道岔外锁闭自动加油装置的研究
李然 谭大为
摘? 要：该文通过分析道岔外锁闭自动加油装置需求背景，阐述了道岔外锁闭自动加油装置的设计方案，分析道岔转换阻力变化与道岔外锁闭工况的关系，实现通过对道岔外锁闭自动加油实现道岔转换阻力自动闭环管控的目的。通过多种道岔外锁闭自动加油措施，保证道岔外锁闭的润滑效果，降低道岔转换阻力，减少由于道岔外锁摩擦阻力大导致的道岔故障发生机率，优化了道岔维护工况，为道岔“状态修”提供科技手段。
关键词：道岔外锁闭;自动加油;转换阻力
中图分类号：U213? ? ? ? ? ? ? 文献标志码：A
0 前言
道岔是保障行车安全的重要设备之一，道岔故障在铁路信号设备故障中占比高，是铁路设备维护工作的重点。在外锁闭道岔上，道岔的动作和锁闭是靠锁闭板带动锁钩，用锁钩勾住锁闭框来完成的。由于道岔的反复扳动，使锁闭板与锁钩之间的摩擦力越来越大，从而造成磨损，影响道岔使用。外锁闭装置的润滑效果直接影响到转换道岔的顺畅度，因此，就要求对道岔外锁闭等容易摩擦的部分经常添加润滑油，使其始终保持润滑状态。
目前这种加油工作全部要靠人工来完成。由于车流密度大，道岔动作频繁，加之外界天气变化使得环境更加恶劣，现场铁路维修人员花费大量时间用注油枪或油刷对道岔进行注油，不但造成极大的人力、物力和时间上的浪费，还存在人身安全隐患问题。随着高铁和客运专线的投入使用，维护方式发生了较大变化，所有维护时间都集中在夜间，特别是雨后润滑外锁闭装置，需要申请作业点才能进行，给行车秩序带来干扰。
现场需要一种道岔外锁闭摩擦副自动加油装置，保障锁闭道岔可靠性、实现自动加润滑油以减少维护人员上线次数。
从2014年起，国内相关厂家开始研制道岔外锁闭装置自动加油设备，陆续进行上道试验，部分解决了自动注油问题，但存在4点不足。1）尖轨窜动导致机械加油器驱动杆与加油器机壳磨卡，反而导致道岔转换阻力增大。2）加注润滑油量未保证外锁闭装置润滑效果。3）未根据道岔动作次数自动调整加油频次与加油量。4）没有反馈手段，不知道加油后阻力是否降低。
为解决以上问题，该文展开对符合现场需求的道岔外锁闭自动加油装置的研究。
1 设计思路
1.1 加油方式
1.1.1 道岔动作次数加油方式
该自动加油装置监测并统计道岔动作次数，并作为触发加油依据，达到设定阈值后自动加油。
1.1.2 设置周期加油方式
该自动加油装置时钟通过站机定时同步，在站机软件中设定加油周期，达到设置时间后自动加油。
1.1.3 阻力超标加油方式
该自动加油装置可通过接入阻力测量传感器监测转辙机传动杆阻力。达到设置阻力阈值后自动加油。
1.1.4 复合方式
该自动加油装置在正常运行的同时监测扳动次数、设置周期和阻力值，任何一种情况发生后都触发加油动作。
2.2 人工触发加油功能
2.2.1 远程触发
站机端可远程人工触发任意1组、多组、全站道岔加油动作。加油量可以进行设定。
2.2.2 现场触发
现场可以通过主机上的手动按钮触发单台设备加油，加油量由手动按钮按下的时长决定。
2.3 油位报警功能
站机端以站场图形式展示设备油位与运行状态，每台设备状态对应1个显示界面;油位低于40 mm预警，低于30 mm告警。绿色表示工作正常;橙色表示设备工作异常;红色表示油位过低;站机软件提供油位报警记录查询界面、提供当前油位统计表。
2.4 加油记录功能
主机端应该具备记录各道岔自动加油的时间点，提供记录查询界面的功能。
2.5 第三方系统接口功能
该装置可以通过TCP协议接入道岔缺口监测系统，获取道岔定反位状态，道岔扳动事件，丰富加油策略，实现精确加油控制，减少油量浪费。
2.6 其他功能
在满足上述必备需求的基础上，为了使该装置更好的应用于现场保证运输安全，还需要引入4项功能。1）道岔外锁闭自动加油装置加油嘴固定需要利用现有道岔外锁螺栓固定，不对现有道岔外锁闭装置做任何改动，不影响道岔维护作业。2）加油嘴与主机间需采用绝缘油管连接，不影响道岔区段轨道电气性能。3）道岔外锁闭自动加油装置须依据阻力变化趋势自动给道岔外锁闭涂油点自动加油，以自动降低转换阻力，提升道岔维护工况，降低道岔故障发生概率，实现道岔转换阻力的自动闭环管控。4）道岔外锁闭自动加油装置要具备独立运行的功能，也可以和既有道岔缺口监测系统共用通信传输设备与站机设备。
3 设计方案
为实现以上思路，所研究的道岔外锁闭自动加油装置由主机、油管和加油嘴组件组成，可接入阻力传感器。该装置通过站机实现功能。其组成及网络拓扑如图1所示。
站机采用工业控制机，运行站机软件，通过交换机和通讯设备控制加油主机，下发加油指令，主机内置智能控制器根据站机加油策略与设定参数对主机内油路动力与分配单元进行操作，使油由油箱经由油管至油嘴处并流出，实现道岔外锁閉自动加油。同时，站机通过接入阻力采集传感器统计道岔外锁闭装置的摩擦部分的扳动次数和监测外锁闭装置摩擦部分阻力，并以此来制定不同加油策略，实现智能加油。
3.1 主机
主机由控制单元、油箱、油位传感器和油路控制分配单元（油泵和油路分配器）组成。主要完成接收站机控制指令、油位监测、油量存储、油路分配以及加油动作执行功能。
油泵提供润滑油流动的动力核心，在运转时将设定的油量从油箱吸入管路并送入分配器。作为加油装置最重要的执行装置，为了保证其在恶劣的环境下能够正常工作，泵头、阀片和隔膜的材料都要求特制加工而成。同时为了满足其按照设定油量加油以及现场功耗要求，油泵的性能参数也有特殊的要求。油泵的主要部件材质见表1，油泵的主要性能参数见表2，油泵流量如图2所示。
加油装置的润滑油分配器采用的是可调节的一体式分配器，润滑油分配器用于机器或设备的润滑，尤其是带有往复运动分配的分配装置，它是油路管道分配和油量大小调节系统的简称。由电磁阀、调节阀、壳体3个部件集成。与传统的加油控制管路相比，其将电磁阀、调节阀整合到一个壳体上，有3个优点。1）缩减了模块的体积，使该装置小型化。2）减少了组件间的连接管路，降低了密封难度。3）降低装配工艺复杂程度，提高生产效率。
内部工作原理如图3所示，需要加油时，油泵开始工作，润滑油油管进入到两路电磁阀下方的密闭管道中;打开其中一路电磁阀M1，阀门打开，润滑油进入到对应的两路出油管道当中到达调节阀，调节阀调节2个油嘴出油量比例，再经过油嘴排出加油。润滑油流经路径如图3所示，由油泵流经M1，之后流经S1或S2，再流经P1或P2。
3.2 油管
油管是连接主机和加油嘴的绝缘油路，由于设备是用在道岔旁非常恶劣的露天环境下，所以要求油管具备耐腐蚀、耐老化、耐磨和较高绝缘的特性。
加油装置采用的油管材质是高压树脂，内径6.2 mm，外径8.6 mm。其具备能在-40℃～+120℃温度范围内保持柔性、正常工作、耐油性好、承受压力大、耐磨性好、腐蚀性好、压力损失少、柔性好和膨胀系数低的功能。
3.3 加油嘴
加油嘴固定在道岔外锁闭装置上，连接油管，引导润滑油加在指定位置上。开始加油时，润滑油从油管进入到油嘴后，克服弹簧力和摩擦力使单向阀的阀口开启，润滑油从油管端流向油嘴的出油口;当停止加油时，在弹簧力和出油口（腔）余气力作用下，阀口处于关闭状态，出油口至油管不通。油嘴采用的是一体式阀体结构，其外观小巧，结构紧凑;具有单向阀功能，防止油脂在重力和振动的情况下滴漏。
3.4 阻力传感器
利用道岔动作连接杆在受力情况下，会因受力而产生与受力方向及受力大小相关的形变特性。通过直接在道岔动作连接杆安装传感器实现道岔转换阻力采集。
3.5 站机及软件
站机软件上可显示设备的状态、油量数据、自动或手动注油记录、油位趋势和预告警信息、阻力历史曲线和阻力日统计曲线。
4 阻力曲线分析与闭环管控实现
4.1 道岔转换阻力变化与道岔外锁闭工况的关系
在现有的铁路外锁闭道岔上，道岔的动作和锁闭靠锁闭板带动锁钩，用锁钩勾住锁闭框来实现，这种动作过程均由锁闭板推、拉动锁钩来实现，由于道岔来回反复扳动，锁闭板、锁钩之间的摩擦非常大且容易造成磨损。
道岔外锁闭装置中的锁闭框安装在基本轨上，锁钩安装在尖轨上，当尖轨与基本轨发生相对运动时，各摩擦面的摩擦系数都会发生变化，因而转辙机的负载力发生变化，由于转辙机的输出力是额定值（已调整好的），当负载大于转辙机的输出力时，就发生转换不良故障，因此摩擦副的润滑状态直接影响转换道岔的可靠性。所以，可以通过对道岔转换阻力的监测来反应道岔外锁闭装置的工况，如果道岔解锁或锁闭阶段的阻力变大，可反映道岔外锁闭装置摩擦面摩擦力增加。
4.2 阻力曲线分析
在通过大量的道岔监测大数据分析基础上，依据电流特征与阻力曲线特征，结合道岔动作过程，将道岔转换过程分5个阶段进行道岔转换阻力曲线分析：解锁前、解锁过程、转换过程、锁闭过程、锁闭后。
如图4所示，在站机对道岔转换阻力曲线进行精确数据挖掘的基础上，获得道岔解锁過程、锁闭过程阻力变化数值，反映道岔外锁闭装置摩擦面摩擦力增加情况。
4.3 道岔转换阻力闭环管控实现
由于准确获取了道岔解锁过程、锁闭过程阻力变化数值，道岔外锁闭自动加油装置可依据解锁或锁闭过程阻力变化趋势，自动给道岔外锁闭涂油点加油，以自动降低转换阻力，实现道岔转换阻力的自动闭环管控。
5 结论
该文分析了道岔外锁闭自动加油装置需求背景，阐述了道岔外锁闭自动加油装置的设计方案，分析了道岔转换阻力变化与道岔外锁闭工况的关系，通过对道岔外锁闭自动加油实现了道岔转换阻力自动闭环管控的目的。通过多种道岔外锁闭自动加油措施的实现，可以保证道岔外锁闭的润滑效果，掌握并降低道岔转换阻力，减少由于道岔外锁摩擦阻力大导致的道岔故障发生机率，提升道岔维护工况，为道岔“状态修”提供科技手段。
参考文献
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