胡温清
摘要：针对铁路机车整备上砂的现状及存在问题，设计一种利用蓄电池作为动力，结合电气传动技术，可以调节、控制速度的车辆。它能缩短机车整备加砂环节的准备时间，减轻劳动强度，提高管理效率，使机车能够安全、高效、快速地完成上砂作业。
关键词：机车整备;加砂车设计;控制器;电机
中图分类号：U469 文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2020）07-0157-02
机车整备就是机车运用前进行各项技术检查和保养的准备工作，使其具备良好的技术状态。主要内容包括给油（脂）和上砂。上砂亦称加砂，是为了提高机车车轮与钢轨间的粘着系数，增大粘着牵引力，防止车轮空转、打滑，以免造成坡停事故及擦伤车轮和轨面。机车用砂成份中二氧化硅的含量不能少于60%，不能有金属化合物或具有水硬性的成份及异物。
1铁路机车整备上砂现状
1.1手推车加砂
手推车是依靠人力推、拉搬运的车辆。短距离搬运十分方便，但当机车整备数量上升，需要跨道作业时，操作过程比较困难，劳动强度增大，耗时费力。依据《铁路内燃机车机务设备设计规范》中的规定，机车砂箱内应装满规定粒度的干燥细砂。手推车采用半封闭式料箱，砂子易受到风雪等极端天气的影响，运送中易撒漏及产生粉尘。并且砂子受潮后会相互粘结在一起形成板结状态，造成撒砂器堵塞不撒砂，增加乘务员的工作量及难度。
1.2固定式气力输送加砂
固定式机车加砂气力输送系统采用PLC程序控制，由涡流式发送罐输送至贮存砂塔，后经输砂管将砂送到加砂平台两侧的砂塔，每个砂塔均设置溜管及加砂枪。机车需要调车员进行多次变道，才能将机车停放在专门的整备平台进行加砂作业。在频繁使用过程中，气压罐气力输砂会发生输送管堵塞、磨损，容易造成拆装不便、密封不严。输送带易受砂砾摩擦产生粉状、粒状或龟裂碎料，烘砂装置难以过筛，会将有害杂质输入机车砂箱，直接影响机车牵引力的发挥，减少使用寿命，增加维修成本。
2铁路机车整备电控加砂车设计分析
装卸机械是铁路运输生产的重要设备。电控加砂车作为一种服务于铁路机车整备的半自动化轻型机动车辆。它设计简单、结构牢固、易于操作、便于跨道作业。在某些特殊场地还可用作普通电动车进行装载、搬运货物。
电控加砂车由料斗、底盘、万向轮及驱动系统、输送系统、控制系统组成。其中料斗属于物料输送部件，是一种接料斗;底盘属于运动机械结构，具有承载作用和移动功能;万向轮属于活动脚轮，它的结构允许水平360。旋转;驱动系统属于动力系统，它的储能动力源是蓄电池;输送系统属于物料输送单元，是将砂子进一步提供给与之相连的传输装置实现传递功能;控制系统属于电气控制系统，它的作用是保持和改变驱动机构的可变量，使之达到稳定状态。
2.1料斗设计
料斗是一种用于转运物料的承载构件。采用立式布置，外形呈长方体，内形呈V型，其横截面为梯形结构。壳体的上端设有开口，为进料口;下端为封闭式料仓盖，为出料口。封盖采用锰钢制成，设有通孔，用于固定搅轮传动装置。锰钢是一种高强度的抗磨钢，主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣的工况条件，既坚硬又富有韧性。
2.2底盘设计
底盘设计的目的是提高车辆的行驶性能。底盘采用穿插构造设计，综合力学性能好，上下布局，承载能力优于传统平板车。它包括车架、盖板、底架和H型固定手柄等部件。
2.3万向轮设计
万向轮是非常重要的推车配件，万向轮的选择对推车的质量有着非常重要的作用。通常车轮直径越大越容易推动，荷重能力也愈大。设计选择十寸重型橡胶轮，单只载重800kg，转动更加平缓稳定，为车辆移动或转弯提供良好的辅助作用。其轮面宽度70mm，轮子直径250mm，可降低转弯侧翻概率，提高运输的安全性。万向轮作为移动部件，安装在底盘车架左侧底部的位置，方便操作人员确定驾驶方向。万向轮包括滚轮、轮支架、安装板等部件。
2.4驱动系统设计
驱动系统是电动加砂车的主要系统之一，其作用是将存储的电能转换为机械能，继而使电机产生动力，最后传到车轮的整个机械运转中。采用直流无刷电机，可提供额定转矩的性能，但特性上交流电机若要达到相当于直流电机的性能，须用复杂的控制技术才能达到。电机采用的是无级调速，小车行走速度可调，可与人的行走速度保持一致性。驱动系统采用单电机结构动力系统，它包括蓄电池、一体后桥总成和车轮等部件。蓄电池采用48V/20A锂电池，环保节能，并具有较长的续航里程;一体后桥总成属于电车底盘驱动装置，差速电机和后桥一体，由电机侧盖与后桥半轴密封连接，由电机的差速转子转动带动后桥半轴转动，并由后桥半轴带动两端的车轮行驶，使电动车的底盘在传动中减少了阻力，易于操作。电机选用直流电机，最大功率800W，能提供稳定的动力输出，允许两边半轴以不同的转速旋转，且易于控制，无噪音，可靠性较高，最大行走速度为5.5km/h。蓄电池采用饱和充电方式，以确保蓄电池较长的使用寿命，并且可在任何地方进行充电;车轮采用充气橡胶轮，具有耐压、防滑、减震的特性，其轮胎外径350mm，轮子厚度70mm，轴承内径20mm，轴承选用6204碳钢轴承，它属于深沟球轴承系列，具有较强的承担径向载荷能力，轮胎橡胶含量高、耐磨、载重力大，主适用摩托车、仓库手推车等。
2.5输送系统设计
输送系统是承担电控加砂车加砂自动化传输的重要系统。它主要包括搅轮传动装置、搅轮电机及加砂管三大部件。搅轮传动装置包括输送管体、搅轮。输送管体包括管体、砂料端口和端盖。管体相对内侧设置搅轮，且连通输送管体上下两端;砂料端口為外螺纹紧固件，与垫圈压接紧固在管体上端，这种连接件使用方便，安全可靠，常用于紧固件连接;端盖为砂料端口密封盖，其内壁设置有耐磨层，减缓搅轮传动的磨损强度。搅轮与搅轮电机连接，搅轮可以使搅拌更充分，减轻电机负担，它包括搅拌转轴、螺旋导料叶及导料通道。转轴设于输送管体中心位置。螺旋导料叶螺旋式设于转轴周围，主要起搅拌与导料的作用;导料通道是由转轴和螺旋导料叶形成的输送管体内部剩余空间，即砂料的传输通道。
2.6控制系统设计
控制系统是电控加砂车驱动系统和输送系统的动力输入直接供给控制器。控制系统安装在H型固定手柄上端。控制器用来控制电机的启动、运行、进退、速度、停止。小车电动机控制系统应根据其控制算法的复杂程度，选择合适的微处理器系统。小车控制方式简单实用，大大降低了开发成本和后期维护成本。同时还设计了集成电量显示，提醒操作者及时充电。设计保护电路避免过载烧毁电机，具有DSP控制功能。电动机驱动专用芯片可以满足一些辅助系统电机控制需求。对小车电动机控制器而言，在大电流、高频开关状态下，从电解电容到功率开关模块的杂散电感对功率回路的能耗、模块上的尖峰电压影响较大，因而采用层叠式母线基板，使电路的杂散电感尽可能小，以适应控制系统低电压、大电流工作的特点。它包括电源开关、调速开关、控制器、握把总成、驻车手刹等部件。
3铁路机车整备电控加砂车的运用
电控加砂车以电力驱动替代人力手推车的一种搬运车辆。它的总质量240kg，设计高度仅1.5m，能提供良好的视野范围，外观精巧、结构紧凑，符合机械行业的产品标准以及相关的安全、环保、节能等标准和要求。具有转动灵活、运行平稳、载重较大、续行里程长、还能爬坡作业的特点。其充电时间约6～8小时，连续工作时间约8～10小时。
机车整备加砂时，可用握把控制方向，转把控制车速将加砂车平稳的行驶到指定区域。手刹限制车轮转动，防止溜车。当砂料装载完成后，将加砂车行驶到整备机车的各砂箱处，将加砂管放入砂箱内，操作调速开关控制搅轮传输砂量的速度，自动完成卸砂操作。也可當作普通电动车装载货物，例如：机车闸瓦、电机碳刷及轮轨润滑油脂等机车整备所需物资。它不仅能减轻加砂工依靠手推车搬运的疲劳强度，还可减少乘务员参与作业的范围，从而缩短机车整备时间。
电控加砂车是流动式装卸搬运机械在实际生产过程中的设计与应用。它的操作非常人性化，简单灵活，稳定可靠。结合机车整备现状来看，它能适应各种环境，对提升机车整备质量，加强铁路运输装卸机械运用管理水平而言，具有较高的应用价值。
电控加砂车节能环保，通过通道上砂，使得工作中扬尘减少，防止污染。配置专用加砂管和专用吸砂装置，采用快速接头联接，操作便捷。给机车上砂，只需简单开关旋钮及调整加砂管，即可进行加砂，大大提成整备速度与质量。另外操作简单，一人即可完成上砂作业。也可以在上砂作业过程中，通过对砂箱的观察，即可对上砂量、上砂时间等进行实时记录。
4结语
随着铁路运输向重载、高速方向的发展，机车整备贯穿了整个作业环节。实现了机车整备作业全过程的卡控及安全管理，除了明确整备作业范围外，还要广泛应用新技术，不断完善设备性能，这样才能有效地提升整备质量。电控加砂车设计是在现有技术上的优化运用，对推进铁路发展具有重要的意义。
