TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置在集通铁路（集团）公司配属机车上的应用

陈 宁，张凌毅，陈赛清

（1 神华集团公司 神木北机务段，陕西神木719216；2 内蒙古集通集团公司 锡林浩特机务段，内蒙古锡林浩特026000）

集通铁路地处内蒙古高原，下设大板、锡林浩特两个机务段，共计配属内燃机车201台，其中锡林浩特机务段担当的“锡林浩特—多伦”线路状况环境恶劣，地处位置海拔1 200m，年无霜期仅100多天，气候寒冷，风、雪、沙尘大，坡道大（纵断面坡道6‰—12‰），冬季气候寒冷，钢轨结霜严重，机车在长大坡道运行所用沙量大，给运输安全生产带来很大影响。

长期以来，我国铁路部门解决因黏着系数变小而产生车轮空转、滑行的对策是采用简单的撒沙方法，即把干燥的天然砂以简单的方式撒在车轮踏面和轨面之间。随着我国铁路运营不断提速，为了确保列车的运输安全，轮轨黏着技术装备（即TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置），该装置的应用，解决了传统撒沙的诸多弊端，对于神华集团公司重载运输，节支降耗，保护环境都有着非常重要的现实意义。

1 机车传统撒沙方式的缺点

目前，我国铁路机车防滑增黏普遍采用的撒沙措施，即在自动撒沙或司机人工操控下，以简单的方式把干燥的天然沙撒在车轮踏面和轮轨之间。传统撒沙装置虽能在一定程度上缓解轮轨之间黏着力不高的问题，但存在许多不利的方面。

传统撒沙存在的弊端：

（1）以现有的方式撒沙，受机车走行速度及风速的影响，沙的落点难以准确；所撒的沙极易被风吹落在钢轨下。

（2）天然沙的硬度不够，易被车轮碾成粉末，对环境造成粉尘污染；同时由于河沙的硬度不够，且使用量很大，被车轮碾成沙尘后，弥漫在大气之中，给铁路沿线、站场周边造成很大的粉尘污染。

（3）大量的天然沙堆积在轨道上易引发轨道电路分路不良等故障，严重时可能导致列车追尾等事故；

（4）各工务段须定期动用大量的人力或专用设备对所辖铁路线路进行清筛整修；

（5）各机务段都必须设置很大的沙场，配备成套的天然沙筛选、烘干、填装设备，机车整备装沙的工作量大，材料成本和人工成本较高。

图1 瓷沙喷射状况

图2 天然河沙撒沙状况

2 TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置简介［2］

TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置结构紧凑、整机轻便、控制可靠，采用密封、变径方式增压，以确保经过烧结等深加工的特殊增黏着基料准确喷射在钢轨和车轮踏面之间，达到快速增加黏着系数的效果，该装置主要由轮轨瓷沙喷射装置、喷射装置介质及控制系统等部分组成。与国内传统的撒沙装置比较轮轨瓷沙喷射装置具有如下特点：

图3 TPS-1型瓷砂装置安装位置

（1）喷点集中，不受机车走行速度及风速的影响

新型瓷沙颗粒具有较好的机械强度（抗拉强度250 MPa、莫氏硬度9级、临界粒径10μm），增黏着性能优良，因此新型瓷沙颗粒相比天然沙增黏着效果更好、更稳定，瓷沙喷射装置喷点集中，使用增黏着材料，增黏着材料高速喷射，不受走行风向的影响，对高速运行列车增黏着有效；残留在轨头顶面的瓷沙颗粒附着在钢轨上，还可在编组内后续车辆的车轮及钢轨表面间反复移动，使整个编组产生较大的增黏着效果。由于这些颗粒能够刺破水膜、增大固体与固体的接触比例，增黏着效果可持续一段时间。增黏着材料与以往的天然沙相比，不仅能够提高本车抑制空转的效果，而且还具有抑制其他列车发生空转的效果。保障了机车运行的稳定性。

（2）能够有效避免粉尘，减轻对周边环境的粉尘污染

环保性能较好，无粉尘飞扬现象，大大改善车站区、沿线居民区和草原的环境。目前，国内现有撒沙系统采用的材料多为河沙，由于河沙的硬度不够，且使用量很大，按目前每台车年均用沙35t计算，我国现有电力、内燃机车（不含新造）以14 000台计，铁路总里程70 000km，则每年机车撒在铁路路基上的河沙量就有490 000t，即7t／km。河沙被车轮碾成沙尘后，弥漫在大气之中，给铁路沿线、站场周边造成很大的粉尘污染。

TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置选用新型瓷沙作为增黏着介质，瓷沙是化学稳定性高的泛用陶瓷，它对其他电器的影响较小，对于使用电器较多的铁路比较有利。由于其强度大，不易被碾成粉尘，用于喷射的瓷沙颗粒的粒径为0.3mm，喷射后被车轮碾压成10μm左右的微粒。变成微粒的瓷沙颗粒陷入车轮及钢轨表面，不易飞溅，同时由于材料硬度大，稳定性高，使用量少、无浪费（30～50g／min），大大减轻了对环境的污染。

（3）很大程度上提高了机车运行安全性，保障了人民群众的生命安全

本产品可以确保经过烧结等深加工的特殊增黏着基料准确喷射到钢轨和车轮踏面之间，达到快速增加黏着系数的效果，在雨天也可确保与晴天时基本相同的制动距离，进一步提高了紧急情况下的安全性；另外由于喷沙量极少，不会在路轨上残留过多的粉尘源，造成轨道电路故障。

（4）增强了机车运行安全系数，促进机车提速的顺利进行

响应速度快，可以立即得到所期望的黏着系数，可与紧急指令、空转和滑行信号联动，通过联动可有效增大黏着系数；目前制约列车提速的一个重要因素就是提速中出现的车轮空转、滑行及制动距离拖长，从而导致安全隐患。本装置是针对我国提速过程中出现的车轮空转、滑行及制动距离拖长等问题而开发的有效提高踏面和轨面之间黏着系数的高新技术产品，填补了国内空白，有利于机车提速的顺利进行，具有良好的现实与社会意义。

（5）降低机车运营综合成本

由于本装置用瓷沙量少，大大减少了机车进段的整备时间，提高机车的有效出勤率，据有关资料数据介绍，本项目产品消耗1t瓷沙相当于传统撒沙装置消耗天然沙50～80t，减轻机务段沙场、人员、设备、能耗等方面负担；无粉尘污染，实现了绿色运营，降低线路维护费用；无沙砾堵塞道床使信号传输不良的现象发生；机车入库整备时间减少；彻底解决机车长交路中途补沙难题。故能够在很大程度上节约机车运营的综合费用，具有良好的经济效益。

（6）瓷沙喷射装置优点及效益分析

现有的机车撒沙装置，受结构模式及机车走行高速风的影响很大，沙的落点难以准确，沙的利用率很低。为了保证机车黏着的需要，被迫加大撒沙量，造成机沙用量加大。为此，各机务段都必须设置相应的设备及人力，来提高机车整备的装沙工作，综合成本很高。

全国各机务段用普通沙流程如图1所示。

图4 机车使用河沙传统流程

随着近年来我公司锡林浩特—多仑复线的开通，机车重载运行的交路延长，由于撒沙量大，已出现了机车运行途中机沙不足的状况，需在中间站对沙箱进行补沙作业（锡林浩特机务段所支配机车上均以配备了4个20kg的备有沙桶）。另外，由于机车撒沙导致铁路沿线余沙很多，各工务段还须定期动用大量的人力或专用设备对线路进行清沙修整，这些都进一步增加了机车撒沙装置的运营成本。

调查锡林浩特机务段内燃机车传统撒沙与瓷沙喷射使用成本对比如表1。

从数据可以看出，瓷沙喷射装置虽一次成本较高，但消耗1t瓷沙相当于传统撒沙装置消耗天然沙50～80t，在减轻机务段沙场、人员、设备、能耗等方面负担，无粉尘污染，实现了绿色运营，降低线路维护费用；无沙砾堵塞道床使信号传输不良的现象发生；机车入库整备时间减少；彻底解决机车长交路中途补沙难题。故能够在很大程度上节约机车运营的综合费用，具有良好的经济效益。

表1 内燃机车传统撒沙与瓷沙喷射使用成本对比

3 TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置在集通铁路锡林浩特机务段机车上的应用

集通铁路锡林浩特机务段配属内燃机车40台，目前在7台内燃机上安装了TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置，每台机车安装瓷沙装置，一次性需投入7万元，投入较大，且瓷沙制造成本较高，5 000元／t，回收成本投入周期较长，但综合费用节约可观，具有长久的经济效益，经过一年的实际应用，该装置在节省材料成本、人工成本和设备投入等方面有一定综合效益，有一定的节支降耗成果，使用效果良好。

4 结束语

TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置实际使用效果良好，建议在集通铁路部分区段进行推广使用。

［1］孙 琼.高速铁路轮轨黏着机理及其实验研究［D］.北京：铁道部科学研究院，1998.

［2］株洲庆云电力机车配件工厂.TPS-1型轮轨瓷沙喷射装置技术研究报告［R］.北京：2009.