铁路煤炭运输抑尘CZ_2型侧装式喷洒装置的研究与应用_王庆立

!!!!!!!!!!摘要：目前，在我国煤炭运输中多采用敞篷车运输，在运输过程中由于气流相对运动和刮风，大量煤粉飞扬，浪费了大量宝贵的资源，又严重污染了环境。

根据发展的需要，研发了一种抑尘喷洒装置。

本文简要介绍了该型号喷洒装置的组成，并重点论述了该喷洒装置的工作原理、功能设计、主要特点以及市场前景等。

关键词：煤炭运输；抑尘；喷洒装置；侧装式铁路煤炭运输抑尘CZ-2型侧装式喷洒装置的研究与应用王庆立（郑州铁路装备制造有限公司河南郑州450052）1.引言我国是产煤大国，同时也是煤炭消费大国。

据统计，目前在铁路、公路等运输中，煤炭损耗率约为0.8％～1％。

即使按每吨煤只运输一次计算，2007年，我国在煤炭运输中，就损失了约1700万吨煤炭。

这不仅造成煤炭损失，更重要的是造成沿线煤扬尘污染。

同时,煤尘也加速了道床板结、引起绝缘子放电和老化、堵塞机车滤清器,给沿线人员的工作、生活和身心健康都带来一定危害。

在传统的防尘技术中，或是采用定期喷水处理（由于水分蒸发快，抑尘效果不明显），或是利用普通喷洒器手动喷洒抑尘剂作业（由于喷洒不均匀，无法适应大规模喷洒作业，且在喷洒时，人需要上车顶，存在一定的安全隐患，难以保证喷洒质量）。

新式喷洒装置都配有横梁、摆臂，涉及对牵引机车的避让以及对电气化线路侵限等问题，存在严重的安全隐患。

为解决上述问题，我们研发了CZ-2型侧喷固定式自动喷洒装置，以适应快速发展的铁路运输需要。

2.喷洒装置的基本构成及工作原理该喷洒装置由储水箱、搅拌罐、储液罐、输送管、管道泵、喷头、回流管、清洗泵、配电柜、计算机、监控探头、光电检测、雷达测速控制系统等部件组成。

当列车通过时，光电检测系统开始识别牵引机车及钩档，此时雷达开始测速，并传输给可编程控制器PLC 。

牵引机车通过后，发出信号给可编程控制器PLC 。

根据雷达所测速度及钩档识别，PLC 控制开启电磁阀门，恒压液体通过喷头成雾状喷出。

2.1自动喷洒工作原理当列车即将到达时，启动“喷洒”程序，喷淋泵和主管道电动阀开启,抑尘剂溶液进入喷洒管道中并保压。

当机车进入喷洒作业区，光电开关反馈信号至控制系统，电磁阀保持关闭，不喷洒。

当车辆进入喷洒作业区，雷达测速仪、光电开关反馈信号到控制系统,控制系统输出命令开启喷头电磁阀，开始喷洒作业。

在车辆钩档处，光电开关反馈信号至控制系统，电磁阀关闭，暂停喷!!!!!!!!!!洒。

当车辆临时停车时，雷达测速仪反馈信号至控制系统，停止喷洒作业。

2.2流量调节原理由雷达测速仪测得列车速度，控制系统根据车速的快慢控制喷头处电磁阀开启数量（2~12个），达到调节流量的目的。

车速为18km/h时，开启12个喷头。

当车速每降低3km/h，就少开两个喷头。

2.3机车车辆识别原理因为机车比车辆高，分别在高位（3.6米）和低位（2.6米）安装了光电开关。

当光电开关同时被遮挡时，表明机车在通过，只有低位光电开关被遮挡表明车辆通过。

如果光电开关没有遮挡，表明无车通过。

3.功能设计根据实际工作需要，该喷洒装置设计有抑尘剂溶液配制功能、自动喷洒功能、管路清洗功能、排空防冻功能等，并设计有半自动喷洒、手动喷洒功能。

3.1抑尘剂溶液配制功能因为在喷洒作业时，喷出的液体是1~ 2%的抑尘剂溶液。

厂家提供的原材料是抑尘剂粉剂，必须经配制后才能使用，所以喷洒装置应具有抑尘剂溶液配制功能。

本装置设计有抑尘剂潜水搅拌预溶装置，进一步提高了工作效率,使装置配液能力大大提高。

3.2自动喷洒功能自动喷洒功能是固定式喷洒装置的核心功能，也是技术关键。

本装置采用了双排喷头交替喷洒，一排喷头喷洒第1、3、5节车厢，另一排喷头喷洒2、4、6节车厢，这样就给了电磁阀充分的反应时间。

另外，在每个喷头前都加装了电磁阀，控制系统根据车长（由车号识别系统测出）、车速（由雷达测速系统测得）、电磁阀反应时间计算出电磁阀开关时间，从而实现了车速为30km/h 时能准确避让钩档。

本装置采用在恒定压力下改变电磁阀开启数量的方法来调节流量。

例如：车速为30km/h时，开启20个喷头电磁阀，27km/h 时，开启18个喷头电磁阀，车速每下降3km/h 时，则少开启2个喷头电磁阀。

此种调节流量的方法既简化了设备，又保证了喷洒效果。

为了适应各种复杂的作业情况及可能的设备故障，还为该装置设计了半自动喷洒功能、手动喷洒功能、备用喷洒功能。

半自动功能在流量自动调节系统异常或风力在3~5级时采用。

在此模式下，系统仍会自动避让机车及钩档,但要手动控制选择开关，根据车速来控制喷头开启数量。

手动功能在控制系统异常或风力在5级以上时采用。

在此模式下，系统不避让机车及钩档，手动控制选择开关，根据车速来增加喷头开启数量。

备用喷洒功能在主系统故障或维修时采用，原理与手动喷洒一样。

3.3管路清洗功能由于抑尘剂溶液具有一定的黏性，为了防止管路及喷头堵塞，在每次喷洒作业后，需要对管路进行清洗。

为简化设备，减少作业时间，采用了排空—清洗—再排空的作业程序。

第一次排空是使室外管道内的溶液回流到搅拌罐。

清洗时，启动储水箱中的潜水泵，向室外管道内注入清水并从喷头处喷出，达到清洗喷头及电磁阀的目的。

清洗完后，再进行一次排空作业，将管道中的水抽空，为下次喷洒作业做准备，以免下次喷洒作业刚开始时喷出的是水。

3.4排空防冻功能为了保证喷洒作业在低温情况下正常进行，室外裸露设备须有防冻功能。

为此，本装置设计有排空功能。

每次作业后，排空室外管路内的剩余水或溶液，并在室外设备上外包保温层。

若在严寒地区使用，还加装伴热电缆。

4.控制系统设计因为本装置功能复杂，具有较多的开关量及模拟量，采用PLC（可编程控制器），实现对各种设备的智能化控制，具有编程方便、容易修改、工作可靠、性能稳定、耗电少等优点，其性能大大优于继电器控制。

另外，采用变频器控制喷洒泵，不但实现了喷洒泵的恒压输出，而且可减少电机启动时电流过大对电网的冲击，延长了设备使用寿命，节约了能源。

5.管路系统设计本着简单化、合理化的原则，主管道采用镀锌管及安装维修方便的消防接头，其余管道采用PE管。

储水箱和搅拌罐内衬采用了不锈钢。

6.喷洒装置设计喷洒装置的具体设计是：（1）在铁轨两侧竖立两个立管，立管的上端连通设置配有沿铁轨方向的横管，横管上分布有供液支管。

供液支管的尾端均连有电磁阀，电磁阀的出口上连有喷头。

这种结构达到了按开启不同数量的电磁阀来调节喷洒量的目的。

在喷洒中，喷头的喷射压力不变，喷液头的射程不变。

喷头为扇形，喷洒角度准确。

喷洒区域为长条形，长度基本与车厢宽度一样，既保证了喷洒均匀，又便于避让钩档。

（2）立管由上部的主管与下部的底座组成。

主管与底座通过各自对应的法兰盘固定，主管的一侧设有转动支撑结构。

该转动支撑结构由与主管周面固定的连接部分和与地面固定的底座铰接组成。

由于支架管的立管段可拆开固定在其基础段上，立管段通过支架管一侧的转动支撑结构铰接在基础段上。

在检修、更换喷液头时，可以将支架管的立管和底座拆开，然后使立管通过转动支撑结构相对于底座旋转，从而将立管放倒在地面上，然后对喷液头进行检修、更换，达到了操作简单和使用方便的目的。

（3）喷头、电磁阀及管接头大多采用了不锈钢材质，横管、主管及底座采用了整体热镀锌处理，大大延长了设备的使用寿命。

7.预溶装置设计所设计的抑尘剂潜水搅拌预溶装置是一个罐体。

罐体内设有一个过滤腔，过滤腔内设有一个潜水式搅拌机。

过滤腔为一柱状过滤网式过滤腔，过滤腔的上端连通一加料斗。

罐体下部周面上连通出液口。

由于预溶装置的搅拌器的外侧加装了过滤腔，可将定量的水一次性加入罐体中，然后将定量的颗粒状抑尘剂投入过滤腔内，在启动搅拌器后较短的时间内，颗粒状抑尘剂就会被溶解。

当颗粒状抑尘剂达到了所要求的颗粒大小后，即可自动透过过滤网进入罐体中，液体中不会有超标的大颗粒试剂。

另外，过滤腔的直径小于罐体的直径，颗粒状抑尘剂较为集中，搅拌效率高。

同时，过滤腔与安装在其内的搅拌器会形成泵效应，使得颗粒状抑尘剂被泵到搅拌器的附近，可更好地将颗粒状抑尘剂搅拌开，进一步提高了劳动效率。

8.理论计算由于每个煤炭装车点的具体情况不一样，喷洒装置的功率、喷洒量、泵的流量、压力、储液罐、搅拌站的大小需根据装车量的不同和车速的不同进行计算。

以下假设：车速为30km/h，车内宽为2900mm，车内长为13000mm，喷洒量为2.2L/m2，按喷洒宽度与车宽相同计算，得出：每米喷洒量：2.9*2.2=6.38L每秒车运动距离：30000/3600=8.333m每秒喷洒量：6.38*8.333=53.2L每节车喷洒量:6.38*13=83L流量及扬程：参见下表9.CZ-2型侧装式喷洒装置主要特点及社会经济效益9.1主要特点（1）安全可靠：该装置最大高度为4600cm，喷头距高压线2米以外，作业时不侵限。

独特的可倾倒技术，维修时，不用登高作业，保证了维修人员的安全。

（2）结构简单：采用恒压喷洒方式，室外喷洒架结构简单，喷头固定，成功回避了复杂的喷头调整系统，减少了设备故障，降低了成本。

（3）喷洒质量高：采用了先进的喷头技术，实现了远距离抗风喷洒。

新颖的流量调节技术，实现了恒压喷洒的流量调节，保证了喷洒区域、喷洒量及喷洒均匀度符合铁标要求。

（4）安装方便：因自身重量轻，安装时可不用吊车，且管路系统采用了快速可靠的消防接头连接，大大缩短了安装时间，使得整套设备的安装可在2至3天内完成。

（5）准确避让钩档：快速电磁阀与交替控制技术相结合，在车速为30km/h时，可准确避让钩档。

（6）配液速度快：自行研制的、拥有知识产权的预溶罐（专利技术），不需要预溶加料机，大大提高了配液速度，减小了工人劳动强度。

（7）使用寿命长：储水箱、储液箱、喷头、管接头、电磁阀全部采用不锈钢材质，室外喷洒设备的立柱、横梁整体进行了热镀锌处理，大大延长了设备的使用期限，并解决了抑尘剂溶液遇锈变质的问题。

（8）功能多样：具有全自动喷洒、半自动喷洒、手动喷洒、备用喷洒多种作业方式，保证了各种情况下的作业质量。

（9）操作简单：“一键通”操作方式，使喷洒作业变得轻松自如。

（10）作业质量可控：安装了车号识别系统、监控照相系统，配备了在线粘度计、电磁流量计、温度传感器，保证了作业质量。

9.2经济、社会效益（1）由于该产品在技术上的优势，市场前景比较广阔。

局内将最少需装配20多台，每台装置的价格约为80~100万，仅本局市场的产值就达到上千万元。

如果做好该产品的推广工作，市场潜力相当可观。

（2）该产品不但有着良好的经济效益，关键在于解决了铁路运输的煤车扬尘污染难题，减少了煤损率和资源浪费。

这对于减少环境污染，减少资源浪费，保证铁路运输安全，都有着不可替代的作用，具有较好的社会效益。

参考文献[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社.1969[2]龚顺益.电工电子手册[D].中国电力出版社.2009[3]张金和.管道安装工程手册[J].机械工业出版社.2006。