用于列车的粒状材料喷射设备的制作方法

本发明涉及一种用于列车的粒状材料喷射设备。

背景技术：

1、粒状材料喷射设备基本用于金属轨道上具有金属车轮的机车车辆。这种机车车辆的代表可以例如有火车、有轨电车、地铁等。在本说明书的其余部分，术语“列车”用于表示在金属轨道上具有金属车轮的所有机车车辆。

2、这种金属车轮的机车车辆的设计方式是为了降低由于车轮和轨道在列车质量作用下发生弹性变形的滚动阻力系数。实际上，此种机车车辆的质量使得在降低轨道上车轮的滚动阻力系数方面具有显著益处。目前应用的钢/钢(车轮/轨道)方案允许获得0.2％量级的滚动阻力系数。因此，此时列车移动所需要的力仅为该列车质量的0.2％。例如，移动重约500吨的列车需要1吨的力。因此能耗得到了降低。

3、然而，钢/钢接触的折衷方案是低滑动摩擦系数。由于摩擦系数较低，列车的车轮更容易接近滑动极限。此种结果相当于偏离由摩擦系数限定的滑动锥。然而，在使用中，此种滑动摩擦锥是交叉的。实际上，在分别与列车起动和制动相对应的显著加速或减速期间，均观察到滑动现象。同样可以在弯道上观察到这些现象，此时拐角外侧的车轮具有的行驶距离大于弯道内侧的车轮的行驶距离：

4、θ(弯曲角度).[半径]_外侧>θ_(弯曲角度).[半径]_内侧

5、在潮湿和/或落叶覆盖(例如秋季)的轨道上，这些滑动现象更为频繁。

6、在所有这些情况下，车轮在轨道上滑动都是不可接受的，特别是当列车必须制动时。在此种情况下，制动距离将不确定，并且可能导致事故。为了防止车轮在轨道上滑动的这些现象，特别是为了确保有效制动，需要增加这些车轮在轨道上的抓地力。

7、提出的一种增加此种抓地力的解决方案，该解决方案涉及在列车的这些关键运行阶段期间，在所述车轮和所述轨道之间散布粒状材料。实际上，在车轮和轨道之间临时添加粒状材料允许增大摩擦系数，以便消除车轮在轨道上的任何滑动。

8、此种粒状材料通过列车上的喷射设备散布。因此，对于列车的可能导致车轮在轨道上滑动的每个关键运行阶段，喷射设备均激活给定时间段以防止这种滑动。此种设备是特定(ad hoc)激活。此种喷射设备还允许在未激活时维持车轮在轨道上的低滚动阻力。

9、由于粒状材料喷射设备的功能，该粒状材料喷射设备在列车制动中起到关键作用，并且因此构成必须有效、安全和可靠的安全元件。

10、提供可靠的喷射设备的问题在于非均质流体的输送，该非均质流体由例如可以是空气的气体和例如可以是沙粒的固体粒状颗粒组成。实际上，此种所得流体既不是气体也不是液体，并且该流体的混合组合物由喷射设备获取。因为根据颗粒的尺寸、空气的压力和流速以及待覆盖路线，特别根据列车上的粒状颗粒罐位置，所以此种非均质组合物甚至更难运输。实际上，如果该罐置于右侧或左侧，流体路径将会不同，等等。

11、颗粒的选择更加复杂。因为颗粒是消耗品，需要大量使用，所以选择颗粒基本取决于成本。为此，颗粒通常由沙粒组成。当供应靠近海岸时，这些颗粒可以是轧制颗粒，或者当供应轧制颗粒涉及超高成本时，这些颗粒可以是压碎颗粒。然而，后一种形式限定了颗粒具有相当粗糙的边缘，从而产生不同程度的摩擦。轧制颗粒由于具有球形形状而具有较低摩擦。另外，根据供应的变化使得颗粒的尺寸和高度不均匀散布发生变化。另外，沙粒的水分含量是影响沙粒从设备中喷出的重要因素。

12、最后，必须控制喷射的沙量，因为沉积的沙量过少将无法有效显著增加车轮在轨道上的抓地力。沙粒沉积过多会抬高列车，使得车轮不再与轨道接触。列车将与存在检测电路分离，并且从操作员的控制面板上消失。此种现象称为“幽灵列车”。因此，列车使用者定义沙粒流量，以确保在维持列车可见性的同时，增加抓地力。

13、所有这些参数导致对喷射设备的特定限定，使该喷射设备适于特定列车和给定的粒状材料。此种适应性一般通过根据设备的性能来选择设备来获得。目前已知并且认为有效的设备是使用文丘里效应来吸附颗粒的设备。

14、文丘里效应粒状材料喷射设备的原理如下：

15、——减少空气流，随后

16、——增加空气流。

17、空气流的此种变化产生负压，这可以使用伯努利定理来证明，称为文丘里效应。

18、此种负压用于吸附沙粒。为此，相当均匀的通道提供从此种负压区接入颗粒罐。由于该负压，空气带着沙粒一起被吸出通道。

19、负压通道具有“弯道”或弯角，迫使靠近颗粒罐的空气上升，以避免由于重力或列车振动而造成的沙粒损失。

20、根据沙粒的路径、压力、空气流速以及沙粒的质量，具体设计了目前可用的解决方案。换言之，总是需要使喷射设备的一部分相适应，以使所述设备发挥作用并且响应于期望的沙粒流速。

21、在此方面：

22、——适应方式可以涉及例如改变布置在负压区上游的喷嘴/喷嘴座的直径。这些喷嘴通常对列车的空气供应起到负压作用。改变直径允许调节负压现象；

23、——由于这些喷嘴与具有先汇聚后发散的横截面的通路相关联，因此适应方式可以涉及这些通路横截面的变化，该变化可以影响负压现象和/或可以使空气加速；

24、——由于负压通道在粒状材料上具有至少一个开口，因此适应方式可以涉及此种一个或多个开口的通路横截面，该一个或多个开口的通路横截面限定空气速度。因此，此种横截面的变化影响所吸附沙量；

25、——由于负压通道为“流体”施加先上升后下降的非均质路径，因此适应方式可以涉及能够影响压降变化的管道设计。因此，通道有助于发挥喷射设备的功能。

26、这些设备遇到的困难包括：

27、——负压通道开口阻塞。实际上，罐中颗粒的布置方式可能使该颗粒难以移除。沙罐中的水分含量会加剧这一问题；

28、——喷嘴堵塞，这是一种常见的现象。此种现象是由于颗粒可能小于喷嘴孔。在安装/处理期间，由于空气运动(湍流、压力波动等)或操纵喷射设备，设备颗粒可能会引导至该孔。于是，存在颗粒卡在喷嘴中的风险。喷嘴孔中的沙粒改变空气压力和流速。这样，无法继续实现期望的文丘里效应，从而改变了喷射到轨道上的颗粒流。喷射设备甚至可能不再运行，这对于用于制动列车的安全元件来说是危险情况；

29、——由于沙粒的磨蚀性导致沙粒通过的管道出现磨损，从而可能导致显著维护，以及非均质流体的流速变化。

30、根据本发明的使用文丘里效应的喷射设备是高度有效和通用的，因为该喷射设备可以直接适用于所遇到的许多构造而无需改变该设备的结构、几何形状和/或尺寸。

技术实现思路

1、本发明的目的是一种用于在列车的车轮和铁轨的轨道之间喷射粒状材料的设备，所述设备旨在安装在所述列车上，并且包括：

2、——空气入口；

3、——具有小横截面的孔以及扩大通道，在所述孔与所述扩大通道沿相同轴线对准的同时，所述孔出现在扩大通道中，其中，这两个元件旨在通过文丘里效应来产生负压；

4、——与粒状颗粒的罐连接的接口；

5、——用于将粒状颗粒从罐输送至扩大通道的装置，所述输送装置包括：柱形外管道，该柱形外管道上设置有进入所述罐内的至少一个开口；以及内锥形部件，该内锥形部件置于所述管道内部并且具有内通道，该内通道与扩大通道垂直的同时并且进入扩大通道，其中所述锥形部件与所述外管道形成空间，使得由于文丘里效应，颗粒首先穿过至少一个开口，然后上升穿过所述空间，然后在穿过锥形部件的内通道的同时朝向扩大通道下降；

6、——至少一个连接管道，所述连接管道上旨在固定有管，以便将源自扩大通道的粒状颗粒分布在列车的车轮与轨道之间。

7、根据本发明，喷射设备包括压力调节器，该压力调节器置于空气入口和具有小横截面的孔之间，以便无论将要安装本发明喷射设备的列车所提供的空气入口的特征如何，获得用于使空气进入所述喷射设备的给定操作压力。应当注意的是，这种压力调节器相当于流限制器，因为这两个实体是成比例。通过此种方式，对压力调节器进行调节相当于对设备中的空气流进行调节。在喷射设备内包括压力调节器，使得该喷射设备能够适用于任何类型的列车和任何类型的粒状颗粒，从而赋予该喷射设备通用性质。实际上，根据所遇到的构造，只需简单预先调节压力调节器，以输送期望压力，从而使在喷射设备中循环的空气流能够具有正确的流速，并且进而将粒状颗粒有效喷洒到列车的车轮上。此种调节器较小，因此不会显著增加喷射设备的体积。换言之，不会使喷射设备的体积增加超过10％。此种压力调节器紧邻空气入口的下游和孔的上游放置，以调节进入所述孔的气流，并且旨在使该气流进入扩大通道以产生文丘里效应。输送装置使粒状颗粒能够从罐取出，并且经由先上升后下降将粒状颗粒送入扩大通道，其中由于孔和扩大通道的存在而产生的文丘里效应，负压主导地位。为了避免疑义，孔的横截面小于扩大通道的横截面。优选地，喷射设备由将要安装喷射设备的列车上的空气供应网供应空气。

8、根据本发明的一个可能特征，压力调节器具有从喷射设备伸出的控制部件，以便允许机械调节压力调节器，并且允许在喷射设备中获得期望操作压力。通过此种构造，能够直接干预压力调节器，以调节喷射设备中的期望空气压力。控制部件例如可以由旋钮形成。

9、根据本发明的一个可能特征，具有小横截面的孔以及扩大通道为柱形并且前后对准，使得该孔和扩大通道的旋转轴线重合。通过此种方式，各自具有柱形几何形状的这两个元件的这种布置将允许产生文丘里效应，从而在扩大通道中产生负压，从而允许从罐中提取粒状颗粒。

10、根据本发明的一个可能特征，柱形孔的直径范围在2mm至3.5mm之间。对于列车中常用的粒状颗粒，孔小于2mm可能会导致某些颗粒堵塞，从而卡在该孔中。即使10巴的空气流也可能不足以将这些颗粒抽出。然而，孔大于3.5mm会减弱文丘里现象，或者可能导致颗粒流量过高。

11、根据本发明的一个可能特征，喷射设备包括过滤器，该过滤器置于压力调节器和孔之间，以便阻止源自扩大通道的粒状颗粒潜在升向压力调节器。此种过滤器将捕获一些倾向于流回压力调节器的颗粒，以防止这些颗粒干扰该压力调节器的操作和/或损坏压力调节器。

12、根据本发明的一个可能特征，粒状颗粒罐包括固定至所述设备的凸缘，罐中的颗粒旨在搁置于该凸缘上，其中，外管道的所述至少一个开口置于所述凸缘上方，与所述凸缘相切。因此，通过扩大通道中产生的文丘里效应，开口将使粒状颗粒能够从紧邻凸缘上方从罐的下部拾取。有利地，开口为圆形。

13、根据本发明的一个可能特征，外管道具有在直径方向上相对的两个开口。通过此种方式，如果粒状颗粒在所述开口中的一个内堵塞、至少部分堵塞该开口，则另一个开口可以继续正常工作，允许其它粒状颗粒通过。

14、根据本发明的一个可能特征，喷射设备由铝制成。此种材料非常适合根据本发明的喷射设备，但绝不是限制性的。实际上，所用材料必须具有良好的机械强度，同时保持较轻重量，以便避免列车承受更多重量。塑料材料同样可能是合适的。

15、根据本发明的一个可能特征，粒状颗粒是沙粒。实际上，对于此种类型的喷射设备，沙粒是最经常使用的。这些沙粒可以具有边缘或者可以呈圆形。沙粒特别适合于增加列车车轮在轨道上的抓地力，并且由于沙粒天然含量丰富，所以优选使用沙粒。

16、根据本发明的一个可能特征，喷射设备包括气动接口，该气动接口置于喷射设备的下部区域中，以便无论将要安装喷射设备的列车的构造如何，都允许易于连接加压空气的储备。设备通过此种方式，无论列车的构造如何，都可以易于将列车空气供应回路与此种喷射设备连接。

17、根据本发明的喷射设备具有以下几个优点：

18、——降低堵塞和阻塞的风险；

19、——无论列车、铁轨、沙粒、空气供应的压力和取向如何，都能提供设备的可互换性；

20、——无论列车、铁轨、空气供应的压力和取向如何，都能提供粒状材料的可互换性；

21、——减少操作者的维护操作；

22、——提供可以在喷射设备上直接调节的沙流速的机械调节；

23、——使列车操作员和制造商易于接触调节机构；

24、——喷射设备具有较低的质量(在铝制情况下约为1kg)以及较小的占地面积；

25、——将可燃材料的质量限制为最大100g，以符合nf en 45545防火/防烟标准。