本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种替代电力机车撒砂装置的装置及方法。
背景技术：
轨道车辆是借助车轮与轨道之间的滚动摩擦力产生牵引和制动力的。近年来，随着我国高速、重载铁路的快速发展，围绕如何进一步改善机车车辆轮轨关系，相关专业院校和科研部门做了大量的基础性研究工作，公开的研究数据表明：在轮轨干态条件下，轮轨摩擦系数在0.3～0.5之间，在油水条件下可下降到0.05。此时向轨道上撒砂，摩擦系数呈明显增加的趋势，增幅可达到60％左右，但仍不能恢复到轮轨干燥状态下的水平。
现有技术中，采用撒砂的方式，撒砂虽能防止车轮空转打滑，但却存在很多问题：
(1)撒砂是通过犁沟效应来提升摩擦力防止车轮空转打滑的，是以牺牲轮轨寿命为代价的，是多种轮轨病害的诱因。资料显示，在撒砂和不撒砂情况下，二者的磨损系数之比在5～30倍之间；为满足高速铁路发展的需要，2017年铁总将如何提高车轮旋修里程，延长线路打磨周期，提出维护保养建议立为重大科研课题。
(2)铁路信号系统的自动闭塞，是靠机车车辆的轮对在两根轨道间形成电气桥接而向后面的闭塞分区发出禁行信号的。撒砂形成的绝缘层使车轮与轨道间不能形成有效的电气接触，可能使自动闭塞系统不能正常工作，对铁路运输形成安全隐患。
(3)机车车辆上砂需要专用的设施设备，需要购买专用的砂子，耗费大量的人力物力。
(4)滚落到轨面之下的无效砂子对路基形成污染，需要投入人力定期清理。
技术实现要素：
本发明提供一种替代电力机车撒砂装置的装置及方法，解决传统撒砂方法对轨道损伤大、易阻断电气系统以及撒砂导致的人力物力成本高的问题。
本发明解决上述技术问题的方案如下：包括设置在电力机车的机车转向架上的电力机车轮轨增粘组件，所述电力机车轮轨增粘组件排出的高温和/或高压气流对轨道与车轮连接处进行喷射，使得轨道与车轮连接处处于干燥状态。
进一步，电力机车的每个机车转向架上设置两个所述电力机车轮轨增粘组件。
进一步，所述电力机车轮轨增粘组件包括压力空气源、储风缸、喷嘴、内置加热器、控制器以及控制开关，所述压力空气源与储风缸通过管路连接，用以将空气压缩至所述储风缸内，所述内置加热器设置在所述储风缸内并对缸内空气进行加热，所述储风缸的排气口与所述喷嘴连通，所述内置加热器和喷嘴通过所述控制器与所述控制开关电连接，所述喷嘴设置在机车转向架上并且其喷射方向朝向轨道与车轮连接处。
进一步，所述压力空气源为机车总风缸；所述加热器的加热电力取自机车主变压器。
进一步，所述储风缸与所述压力空气源连接的管路上设置有控制空气流向、流量及管路开闭的阀组。
进一步，所述喷嘴与所述储风缸通过保温管路连通，按预设风量将高温和/或高压气流以射流方式喷射到轨道与车轮连接处上。
所述的一种替代电力机车撒砂装置的装置还可以是另外一种技术形式：由离心压气机产生压力空气，压力空气流经回形扩容加热管道，在流动的过程中被加热到指定温度。
进一步，所述压力空气源为离心压气机，所述离心压气机设置在所述加热器上部，所述离心压气机的排气口与所述加热器的进气口连通；所述的加热器的排气口与所述喷嘴连通。
进一步，所述加热器为回形扩容加热管道。
一种替代电力机车撒砂装置的方法，包括如下步骤：
s1：将电力机车轮轨增粘组件排出的高温和/或高压气流对准轨道与车轮连接处，通过高温和/或高压气流喷射使得轨道与车轮连接处干燥；
喷射气流的量根据公式：q＝kwv确定，其中kw为单位车速下高温气体的耗量，在冰雪和雨湿条件下有不同的取值，v为车速。
一种替代电力机车撒砂装置的方法，包括如下步骤：
s1：压力空气源工作，将空气压缩至所述储风缸内；
s2：对储风缸内的空气进行加热处理；
s3：按动所述控制开关，控制器得到控制信号并打开所述喷嘴上的阀门；
s4：喷嘴释放气流对外做功；
步骤s4中，喷嘴喷射气流的量根据公式：q＝kwv确定，其中kw为单位车速下高温气体的耗量，在冰雪和雨湿条件下有不同的取值，v为车速。
本发明提供一种替代电力机车撒砂装置的装置，所述电力机车轮轨增粘组件设置在转向架上。这样，通过向轮轨接触点及近前方区域轨道上喷射高温干燥的压力空气，使轮轨接触面迅速得到干燥和清洁，从而使轮轨摩擦力恢复到干态水平，达到避免车轮空转打滑的目的。相对于现有技术而言具有的优点是：对轨道和车轮无损伤；气体不会阻断车轮与轨道的电气接触，保证机车运行稳定性；省去了备砂、上砂的人力及设备。
本发明提供一种替代电力机车撒砂装置的方法，包括如下步骤：将电力机车轮轨增粘组件排出的高温和/或高压气流对准轨道与车轮连接处，通过高温和/或高压气流喷射使得轨道与车轮连接处干燥；喷射气流的量根据公式：q＝kwv确定，其中kw为单位车速下高温气体的耗量，在冰雪和雨湿条件下有不同的取值，v为车速。这样，通过向轮轨接触点及近前方区域轨道上喷射高温干燥的压力空气，使轮轨接触面迅速得到干燥和清洁，从而使轮轨摩擦力恢复到干态水平，达到避免车轮空转打滑的目的。相对于现有技术而言具有的优点是：对轨道和车轮无损伤；气体不会阻断车轮与轨道的电气接触，保证机车运行稳定性；无污染，省去了备砂、上砂的人力及设备。
本发明提供一种替代电力机车撒砂装置的方法，包括如下步骤：压力空气源工作，将空气压缩至所述储风缸内；对储风缸内的空气进行加热处理；按动所述控制开关，控制器得到控制信号并打开所述喷嘴上的阀门；喷嘴释放气流对外做功；步骤s4中，喷嘴喷射气流的量根据公式：q＝kwv确定，其中kw为单位车速下高温气体的耗量，在冰雪和雨湿条件下有不同的取值，v为车速；这样，通过压力空气源压缩空气至储风缸内，并对储风缸内的压缩空气进行加热处理，使得喷嘴喷射的空气为高温气流，使轮轨接触面迅速得到干燥和清洁，从而使轮轨摩擦力恢复到干态水平，达到避免车轮空转打滑的目的。相对于现有技术而言具有的优点是：对轨道和车轮无损伤；气流不会阻断车轮与轨道的电气接触，保证机车运行稳定性；无污染，省去了备砂、上砂的人力及设备。
附图说明
图1为本发明一种替代电力机车撒砂装置的装置实施例1整体结构主视图；
图2为本发明一种替代电力机车撒砂装置的装置实施例1整体结构侧视图；
图3为本发明一种替代电力机车撒砂装置的装置实施例1控制器工作流程示意图；
图4为本发明一种替代电力机车撒砂装置的装置实施例2整体结构主视图；
图5为本发明一种替代电力机车撒砂装置的装置实施例2整体结构侧视图；
图6为本发明一种替代电力机车撒砂装置的装置实施例2控制器工作流程示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、压气机，2、储风缸，3、喷嘴，4、加热器，5、控制器，6、保温管路，7、转向架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图6所示，本发明提供一种替代电力机车撒砂装置的装置，所述电力机车轮轨增粘组件设置在转向架上。这样，通过向轮轨接触点及近前方区域轨道上喷射高温干燥的压力空气，使轮轨接触面迅速得到干燥和清洁，从而使轮轨摩擦力恢复到干态水平，达到避免车轮空转打滑的目的。相对于现有技术而言具有的优点是：对轨道和车轮无损伤；气体不会阻断车轮与轨道的电气接触，保证机车运行稳定性；无污染，省去了备砂、上砂的人力及设备。
如图1-图6所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述电力机车的每个机车转向架7上设置两组所述电力机车轮轨增粘组件，每组负责转向架的一侧。在所述控制器的控制下，工作时只开通前进方向上的喷嘴。这样，每台机车通过四组电力机车轮轨增粘组件对每个转向架的前方轨道喷射高温气流，使轮轨接触面迅速得到干燥和清洁，从而使轮轨摩擦力恢复到干态水平，达到避免车轮空转打滑的目的。
如图1-图3所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述电力机车轮轨增粘组件包括压力空气源、储风缸2、喷嘴3、内置加热器、控制器5以及控制开关，所述压力空气源将空气压缩至所述储风缸2内，所述内置加热器设置在所述储风缸2内并对缸内空气进行加热，所述储风缸2的排气口与所述喷嘴3连通，所述内置加热器和喷嘴3通过所述控制器5与所述控制开关电连接，所述喷嘴3设置在车架上并朝向轨道与车轮连接处。这样，通过压力空气源压缩空气至储风缸2内，并对储风缸2内的压缩空气进行加热处理，使得喷嘴3喷射的空气为高温气流，使轮轨接触面迅速得到干燥和清洁，从而使轮轨摩擦力恢复到干态水平，达到避免车轮空转打滑的目的。相对于现有技术而言具有的优点是：对轨道和车轮无损伤；气流不会阻断车轮与轨道的电气接触，保证机车运行稳定性；无污染，省去了备砂、上砂的人力及设备。
需要说明的是为了保证高温气体的工作效率，在管道及储风缸外侧包裹设置有隔热层，所述隔热层由聚氨酯制成。
如图1-图3所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述压力空气源为机车的总风缸。在机车的制动系统中，均采用的是空气制动，本申请借助机车的风源系统，无需增加其他空气加压设备，只需将管路连通空压机和储风缸2即可，总风缸和储风缸2的管路连接为本领域技术人员连接管的常规技术手段，在此本申请不做过多赘述。
如图1-图3所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述储风缸2与所述空压机连接的管路上设置有控制空气流向、流量及管路开闭的阀组。进一步优选的技术方案是：所述阀组包括单向阀、定量阀和电磁阀。这样，通过在连接储风缸2与空压机的管路上设置单向阀、定量阀和电磁阀来实现控制空气流向、流量及管路开闭，需要说明的是单向阀、定量阀和电磁阀的设置顺序不影响其带来的效果，可以根据实际需求或安装条件任意组合。
如图1-图3所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述喷嘴3与所述储风缸2的上部接口通过保温管路6连接，其功能是按控制风量将高温和/或高压气流以射流方式送达到轮轨上，兼具扩流混风及开闭功能。
如图4-图6所示，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述压力空气源为离心压气机1，由离心压气机产生压力空气，压力空气流经回形扩容加热管道，在流动的过程中被加热到指定温度，通过所述喷嘴3按控制风量将高温和/或高压气流以射流方式送达到轮轨上。
一种替代电力机车撒砂装置的装置，如图4-图6所示，所述离心压气机设置在所述回形扩容加热管道的上部，所述离心压气机的排气口与所述回形扩容加热管道的进气口连通。
一种替代电力机车撒砂装置的装置，如图4-图6所示，所述回形扩容加热管道的排气口通过温管路6与所述喷嘴3连接。
当系统接到司机“撒砂”指令，控制器5将先启动压气机1向加热器4的回形扩容加热管道充风，同时接通加热电源，当压缩空气达到预定温度后，控制器5打开喷嘴3将储备的高焓气体喷向轨道对外做功。
一种替代电力机车撒砂装置的装置，如图4-图6所示，所述加热器4为回形扩容加热管道。采用回形结构，是为了延长空气加热路程。其中加热元件可以是传统的电热丝、电热片等。
一种替代电力机车撒砂装置的装置，如图4-图6所示，所述控制开关为踏板开关，所述控制开关设置在驾驶室内，所述控制开关直接利用原撒砂踏板开关。
本发明提供一种替代电力机车撒砂装置的方法，包括如下步骤：将电力机车轮轨增粘组件排出的高温和/或高压气流对准轨道与车轮连接处，通过高温和/或高压气流喷射使得轨道与车轮连接处干燥；喷射气流的量根据公式：q＝kwv确定，其中kw为单位车速下高温气体的耗量，在冰雪和雨湿条件下有不同的取值，v为车速。这样，通过向轮轨接触点及近前方区域轨道上喷射高温干燥的压力空气，使轮轨接触面迅速得到干燥和清洁，从而使轮轨摩擦力恢复到干态水平，达到避免车轮空转打滑的目的。相对于现有技术而言具有的优点是：对轨道和车轮无损伤；气体不会阻断车轮与轨道的电气接触，保证机车运行稳定性；无污染，省去了备砂、上砂的人力及设备。
如图1-图3所示，本发明提供替代电力机车撒砂装置的方法，包括如下步骤：
s1：压力空气源工作，将空气压缩至所述储风缸2内；
s2：对储风缸2内的空气进行加热处理；
s3：按动所述控制开关，控制器5得到控制信号并打开所述喷嘴3上的阀门；
s4：喷嘴3释放气流对外做功；
这样，通过压力空气源压缩空气至储风缸2内，并对储风缸2内的压缩空气进行加热处理，使得喷嘴3喷射的空气为高温气流，使轮轨接触面迅速得到干燥和清洁，从而使轮轨摩擦力恢复到干态水平，达到避免车轮空转打滑的目的。相对于现有技术而言具有的优点是：对轨道和车轮无损伤；气体不会阻断车轮与轨道的电气接触，保证机车运行稳定性；无污染，省去了备砂、上砂的人力及设备。步骤s4中，喷嘴3喷射气流的量根据公式：q＝kwv确定，其中kw为单位车速下高温气体的耗量，在冰雪和雨湿条件下有不同的取值，v为车速。这样，向轮轨接触点及近前方轨道区域上施加的喷气流量q取决于当前车速v和所处的天气类型，且符合：q＝kwv，其中kw为单位车速下高温气体的耗量，在冰雪和雨湿条件下有不同的取值。
实施例1：
如图1-图3所示，本发明提供一种替代电力机车撒砂装置的装置，包括压力空气源、储风缸2、喷嘴3、内置加热器、控制器5以及控制开关(原司机室撒砂踏板开关)。
所述的压力空气源采用机车自身的空压机，储风缸2外覆保温层，内置空气加热器，用于贮存和升温内部的压缩空气，安装在原砂箱位置上。高温和/或高压气流空气由制动风源系统的总风管路经单向阀、定量阀、电磁阀由储风缸2下部送入。
所述的喷嘴3安装在原砂管的位置上，通过保温管路连接到储风缸2上部接口，其功能是按控制风量将高温和/或高压气流以射流方式送达到轮轨上，兼具扩流混风及开闭功能。
所述的控制器5，其主要功能是根据当前的行车速度和天气类型，计算并控制出风量(输出功率)，兼充风管理和高温和/或高压气流的温度控制。
工作过程描述：当电力机车(动车)升弓，空压机开始向主风缸泵风，同时也向储风缸2泵风。为了避免在充风时对总风压力的过度下拉，向储风缸2的泵风采取了限流(定量阀)措施。当风压达到规定压力时电磁阀关闭，空气加热器开始对气体升温，生成高焓气体储备。在系统对外释放能量做功的过程中，随着储风压力的下降，控制器5将适时打开电磁阀对储风缸2内剩余高温气体进行“扫气”，继而充入低温新风开始下一个工作循环。
实施例2：
如图4-图6所示，本发明提供一种替代电力机车撒砂装置的装置，包括离心压气机1、喷嘴3、加热器4、控制器5以及控制开关(原司机室撒砂踏板开关)。
所述的离心压气机1是一个电动涡轮空气增压器，直接从大气中吸入空气并对其做功，增压后的空气流经加热器4的回形扩容加热管道，在流动的过程中被加热升温，经喷嘴3以高温射流的形式对外做功。
所述的变量喷嘴3，其作用与安装位置与实施例1相同。
所述的控制器5，其作用与实施例1相同。
工作过程描述：当电力机车(动车)升弓后，系统接到司机“撒砂”指令，控制器5将先启动压气机1向加热器4的回形扩容加热管道充风，同时接通加热电源，当压缩空气达到预定温度后，控制器5打开喷嘴3将储备的高焓气体喷向轨道对外做功。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。