铁路和城市轨道交通列车智能化变量撒砂装置的制作方法

本发明涉及撒砂装置技术领域，具体是指一种铁路和城市轨道交通列车智能化变量撒砂装置。

背景技术：

众所周知，铁路和城市轨道交通车辆依赖于轮轨间的粘着力实现列车的牵引和制动，在雨、雪、潮湿天气下以及落叶等自然环境下，都会降低轮轨间的粘着力，当降低到列车牵引和制动需要的粘着力以下时就会发生车轮空转或滑行现象，会导致车轮踏面和钢轨顶面擦伤，影响列车的正常运营。国内外通行的做法是用向钢轨顶面撒砂的办法增加轮轨间的粘着，达到防止车轮空转或滑行，维持列车的正常运行。

目前，我国铁路标准tb／t3254-2011《机车、动车用撒砂装置》中4.2.9条规定《撒砂装置应能使砂均匀撒出。当采用重力式撒砂器时,撒砂量应为0.33l/min－1.5l/min；当采用压差式撒砂器时,撒砂量应为0.3l/min－1.0l/min》。tb/t3245-2011是在不同速度下都采用相同（固定）的撒砂量（l／min），显而易见，如果满足高速时撒砂量要求，速度低时就会造成过量撒砂。过量的撒砂不仅浪费砂子和加大环境污染，反而不能达到最佳的轮轨粘着效果，同时，由于砂子具有绝缘性，还有可能影响列车信号轨道电路的正常使用，在铁路上曾经发生过由于机车低速时过量撒砂造成信号轨道电路失效，险些发生撞车事故。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术所存在的不足之处，提供一种铁路和城市轨道交通列车智能化变量撒砂装置，该装置根据列车速度的变化撒适量的砂粒，使得砂粒在钢轨上的分布密度在0.5-1.5克/米范围，节约砂粒，达到最佳的轮轨粘着效果，防止砂粒过量造成列车信号轨道电路失效，同时防止环境污染。

本发明的技术解决方案是，提供如下一种铁路和城市轨道交通列车智能化变量撒砂装置，包括砂箱、变量喷砂器、空气压力系统和智能化变量撒砂控制器，所述砂箱内容置有砂粒，所述变量喷砂器设置在所述砂箱的底部的出砂口处，所述空气压力系统与所述变量喷砂器连接，所述智能化变量撒砂控制器与所述空气压力系统连接，所述变量喷砂器内设置有出砂管和多个长度不同的吹砂嘴，多个长度不同的所述吹砂嘴的出气口均对准所述出砂管的进砂口设置，且与所述进砂口之间的距离不同，所述出砂管伸出于所述变量喷砂器并连接有喷嘴，所述喷嘴对准轮轨接触区域设置。

作为优选，所述变量喷砂器包括撒砂阀，所述撒砂阀内设置有进砂通道，所述进砂通道顶端与所述砂箱的出砂口连通，所述进砂通道底端的一侧与所述出砂管连通，另一侧连通有吹砂通道，多个长度不同的所述吹砂嘴设置在所述吹砂通道内。

作为优选，所述空气压力系统包括多个气路管、与所述气路管连接的气泵和多个电磁阀，多个所述气路管与多个所述吹砂管相对应连接，每个所述气路管上对应设置一个所述电磁阀。

作为优选，所述砂箱的内壁上固定设置有砂位传感器。

作为优选，所述砂箱的内壁上固定设置有加热器。

作为优选，所述智能化变量撒砂控制器包括核心处理器、速度检测模块、车轮空转或滑行信号采集模块、气泵控制模块、电磁阀控制模块和故障报警模块，所述速度检测模块、所述空转或滑行信号采集模块、所述气泵控制模块、所述电磁阀控制模块和所述故障报警模块均与所述核心处理器相连，所述速度检测模块接收列车运行速度信息并传输给所述核心处理器，所述车轮空转或滑行信号采集模块接收紧急与安全制动信息及车轮空转或滑行信息并传输给所述核心处理器，所述气泵控制模块与所述气泵电连接，所述电磁阀控制模块与多个所述电磁阀电连接。

作为优选，所述智能化变量撒砂控制器还包括撒砂反馈模块，所述撒砂反馈模块为设置在所述气泵出气口处的气流传感器。

作为优选，所述智能化变量撒砂控制器还包括自检开关。

较佳的，所述砂箱的底部呈上宽下窄状。

采用以上方案后，本发明的一种铁路和城市轨道交通列车智能化变量撒砂装置，通过砂箱存储砂粒，空气压力系统根据智能化变量撒砂控制器的信息启动与停止，给变量喷砂器提供必要的压力空气，变量喷砂器根据智能化变量撒砂控制器的信号，启动不同长度的吹砂嘴产生不同的出砂量，变量喷砂器通过喷嘴将砂粒准确喷撒到轮轨接触区域，达到变量撒砂的目的。砂位传感器感知砂位是否低于需要报警的高度，当砂位低于报警高度时，发出报警信号。加热器给砂粒加热，在潮湿和低温天气保持砂粒的可流动性。智能化变量撒砂控制器根据预装在控制器里的计算机程序，接收列车的手动撒砂指令、车轮空转或滑行信息、紧急与安全制动信息、列车运行速度信息等，控制气泵的启动和停止、控制变量喷砂器的出砂量，并对该撒砂装置的故障进行诊断和将诊断结果报告给列车。撒砂装置根据列车速度的变化撒适量的砂粒，节约砂粒，达到最佳的轮轨粘着效果。

本发明根据列车速度的变化撒适量的砂粒，使得砂粒在钢轨上的分布密度在0.5-1.5克/米范围，节约砂粒，达到最佳的轮轨粘着效果，防止砂粒过量造成列车信号轨道电路失效，同时防止环境污染。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种铁路和城市轨道交通列车智能化变量撒砂装置的结构示意图。

图2为本发明一实施例的一种铁路和城市轨道交通列车智能化变量撒砂装置的内部结构示意图。

图3为本发明一实施例的吹砂长度示意图。

图4为本发明一实施例的智能化变量撒砂控制器接线示意图。

图中所示：

1、砂箱，1.1、砂粒，2、变量喷砂器，2.1、出砂管，2.2、吹砂嘴，2.3、喷嘴，2.4、撒砂阀，2.5、轮轨接触区域，2.6、进砂通道，3、空气压力系统,3.1、气路管，3.2、气泵,3.3、电磁阀,4、智能化变量撒砂控制器,5、砂位传感器,6、加热器，7、吹砂长度，8、速度检测模块，9、气泵控制模块，10、气流传感器，11、自检开关，12、电子开关。

具体实施方式

以下将结合附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。

如图1至图3中所示，一种铁路和城市轨道交通列车智能化变量撒砂装置，包括砂箱1、变量喷砂器2、空气压力系统3和智能化变量撒砂控制器4，砂箱1内容置有砂粒1.1，变量喷砂器2设置在砂箱1的底部的出砂口处，空气压力系统3与变量喷砂器2连接，智能化变量撒砂控制器4与空气压力系统3连接，变量喷砂器2内设置有出砂管2.1和多个长度不同的吹砂嘴2.2，多个长度不同的吹砂嘴2.2的出气口均对准出砂管2.1的进砂口设置，且与进砂口之间的距离不同，使得吹砂长度7不同，达到不同的吹砂量，出砂管2.1伸出于变量喷砂器2并连接有喷嘴2.3，喷嘴2.3对准轮轨接触区域2.5设置，喷嘴2.3用于将砂粒1.1准确喷撒到轮轨接触区域。

该装置通过变量喷砂器2将砂箱1内的砂粒1.1根据列车的速度变量撒砂，列车速度越高，撒砂越多，达到列车最佳的轮轨粘着效果。空气压力系统3给变量喷砂器2提供空气压力，变量喷砂器2对准轮轨接触区域2.5撒砂，智能化变量撒砂控制器4根据预装在控制器里的计算机程序，接收列车的手动撒砂指令、车轮空转或滑行信息、紧急与安全制动信息、列车运行速度信息等，控制空气压力系统3的启动和停止、控制变量喷砂器2的出砂量，并对撒砂装置的故障进行诊断和将诊断结果报告给列车。

如图2所示，变量喷砂器2包括撒砂阀2.4，撒砂阀2.4内设置有进砂通道2.6，进砂通道2.6顶端与砂箱1的出砂口连通，进砂通道2.6底端的一侧与出砂管2.1连通，另一侧连通有吹砂通道，多个长度不同的吹砂嘴2.2设置在吹砂通道内。进砂通道2.6的作用是将砂粒1.1从砂箱1内导入到变量喷砂器2内。吹砂通道的作用是形成气流流通的通道，使气流顺利的吹到出砂管2.1的进砂口，且可容置吹砂嘴2.2。吹砂嘴2.2的出气口对准出砂管2.1的进砂口设置，吹砂嘴2.2用于将砂粒1.1吹入出砂管2.1，出砂管2.1用于将砂粒1.1从砂箱1内导出。

根据本发明的最佳实施例，空气压力系统3包括多个气路管3.1、与气路管3.1连接的气泵3.2和多个电磁阀3.3，多个气路管3.1与多个吹砂嘴2.2相对应连接，多个电磁阀3.3分别设置在多个气路管3.1上，即每个气路管3.1上对应设置一个电磁阀3.3。气泵3.2的作用是给吹砂嘴2.2提供压缩空气，每个电磁阀3.3的开启决定一个气路管3.1的开启，每个气路管3.1末端均设有不同长度的吹砂嘴2.2，不同长度的吹砂嘴2.2对应不同级别的吹砂量，从而实现分量撒砂的目的。

如图1所示，砂箱1的内壁上固定设置有砂位传感器5，砂位传感器5用于感知砂位是否低于需要报警的高度，当砂位低于报警高度时，发出报警信号，报警高度按照实际情况进行设置。

如图1所示，砂箱1的内壁上固定设置有加热器6，用于给砂粒1.1加热，在潮湿和低温天气保持砂粒1.1的可流动性，保证砂粒1.1的顺畅流通。加热器6与智能化变量撒砂控制器4相连接，加热器6由智能化变量撒砂控制器4供电。

如图4所示，为本发明智能化变量撒砂控制器4的接线示意图，智能化变量撒砂控制器4包括核心处理器、速度检测模块8、车轮空转或滑行信号采集模块、气泵控制模块9、电磁阀控制模块和故障报警模块，速度检测模块8、车轮空转或滑行信号采集模块、气泵控制模块9、电磁阀控制模块和故障报警模块均与核心处理器相连，速度检测模块8接收列车运行速度信息并传输给核心处理器，车轮空转或滑行信号采集模块接收紧急与安全制动信息及车轮空转或滑行信息并传输给核心处理器，气泵控制模块9与气泵3.2电连接，电磁阀控制模块与多个电磁阀3.3电连接，电磁阀控制模块可以控制开启某个电磁阀3.3，从而实现不同气路管3.1的通气，不同气路管3.1末端连接的吹砂嘴2.2长度不同，变量喷砂器2能进行不同的撒砂量，从而使得变量喷砂器2变量化撒砂。

当智能化变量撒砂控制器4采集到列车紧急或安全制动信号、车轮空转或滑行信号时，智能化变量撒砂控制器4根据当前的列车速度，启动气泵3.2工作并打开相应级别的气路上的电磁阀3.3（对应不同级别撒砂量的吹砂嘴），即使不同气路管3.1导通，使砂粒1.1吹入出砂管2.1内，达到不同的速度撒砂量不同的效果。在撒砂期间，如果智能化变量撒砂控制器4还收到车轮空转或滑行信息，说明撒砂量不足，则增大一个级别的撒砂量（即增大撒砂量）并延长撒砂时间，即开启另一个气路上的电磁阀3.3，实现智能化变量撒砂，使列车的轮轨粘着效果最佳。

根据本发明的具体实施例，核心处理器采用高速微处理器作为该控制器的核心。

根据本发明的具体实施例，速度检测模块8的作用是：列车给出的速度信号，由于信号线距离远，速度检测模块8采用电平变换和光电隔离等技术，滤除杂波等干扰信号，给出可靠的波形供微处理器采集。

根据本发明的具体实施例，车轮空转或滑行信号采集模块的作用是：对于紧急/安全制动和空转/滑行信号，由于信号线距离远，车轮空转或滑行信号采集模块采用电平变换和光电隔离等技术，滤除杂波等干扰信号，给出可靠的波形供微处理器采集。

根据本发明的具体实施例，气泵3.2功率300w，启动瞬间，电流达到40a以上，为了提高智能化变量撒砂控制器4寿命，舍去了传统的继电器控制而采用无触点电子开关12，启动次数没有上限。

根据本发明的具体实施例，核心处理器根据撒砂量，决定打开哪个气路的电磁阀3.3，电磁阀3.3采用无触点电子开关控制，提高了使用寿命。

如图4所示，智能化变量撒砂控制器4还包括撒砂反馈模块，撒砂反馈模块为设置在气泵3.2出气口处的气流传感器10。气流传感器10检测是否有正常撒砂需要的气流（可以判断气泵3.2和气路电磁阀3.3是否正常工作），将有无气流信号提供给核心处理器。

当打开气泵3.2和电磁阀3.3两秒后，如果气流传感器10检测不到气流便将故障报警信号发送给故障报警模块；当没有打开气泵3.2和电磁阀3.3时，如果气流传感器10检测到气流存在，也将故障报警信号发送给故障报警模块。

如图4所示，智能化变量撒砂控制器4还包括自检开关11。按自检开关按钮，可以控制气泵3.2和电磁3.3轮流开启和关闭，便于检查系统是否正常工作。

根据本发明的一个具体实施例，砂箱1的底部呈上宽下窄状，方便砂粒1.1的下落。

根据本发明的一个具体实施例，智能化变量撒砂控制器4还包括手动撒砂模块，核心处理器当接收到手动撒砂指令时，直接驱动继电器，控制气泵3.2和预设的电磁阀3.3开启，实现手动撒砂。假设微处理器死机时，也能实现手动撒砂，确保行车安全。

复参阅图3，吹砂嘴2.2的出气口对准出砂管2.1的进砂口设置，吹砂嘴2.2吹出气体，气体将进砂通道2.6内的砂粒1.1吹入出砂管2.1，吹砂嘴2.2的出气口与出砂管2.1的进砂口之间的距离如图中3所示的吹砂长度7，因此，由于吹砂长度7的长度不同，变量喷砂器2能进行不同的撒砂量，实现分量撒砂，达到节约用砂，保护环境的目的。

本发明的工作原理是：

通过砂箱1存储砂粒；

空气压力系统3根据智能化变量撒砂控制器4的信息启动与停止，给变量喷砂器2提供必要的压力空气，变量喷砂器2根据智能化变量撒砂控制器4的信号，产生不同的出砂量，变量喷砂器2通过喷嘴2.3将砂粒1.1准确喷撒到轮轨接触区域2.5，达到变量撒砂的目的；

变量喷砂器2分量撒砂的原理为，其内部设置的吹砂嘴2.2的出气口与出砂管2.1的进砂口之间的距离不同，即吹砂长度7的长度不同，变量喷砂器2能进行不同的撒砂量，实现分量撒砂；

砂位传感器5感知砂位是否低于需要报警的高度，当砂位低于报警高度时，发出报警信号；

加热器6给砂粒1.1加热，在潮湿和低温天气保持砂粒1.1的可流动性；

智能化变量撒砂控制器4根据预装在该控制器里的计算机程序，接收列车的手动撒砂指令、车轮空转或滑行信息、紧急与安全制动信息、列车运行速度信息等，控制气泵3.2的启动和停止、控制变量喷砂器2的出砂量，并对该撒砂装置的故障进行诊断和将诊断结果报告给列车；

当智能化变量撒砂控制器4采集到列车紧急或安全制动信号、车轮空转或滑行信号时，智能化变量撒砂控制器4根据当前的列车速度，启动气泵3.2工作并打开相应级别的气路上的电磁阀3.3（对应不同级别的吹砂嘴），即使不同气路管3.1导通，不同气路管3.1端部对应不同长度的吹砂嘴2.2，使砂粒1.1吹入出砂管2.1内，达到不同的速度撒砂量不同的效果；

该撒砂装置根据列车速度的变化撒适量的砂粒，使得砂粒在钢轨上的分布密度在0.5-1.5克/米范围，节约砂粒，达到最佳的轮轨粘着效果。

关于本文中所使用之“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。