會因受力而產生與受力方向及受力大小相關的形變特性。通過直接在道岔動作連接桿安裝傳感器實現(xiàn)道岔轉換阻力采集。

3.5 站機及軟件

站機軟件上可顯示設備的狀態(tài)、油量數(shù)據(jù)、自動或手動注油記錄、油位趨勢和預告警信息、阻力歷史曲線和阻力日統(tǒng)計曲線。

4 阻力曲線分析與閉環(huán)管控實現(xiàn)

4.1 道岔轉換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關系

在現(xiàn)有的鐵路外鎖閉道岔上，道岔的動作和鎖閉靠鎖閉板帶動鎖鉤，用鎖鉤勾住鎖閉框來實現(xiàn)，這種動作過程均由鎖閉板推、拉動鎖鉤來實現(xiàn)，由于道岔來回反復扳動，鎖閉板、鎖鉤之間的摩擦非常大且容易造成磨損。

道岔外鎖閉裝置中的鎖閉框安裝在基本軌上，鎖鉤安裝在尖軌上，當尖軌與基本軌發(fā)生相對運動時，各摩擦面的摩擦系數(shù)都會發(fā)生變化，因而轉轍機的負載力發(fā)生變化，由于轉轍機的輸出力是額定值（已調整好的），當負載大于轉轍機的輸出力時，就發(fā)生轉換不良故障，因此摩擦副的潤滑狀態(tài)直接影響轉換道岔的可靠性。所以，可以通過對道岔轉換阻力的監(jiān)測來反應道岔外鎖閉裝置的工況，如果道岔解鎖或鎖閉階段的阻力變大，可反映道岔外鎖閉裝置摩擦面摩擦力增加。

4.2 阻力曲線分析

在通過大量的道岔監(jiān)測大數(shù)據(jù)分析基礎上，依據(jù)電流特征與阻力曲線特征，結合道岔動作過程，將道岔轉換過程分5個階段進行道岔轉換阻力曲線分析：解鎖前、解鎖過程、轉換過程、鎖閉過程、鎖閉后。

如圖4所示，在站機對道岔轉換阻力曲線進行精確數(shù)據(jù)挖掘的基礎上，獲得道岔解鎖過程、鎖閉過程阻力變化數(shù)值，反映道岔外鎖閉裝置摩擦面摩擦力增加情況。

4.3 道岔轉換阻力閉環(huán)管控實現(xiàn)

由于準確獲取了道岔解鎖過程、鎖閉過程阻力變化數(shù)值，道岔外鎖閉自動加油裝置可依據(jù)解鎖或鎖閉過程阻力變化趨勢，自動給道岔外鎖閉涂油點加油，以自動降低轉換阻力，實現(xiàn)道岔轉換阻力的自動閉環(huán)管控。

5 結論

該文分析了道岔外鎖閉自動加油裝置需求背景，闡述了道岔外鎖閉自動加油裝置的設計方案，分析了道岔轉換阻力變化與道岔外鎖閉工況的關系，通過對道岔外鎖閉自動加油實現(xiàn)了道岔轉換阻力自動閉環(huán)管控的目的。通過多種道岔外鎖閉自動加油措施的實現(xiàn)，可以保證道岔外鎖閉的潤滑效果，掌握并降低道岔轉換阻力，減少由于道岔外鎖摩擦阻力大導致的道岔故障發(fā)生機率，提升道岔維護工況，為道岔“狀態(tài)修”提供科技手段。

參考文獻

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