一种铁路隧道自动除冰装置及其除冰方法与流程

本发明专利涉及电气化铁路维护用机械式除冰设备，具体涉及一种关于电气化铁路隧道顶部除冰装置。

背景技术：

我国自1958年修建第一条电气化铁路宝成线起，经过几十年的快速发展，至2012年我国的电气化铁路总里程突破了4.8万公里，超越第二名俄罗斯，位列世界第一。在电气化铁路修建的过程中大量的隧道产生，随着铁路运营时间的增加及外界地质条件的变化，隧道不可避免地会产生渗水漏水的现象。在纬度较低的地区或者夏季，隧道漏水渗水的情况对铁路列车运行影响不大，但到了寒冷季节，尤其是在一些高纬度地区，隧道渗水问题使列车运行存在很大的安全隐患。

当自隧道顶部悬垂下来的冰柱延伸至接触网的接触线高度就会对运行中列车的受电弓造成极大的危害。若在列车受电弓和铁路接触网范围内的结冰超过空气的绝缘长度，就会发生冰柱对接触网和受电弓放电的情况，若不及时发现维修，严重的还会将接触网或者承力索烧断，对铁路系统的正常的运行造成极大的影响。如1988年1月24日4时17分凤州接触网工区所管辖的堡子沟隧道中一段承力索因冰害被烧断，供电中断近三个小时，该次供电中断造成了一列载客列车和7列运货列车晚点。2008年我国南方地区遭遇百年不遇的冰冻天气灾害，许多隧道中出现了挂冰，挂冰侵袭接触网，使得南方许多电气化铁路线路一度处于瘫痪状态，只得依靠调度来的内燃机车进行救援，造成了严重的经济损失和社会危害。对于我国东北地区，铁路隧道的结冰问题相比显得更为严重，一到冬季尤其在入冬和春融季节，隧道挂冰的现象大量出现。更为严重的是，若隧道顶部冰柱长期不清理，久而久之这些冰柱会连成一片，在北方地区甚至会发生隧道被迫弃用的情况。

隧道冰害一直以来都是工程界的热门话题，现有的关于隧道挂冰去除多采用人工定期巡视打冰的方法，该方法需要投入大量的人力，而且对养护工人来说工作环境恶劣，危险性高，对工人的生命安全有着潜在的危害。还有部分铁路局采取改造隧道，利用电能进行融冰的方法消除冰害的影响，但这种方法，投入惊人，施工周期长，对资源的消耗量巨大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铁路隧道自动除冰装置，拟在受电弓前端对隧道内的结冰自动进行机械式去除。

本发明的目的是这样实现的：一种铁路隧道自动除冰装置，用于安装在列车顶部前端的底座支撑总成（23）的平台上安装有呈竖直方向的两组同步液压缸（24），呈水平方向的悬挂架（5）的左右两端对应固定在该两组同步液压缸（24）的两个活塞杆顶部；除冰动作机构（25）固定在悬挂架上，该除冰动作机构（25）为：伺服电机（12）的位于竖直方向的轴经联轴器（13）与2号轴（15）连接，2号轴（15）作为传动主轴与电磁离合器（17）主动端连接，1号轴（3）下端与该电磁离合器（17）从动端连接，除冰杆（2）中部固定在1号轴（3）顶端。

所述2号轴（15）中部经轴承安装在呈筒体状的4号缸体（9）的底板上，所述1号轴（3）上部经推力球轴承（4）安装在呈筒体状的1号缸体（7）的顶板上；还具有呈筒体状的3号缸体（10）以及呈板件状的2号缸体（8）；3号缸体（10）下部经螺栓固定在伺服电机（12）上，上述1号缸体（7）下部和4号缸体（9）上部分别经螺栓固定在2号缸体（8）板件的上、下面，且4号缸体（9）位于3号缸体（10）内腔。

所述除冰杆（2）由两根杆件焊接在一个圆筒左、右两边构成；还具有大螺母（1）；大螺母（1）从上向下伸入除冰杆（2）的圆筒并旋接在1号轴（3）顶端上。

所述悬挂架（5）由一圆盘及固定在该圆盘左、右两端的两根水平杆件组成；悬挂架（5）的圆盘经多个螺栓固定在1号缸体（7）顶板上；还具有两个连接体（26），该两个连接体（26）分别固定在悬挂架的两根水平杆件外端；两组同步液压缸（24）的两个活塞杆上部分别伸入该两个连接体（26）上的孔内经锁紧螺钉固定。

本发明的另一目的是提供一种采用上述除冰装置的自动除冰方法。

本发明的另一目的是这样实现的：一种除冰装置的除冰方法，步骤如下：

当列车在隧道外运行时，除冰杆在伺服电机的带动下转到与列车运行方向相同的方向即初始位置，且两组同步液压缸的活塞杆回收，除冰杆位于接触网的接触线下方位置；

当列车运行到即将进入隧道的地方时，列车司机按下按钮或由安装在列车前端的传感器自动控制，液压举升机构的两组同步液压缸开始工作，两组同步液压缸的活塞杆同时向上伸出，直至将除冰杆送至接触网承力索以上的位置，与此同时，伺服电机、电磁离合器、电磁制动器得电；电磁制动器得电后，放松原本所抱紧的1号轴；电磁离合器得电后，2号轴作为主动轴将动力传递至1号轴；伺服电机得电，电机轴开始转动，除冰杆在伺服电机提供的动力下转到工作位置，即垂直于列车运行的方向的位置，从而使除冰杆能达到除冰的目的；

当位于列车前端的传感器检测到前边出现用于悬挂承力索的悬挂线时，液压举升机构的两组同步液压缸的两个活塞杆回收，使除冰杆位于该悬挂线下方，与此同时，伺服电机、电磁离合器，电磁制动器三者再次通电，电机转动，电磁离合器结合，电磁制动器放开除冰杆所在1号轴，除冰杆转到初始位置，避开承力索悬挂线。

本发明装置安装在列车受电弓前端，通过一个底座与列车顶部相连，底座的前端左右两侧固定两组同步液压缸，每组液压缸上又悬挂着一个除冰动作机构。该除冰装置除冰主要由除冰杆来完成，工作时直接与隧道挂冰作用。非工作时间里除冰杆的位置方向与列车运行方向相同。除冰杆通过机械连在一个伺服电机上，除冰杆可以在伺服电机的带动下转动。当遇到一些非冰障碍时，又能顺利避开。

本铁路自动除冰装置的除冰动作机构，自上而下重要的相关部件有除冰杆、电磁制动器、电磁离合器、伺服电机，四部分之间通过轴相连。当通有电流时，四个部分可以一起转动，当断电时，除冰杆和电磁制动器依靠电磁制动器内部结构产生静止力矩保证，当除冰杆受到横向力时，两者也不会转动，从而能够达到顺利除冰的目的。当断电时，下面的电磁离合器还能保证将上面部分的轴与下面所连接的电机轴分开，使得在除冰过程中主轴所承受的冲击力不会传递给伺服电机的电机轴，以免长时间工作后对电机造成损害。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1、除冰过程中没有工作人员暴露在自然环境中，对人工的要求较低，安全性较高。另外除冰过程主要依靠的是列车运行的动能，与目前电阻加热方式相比能耗大大降低。

2、机械式除冰装置具有结构简单、专门为去除隧道内悬挂冰柱的设计，并且特别适配自动控制系统（由与微电脑连接的位置传感器，以及由微电脑控制的伺服电机、电磁离合器和电磁制动器的供电电路组成），而形成自动化铁路系统的隧道自动除冰装置。

3、本发明安装在受电弓前端进行机械除冰，实时保护接触网和受电弓的安全，做到“有冰就除”，减少人工巡视和打冰，既节约了人力成本也节约了能源，该设备的成功研制既可以保证列车运行的安全性又节约了又节省了大量的人力物力和财力，对电气化铁路的运营维护具有重要贡献。

附图说明

图1是铁路隧道自动除冰装置整体示意图。

图2是除冰动作机构内部结构示意图。

图3是图2所示除冰动作机构外部结构立体示意图。

图4除冰杆立体示意图。

图2中，1-大螺母；2-除冰杆；3-1号轴；4-推力球轴承；5-悬挂架；6-螺钉；7-1号缸体；8-2号缸体；9-4号缸体；10-3号缸体；11-键10*8*35；12-伺服电机；13-联轴器；14-键8*7*25；15-2号轴；16-键8*7*25；17-电磁离合器；18-键8*7*36；19-螺钉；20-键14*9*36；21-电磁制动器；22-键14*9*36。

具体实施方式

图2示出本铁路隧道自动除冰装置，用于安装在列车顶部前端的底座支撑总成23的平台上安装有呈竖直方向的两组同步液压缸24，呈水平方向的悬挂架5的左右两端对应固定在该两组同步液压缸24的两个活塞杆顶部；除冰动作机构25固定在悬挂架上，该除冰动作机构25为：伺服电机12的位于竖直方向的轴经联轴器13与2号轴15连接，2号轴15作为传动主轴与电磁离合器17主动端连接，1号轴3下端与该电磁离合器17从动端连接，除冰杆2中部固定在1号轴3顶端（参见图1、图3）。2号轴15中部经轴承安装在呈筒体状的4号缸体9的底板上，所述1号轴3上部经推力球轴承4安装在呈筒体状的1号缸体7的顶板上；还具有呈筒体状的3号缸体10以及呈板件状的2号缸体8；3号缸体10下部经螺栓固定在伺服电机12上，上述1号缸体7下部和4号缸体9上部分别经螺栓固定在2号缸体8板件的上、下面，且4号缸体9位于3号缸体10内腔。

参见图4，除冰杆2由两根杆件焊接在一个圆筒左、右两边构成；还具有大螺母1；大螺母1从上向下伸入除冰杆2的圆筒并旋接在1号轴3顶端上。悬挂架5由一圆盘及固定在该圆盘左、右两端的两根水平杆件组成；悬挂架5的圆盘经多个螺栓固定在1号缸体7顶板上；还具有两个连接体26，该两个连接体26分别固定在悬挂架的两根水平杆件外端；两组同步液压缸24的两个活塞杆上部分别伸入该两个连接体26上的孔内经锁紧螺钉固定。

电磁离合器有摩擦片式、磁粉式、涡流式电磁离合器等等。

如，摩擦片式电磁离合器：通电后，主、从动摩擦片压紧，二者靠摩擦力，使从动齿轮随主动轴转动；线圈断电，主、从动摩擦片的圆状弹簧使主、从动摩擦片位置复原而保持一定间隙，不再传递力矩。

又如，磁粉式电磁离合器：线圈通电后，磁粉在电磁力作用下，将主动转子与从动转子连接在一起，并传动力矩。

一种铁路隧道自动除冰装置的除冰方法，所述步骤如下：

当列车在隧道外运行时，除冰杆在伺服电机的带动下转到与列车运行方向相同的方向即初始位置，且两组同步液压缸的活塞杆回收，除冰杆位于接触网的接触线下方位置；

当列车运行到即将进入隧道的地方时，列车司机按下按钮或由安装在列车前端的传感器自动控制，液压举升机构的两组同步液压缸开始工作，两组同步液压缸的活塞杆同时向上伸出，直至将除冰杆送至接触网承力索以上的位置，与此同时，伺服电机、电磁离合器、电磁制动器得电；电磁制动器得电后，放松原本所抱紧的1号轴；电磁离合器得电后，2号轴作为主动轴将动力传递至1号轴；伺服电机得电，电机轴开始转动，除冰杆在伺服电机提供的动力下转到工作位置，即垂直于列车运行的方向的位置，从而使除冰杆能达到除冰的目的；

当位于列车前端的传感器检测到前边出现用于悬挂承力索的悬挂线时，液压举升机构的两组同步液压缸的两个活塞杆回收，使除冰杆位于该悬挂线下方，与此同时，伺服电机、电磁离合器，电磁制动器三者再次通电，电机转动，电磁离合器结合，电磁制动器放开除冰杆所在1号轴，除冰杆转到初始位置，避开承力索悬挂线。

当列车在隧道外运行时，除冰装置不工作，为了避让隧道外有可能出现的未知障碍，该除冰装置位于接触网的接触线下方。

当列车于行到即将进入隧道的地方时，列车司机按下按钮，液压举升部分开始工作，两组同步液压缸的柱塞同时伸出，直至将除冰杆送至接触网承力索以上的位置。初始位置时，除冰杆的方向是与列车运行方向相同的，这时向伺服电机、电磁离合器、电磁制动器开始供电。电磁制动器得电内部结构改变，放松原本所抱紧的主轴；电磁离合器得电，其上下两片结合，而上下两轴可以相互传递动力；伺服电机得电，电机轴开始转动。除冰杆在伺服电机提供的动力下转到工作位置，即垂直于列车运行的方向的位置。此时伺服电机、电磁离合器、电磁制动器同时断电。断电后，伺服电机停止转动；电磁离合器上下两片分开，从而使其上下两轴分开不能再继续传递动力；电磁制动器抱紧主轴使之不能转动，从而使除冰杆能绕竖直轴保持静止，达到除冰的目的。

当位于列车前端的传感器检测到前边出现用于悬挂承力索的悬挂线时，电机，电磁离合器，电磁制动器三者再次通电，电机转动，电磁离合器结合，电磁制动器放开除冰杆所在轴，除冰杆转到初始位置，避开承力索悬挂线。

当列车运行到隧道外时，除冰杆首先在伺服电机的带动下转到与列车运行方向相同的初始方向，然后两组液压缸的柱塞开始收回，除冰杆回到接触网的接触线以下的位置，一个隧道中的除冰过程结束。