铁路货车防尘设施应用与探讨.pdf

文章编号:1 0 0 2-7 6 0 2(2 0 2 3)0 4-0 1 6 3-0 4铁路货车防尘设施应用与探讨贾晓光1,王雪军2,陶亚东1,王 松2,王浩江2(1.国家能源集团神东煤炭集团,内蒙古 鄂尔多斯 0 1 7 2 1 9;2.中车长江运输设备集团有限公司,湖北 武汉 4 3 0 2 1 2)摘 要:分析了国内外铁路货车运输散粒货物的防止扬尘措施及现状,阐述了铁路货车采用篷布绳网、抑尘剂以及现有的各种活动顶盖已经不能满足重载运输防尘的要求。文章针对目前铁路货车防尘措施的不足,提出了一种新型复合材料防尘环保顶盖方案,介绍了铁路货车复合材料防尘环保顶盖的工作原理、结构组成及可靠性试验,试验结果表明,新型顶盖防治煤损更有效、更可靠。关键词:铁路货车;防尘;复合材料;顶盖;结构中图分类号:U 2 7 2 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 2-7 6 0 2.2 0 2 3.0 4.0 3 1收稿日期:2 0 2 0-1 0-3 0;修回日期:2 0 2 2-1 2-3 0第一作者:贾晓光(1 9 8 5),男,工程师。A p p l i c a t i o n a n d D i s c u s s i o n o f D u s t-p r o o f F a c i l i t i e s f o r R a i l w a y F r e i g h t C a r sJ I A X i a o g u a n g1,WANG X u e j u n2,T AO Y a d o n g1,WANG S o n g2,WANG H a o j i a n g2(1.S h e n d o n g C o a l G r o u p o f C h i n a E n e r g y G r o u p,E r d o s 0 1 7 2 1 9,C h i n a;2.C R R C Y a n g t z e T r a n s p o r t E q u i p m e n t G r o u p C o.,L t d.,Wu h a n 4 3 0 2 1 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e d u s t-p r o o f m e a s u r e s a n d c u r r e n t s i t u a t i o n o f r a i l w a y f r e i g h t c a r s t r a n s p o r t i n g b u l k g o o d s a t h o m e a n d a b r o a d,a n d e x p o u n d s t h a t t h e t a r p a u l i n r o p e n e t,d u s t s u p p r e s s a n t a n d v a r i o u s e x i s t i n g m o v a b l e r o o f c o v e r s o f r a i l w a y f r e i g h t c a r s c a n n o l o n g e r m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f h e a v y-d u t y t r a n s p o r t a t i o n.A i m i n g a t t h e s h o r t a g e s o f d u s t-p r o o f m e a s u r e s f o r r a i l w a y f r e i g h t c a r s a t p r e s e n t,t h i s p a p e r p u t s f o r w a r d a n e w s c h e m e o f d u s t-p r o o f a n d e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n r o o f o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s f o r r a i l w a y f r e i g h t c a r s,a n d i n t r o d u c e s t h e w o r k i n g p r i n c i p l e,s t r u c t u r e c o m p o s i t i o n a n d r e l i a b i l i t y t e s t o f t h e r o o f o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s f o r r a i l w a y f r e i g h t c a r s.T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e n e w r o o f i s m o r e e f f e c t i v e a n d r e l i a b l e i n p r e v e n t i n g c o a l l o s s.K e y w o r d s:r a i l w a y f r e i g h t c a r;d u s t-p r o o f;c o m p o s i t e m a t e r i a l;r o o f c o v e r;s t r u c t u r e 随着人民群众环保意识的日益增强及国家对环境保护力度逐步加大,各企业正全面开展环境污染隐患排查治理工作,以有效化解环境污染风险。铁路货车在运输煤炭过程中,表层煤粉在风力作用下极易产生扬尘,不仅造成煤炭损失而且对铁路沿线环境造成污染,危害铁路职工及线路周边人民群众的健康。目前,铁路运输中普遍采用喷洒抑尘剂以固化表层煤粉的措施来减少车辆运行中产生的扬尘,但因抑尘剂喷洒设施未覆盖所有装车点或者抑尘剂生成的固化层质量难以保障,扬尘依然存在。因此,铁路运煤企业迫切需要采取更加有效、可靠的措施预防并解决铁路煤炭运输的扬尘问题,最大限度降低煤损及对铁路沿线自然环境的伤害。1 铁路货车防尘环保措施及现状目前国内外针对铁路货车运输的散粒货物,常采用安装蓬布绳网、喷洒抑尘剂和安装活动顶盖等方式进行防尘。1.1 安装蓬布绳网安装蓬布绳网是目前在铁路运输中常用的一种方式,具体方法是将蓬布覆盖在车体上,再将绳网覆盖固361 运用与检修铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 定在车体下的绳栓上,图1为我国通用敞车安装的蓬布绳网。图1 我国通用敞车安装的蓬布绳网铁路货车安装蓬布绳网防尘的缺点是:(1)安装蓬布绳网防护措施需由人工完成,耗费大量的人力;(2)覆盖及拆卸整理篷布操作费时费力,整备周期长,严重影响运输效率;(3)篷布绳网易损坏,不易修补,运营成本较高;(4)不适用于车辆周转快、运量较大的货物专列。1.2 喷洒抑尘剂2 1世纪初,我国运煤重载列车扬尘对线路沿线环境造成严重污染并产生巨大煤损,针对此问题,相关部门开展了扬尘防治技术研究工作,借鉴了国外对运煤列车喷洒抑尘剂防尘的成功经验,2 0 1 0年喷洒抑尘剂的防尘措施(图2)在铁路运煤重载运输中得到了快速推广应用。抑尘剂可粘结、固化表层煤粉达到防尘目的,既不影响筒仓及翻车机自动装煤设施快速作业,也不降低车辆承载能力,不妨碍行车安全,还能大幅降低煤损,操作简单,成本较低。图2 喷洒抑尘剂防尘措施喷洒抑尘剂防尘措施在长期运用中暴露出以下缺点:(1)抑尘剂不能再生利用,造成资源巨大浪费;(2)喷淋装置未覆盖所有装载点,不能实现对所有运煤列车喷洒抑尘剂;(3)影响固化层因素较多,质量难以保证。如抑尘剂质量、喷洒设备、喷洒剂量、煤表层平整质量及作业环境等,特别是完全形成固化层时间约需4 h,且受天气及气候因素影响较大;(4)喷洒抑尘剂属于持续消耗的方式,成本较高。综上所述,采用喷洒抑尘剂防尘措施的方式不能从根本上解决煤损问题,还会造成资源浪费,同时还存在运用成本较高的问题,因此迫切需要通过科研攻关和技术创新开发更加环保有效的防尘措施。1.3 安装活动顶盖铁路货车的活动顶盖主要有移动式、旋转式(单开、双开)和柔性伸缩式等类型1。1.3.1 移动式顶盖在美国、澳大利亚和加拿大等国家的铁路运输中,用于防淋防晒货物运输的铁路货车经常采用移动式顶盖。移动式顶盖一般由顶盖及自锁机构等组成,如图3所示。移动式顶盖自重较大,降低了车辆载重;同时占用面积较大,影响了车辆性能指标。图3 移动式顶盖1.3.2 旋转式活动顶盖在美国、沙特、阿联酋等国家常采用安装了单开或双开旋转式活动顶盖(图4)的铁路货车运输硫磺粉、磷酸盐矿粉等散粒货物。单开或双开旋转式活动顶盖由顶盖、开闭机构及风控系统等组成。顶盖由铝合金挤压型材焊接而成,开闭机构由汽缸、连杆等组成,风控系 统 动 力 源 为 来 自 制 动 主 管 压 缩 的 空 气,采 用R F I D自动控制技术或电刷控制技术驱动开闭机构,使顶盖沿轨道滑动,在车辆行驶中自动开关2。旋转式活动顶盖的缺点如下:(1)系统结构较复杂,顶盖虽采用铝合金材料,自重仍然较大,降低了车辆载重,影响了车辆性能指标;(2)受限界及顶盖尺寸的限制,装载口宽度偏小,仍不能适应大筒仓口快速装载;(3)如果接收信号标签表面存在尘垢,将影响R F I D控制识别准确度,电触板存在尘垢或表面结冰及运行车辆晃动等都会引发电刷控制识别故障。因此,旋转式活动顶盖虽能有效防尘,但需对既有问题加以全面解决才可能适应重载列车运输。461铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 图4 旋转式活动顶盖1.3.3 柔性伸缩式顶盖柔性伸缩式顶盖由顶蓬、导轨、传动装置构成(图5),车辆一端设有手动操作装置,由人工完成收拢、展开工作。这种类型顶盖不宜在大雪、大风等恶劣环境下运用,特别是大风会严重影响列车横向稳定性、恶化列车动力学性能甚至危及行车安全。因此,柔性伸缩式顶盖不满足重载列车运输的安全要求3。图5 柔性伸缩式顶盖2 新型复合材料防尘环保顶盖研制纤维增强热塑性塑料的研制是近年来复合材料的前沿科技,开展新型复合材料在铁路货车领域的可行性技术研究,系统研究及掌握复合材料的技术标准规范、性能试验技术、铁路货车的技术设计及制造工艺、运用维护等关键技术,并对技术经济性开展评估,可以全面掌握复合材料领域的前沿技术,为复合材料在新领域的应用提供技术支持。2.1 工作原理新型复合材料防尘环保顶盖为纵向对开叠板式,其工作原理如图6所示。当安装该顶盖的车辆以不高于3 k m/h速度运行至装煤点进入端附近时,顶盖上的触碰挡与地面触碰装置上的两触碰臂接触,依靠车辆动能推动顶盖快速打开;当车辆运行至装煤位时,装煤筒仓自动调整高度并开始装煤;当车辆驶离装煤点时,顶盖上的触碰挡再次与地面装置的两触碰臂接触,依靠车辆动能快速关闭顶盖4。图6 新型复合材料顶盖工作原理2.2 结构组成顶盖为纵向对开叠板式结构,主要由前后2扇顶盖组成,顶盖关闭时铰接门片打开,打开时铰接门片以叠板的形式收拢于车辆两端。2扇顶盖的4个主动导向架上设有自锁装置,同侧自锁装置在顶盖关闭时依靠弹簧压缩力夹紧自锁。图7为顶盖装车效果。图7 顶盖装车效果图2扇顶盖均由主动导向装置、从动导向装置、支撑架、门片、触碰挡等组成(图8),其差异在于主动导向装置上的自锁装置,同侧顶盖一个带锁扣,另一个带锁体。门片采用蜂窝状纤维增强复合材料板,门片间由铰链连接,形成一个合适的夹角,多个门片串联成连续顶盖。由于门片间夹角的存在,门片在移动到车辆端部时,在重力作用下可绕铰轴旋转并背靠背堆叠起来。图9为复合材料门片结构。561 铁路货车防尘设施应用与探讨 贾晓光,王雪军,陶亚东,王 松,王浩江图8 顶盖结构图9 复合材料门片结构2.3 可靠性试验为了验证防尘环保顶盖在日常和特殊运用环境下的可靠性,以及顶盖开关、地面拨盖装置的可靠性,对顶盖进行开闭循环试验。开闭循环试验的索引速度为3 k m/h,试验结果见表1。表1 顶盖开闭循环试验结果开盖时间/s关盖时间/s拨盖装置顶盖运动开闭次数部件状态78正常没有卡阻5 2没有裂损、变形88正常没有卡阻1 5 1没有裂损、变形78正常没有卡阻2 0 0没有裂损、变形77正常没有卡阻2 0 0没有裂损、变形78正常没有卡阻1 3 0没有裂损、变形88正常没有卡阻4 0没有裂损、变形78正常没有卡阻2 4 0没有裂损、变形88正常没有卡阻2 3 0没有裂损、变形88正常没有卡阻2 1 8没有裂损、变形78正常没有卡阻4 0没有裂损、变形 试验结果表明:新型复合材料防尘环保顶盖在日常运用环境下可有效防尘,主要磨耗件及整机性能可保证用户正常运用,顶盖开闭功能正常,整机性能稳定、可靠,同时也适应在非正常增载的特殊环境下运用5。3 采用新型复合材料的优点纤维增强树脂基复合材料为铁路货车顶盖轻量化提供了有效途径,为实现顶盖结构创新提供了有力保障。与篷布绳网或铝材比较,纤维增强树脂基复合材料具有如下优点:(1)相对于篷布绳网,纤维增强树脂基复合材料具有蜂窝结构特性,从源头较好保证了顶盖整体及局部刚度,解决了在大风、大雪等极端运行环境下顶盖易损坏及开关困难等问题,减小了列车运行阻力;(2)与铝材比较,纤维增强树脂基复合材料具有蜂窝结构特性,比强度大,顶盖自重显著降低,确保顶盖具有恰当的整体及局部刚度,适应极端运行环境,确保了开关力在顶盖运动中有序传递及顶盖折叠在车辆两端;(3)全寿命周期安装维护成本比喷洒抑尘剂更低;(4)大开度结构与现有装载筒仓尺寸匹配,并且在全开状态下可以与现有翻车机匹配,可在既有敞车及开顶漏斗车上推广,应用前景广阔。4 结束语新型复合材料防尘环保顶盖相较于喷洒抑尘剂,防治煤损更有效、更可靠,是一种绿色环保和利于可持续发展的有效防治煤损的新举措。开展复合材料防尘环保顶盖的技术研究,掌握复合材料在铁路货车上的应用设计理论、制造及维护技术,突破复合材料在铁路货车领域应用的技术难题,对铁路货车下一步减轻自重,在不超载的前提下运输更多货物,进一步提高运输效率和经济效益,实现节能减排,具有重要意义。参考文献:1 赵明,冯永顺,程平.铁道货车安装顶盖探讨J.机械管理开发,2 0 0 9,2 4(1):2 2-2 3.Z HAO M i n g,F E N G Y o n g s h u n,CHE NG P i n g.S t u d y o n c o p i n g o f r a i l w a y f r e i g h t v e h i c l e sJ.M e c h a n i c a l M a n a g e-m e n t a n d D e v e l o p m e n t,2 0 0 9,2 4(1):2 2-2 3.2 吴春梅,龙武国.一种铁路货车用大跨度活动顶盖J.中国机械,2 0 2 0(7):2 0-2 2.WU C h u n m e i,L O N G W u g u o.A l a r g e s p a n m o v a b l e r o o f f o r r a i l w a y f r e i g h t c a r sJ.M a c h i n e C h i n a,2 0 2 0(7):2 0-2 2.3 任丽娟,苗培实,王浩江.铁路货车顶盖全自动开闭的实现J.铁道车辆,2 0 2 0,5 8(1):1 4-1 6.R E N L i j u a n,M I A O P e i s h i,W A N G H a o j i a n g.R e a l i z a t i o n o f f u l l y a u t o m a t i c o p e n i n g a n d c l o s i n g o f t o p c o v e r s o n r a i l w a y f r e i g h t c a r sJ,R o l l i n g S t o c k,2 0 2 0,5 8(1):1 4-1 6.4 严隽耄.车辆工程:第2版M.北京:中国铁道出版社,1 9 9 9.5 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.北京:高等教育出版社,2 0 0 9.(责任编辑:郭 晖)661铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月