钢轨铣磨车磨粉收集装置的设计

钢轨铣磨车磨粉收集装置的设计
翟中炎;李洪升;李海昆;胡斌;方健康
【摘要】钢轨铣磨车磨粉收集装置可及时、高效地输送磨盘打磨钢轨时产生的磨粉,有效防止磨粉在管道中堆积.磨粉直接被收集到磨粉收集箱中,收尘率达95％,从而有效地防止了作业区域的粉尘污染.由于不使磨粉经过风机叶片,从而降低了风机的制造成本,延长了风机的使用寿命.同时,在风机出风口处加装风机消声器,降低了风机和排气所产生的噪声.
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2013(000)009
【总页数】3页(P16-18)
【关键词】磨粉收集装置;磨粉;风机
【作者】翟中炎;李洪升;李海昆;胡斌;方健康
【作者单位】昆明中铁集团公司研究院,云南昆明650215;昆明中铁集团公司研究院,云南昆明650215;昆明中铁集团公司研究院,云南昆明650215;昆明中铁集团公司研究院,云南昆明650215;昆明中铁集团公司研究院,云南昆明650215
【正文语种】中文
【中图分类】U216
目前，国内尚未有磨削钢轨车型的磨粉收集装置，进口的96头打磨钢轨车产生的磨粉被直接排到作业区域的大气中，造成高危险、高污染。

国外某厂商设计的同类
车型的磨粉收集装置，其输送的磨粉经过整个装置的核心部件——风机的内腔，产生扇叶磨损，导致风机的使用寿命缩短；同时，制造中，对风机扇叶的加工工艺和材料性能要求特别高(相应的价格也就特别高)，而且还有扇叶体积大等不足；因此，研发一种使用寿命长、成本低、占用空间小且效率高的磨粉收集装置，对国内自主设计钢轨铣磨车具有重大意义。

1 磨粉收集装置的功能要求和难点
随着高速铁路的发展，铁路部门对钢轨轮廓质量的要求也日益严格，传统的检测和修护方法已不能满足铁路部门的要求[1]。

同时，有效的地铁钢轨维修和维护对城市轨道交通的可靠性、可持续性和安全性起到了不可忽视的重要作用。

铁路钢轨的单面磨耗、波磨(如图1所示)，不仅造成了轨道运行的噪声污染，而且增加了养护维修费用。

利用钢轨铣磨车定期对钢轨进行铣磨，不仅能消除钢轨波形磨耗，同时也可清除钢轨表面的接触疲劳层，防止轨头剥落掉块，有效延长钢轨的使用寿命，降低轮轨噪声，提高高速列车和地铁的运行平稳性和舒适度，还可以有效降低铁路运输的故障率和事故率。

图1 钢轨的磨损
国内某厂商自主研发的铣磨车XM1800采用先对钢轨仿形铣削，随后仿形磨盘(如图2所示)对轨头进行精磨的作业方式，实现钢轨维护。

磨盘抛出的磨粉(如图3所示)堆积在磨盘和钢轨之间的磨削区域，严重影响磨盘的作业效率；因此，需要设计出一套能高效地输送和收集磨粉的磨粉收集装置。

图2 磨盘图3 磨粉
磨削钢轨排出的磨粉(含有铁粉和其他杂质)的主要特点是高温、黏着、颗粒小且种类多样等，如果直接排到大气中，会导致火灾和高污染；因此，收集装置的设计应考虑3个核心难点，即高温、整个装置中的高压运输和黏着。

2 磨粉收集装置的工作原理和工作过程
磨粉收集装置的设计(如图4所示)主要利用重力除尘(旋风除尘器)和新型的布袋过
滤(滤筒除尘器)的原理。

大颗粒的磨粉和铁粉在旋风除尘器中沉积，汇集到1个磨粉收集箱；小颗粒的粉尘通过滤筒的布袋时被分离，最后汇集到另一个磨粉收集箱。

洁净的气体通过风机排到大气中，磨粉和铁粉可以经过分离后，回收再利用。

图4 磨粉收集装置示意图
磨粉收集装置的工作过程如图5所示。

图5 磨粉收集装置的关键部件设计流程图
1) 起动离心式风机(液压马达驱动)，n秒钟后，整个磨粉收集装置的负压(该装置
采用高负压运输磨粉)达到了规定范围。

自动起动磨盘加工钢轨，高温且夹杂着铁
粉和其他颗粒的磨粉沿着磨盘的切线方向抛出。

在磨盘罩的作用下，磨粉沿气流方向以一定的初速度顺着输送风管(2条钢轨对应2根风管)移动。

此时，磨粉的特点主要是高温高速、大小不一和干燥等；因此，下一个部件的功能应是降温、分离颗粒、除静电和收集等。

2) 磨粉达到旋风除尘器。

旋风除尘器的原理(如图6所示)是运输磨粉的气流进入旋风除尘器后，沿着旋风筒内壁旋转减速，并风冷降温。

如果颗粒的重力大于风速产生的悬浮力，颗粒就会向下沉积，汇集到磨粉收集箱中(重力大的颗粒基本都会汇
集到磨粉收集箱中)。

旋风除尘器和磨粉收集箱都安装有电缆，并直接接到车架上，达到消除静电的目的。

此时，磨粉的特点是低温低速、小颗粒和干燥等；因此，下一个部件的功能是将空气和小颗粒的磨粉分离并收集。

图6 旋风除尘器的工作原理图
图7 滤筒除尘器的工作原理图
3) 离开旋风除尘器的磨粉到达滤筒除尘器。

滤筒除尘器的除尘原理(如图7所示)是筒体内有14个长为1 200 mm、直径为144 mm的滤筒，滤筒外面包裹着专用
滤布，把空气和磨粉分离。

磨粉在滤布表面黏附，势必会减少过滤面积，增加装置
的压损。

每隔t分钟，滤筒除尘器上的脉冲阀打开，0.5～0.7 MPa的气流从另一
侧吹滤布，磨粉就会慢慢下降，汇集到磨粉收集箱。

滤筒除尘器和磨粉收集箱都安装有电缆，并连接到车架上，起到除静电的作用。

4) 洁净的空气离开滤筒除尘器，经过负高压离心式风机和风机消声器排到大气中。

整个收集系统的收集效率主要取决于风机和风管的参数。

梳理关键参数的关系流程图(如图8所示)可以增加系统设计的成功概率，并可优化各参数之间的相互影响。

图8 关键部件参数关系流程图
3 结语
该磨粉收集装置得到了相关行业专家的认可，并已经在现场使用中得到验证，且成功获得实用新型专利证书(专利号201120404745.6)。

参考文献
[1] 于金帆.现代铁路工程师手册[M]. 北京：当代中国音像出版社，1997.。