一种铁路隧道全断面清洁作业车及其相应的作业方法

摘要

本发明提供一种能够对隧道壁、道床表面以及隧道内的排水沟进行全方位清洁的在线作业车辆及其相应的作业方法,该车包括四节作业车。第一节车为“干冰喷吸”清洁作业车，用于对铁路隧道壁进行干冰清洁；第二节车为“滚刷抽吸式”清洁作业车，用于对隧道壁以下部分进行扫吸式清洁；第三节车为“高压水冲洗式”清洁作业车，用于对隧道壁以下部分进行高压水冲洗，实现二次清洁的目的；第四节车为“搅动抽吸式”清洁作业车，用于对铁路隧道内的排水沟及一些污物聚集点进行专门的清洁。将“干冰喷吸”清洁除尘方式应用于铁路隧道清洁作业属于国内首创，不仅可以克服目前国内外现有技术中的缺点，还具有绿色环保，对于隧道各设备管线无损伤等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁路隧道全断面清洁作业车，尤其是涉及一种运用“干冰喷吸”方式对铁路隧道进行全断面清洁的作业车，属于工程设备技术领域，尤其是大型养路机械领域。

背景技术

二十一世纪以来，随着国内城市轨道交通(地铁)的快速发展和铁路运营里程(尤其是高铁)的不断增长，铁路隧道的总数量和长度呈现爆发式增长，为保障列车的安全运行及旅客的舒适乘坐环境，铁路隧道清洁作业显得越来越迫切和必要了。

为保障列车运行的安全性、稳定性和旅客乘坐环境的舒适性，提高铁路隧道空气环境质量和铁路隧道电力、通信和照明等设备的运行可靠性，需对铁路隧道断面进行全方位的清洁作业，以清除铁路隧道中存在的各种尘、垢及污物等。

目前铁路隧道清洁作业主要有人工和机械设备两种方式，其中机械设备作业方式依据清洁区域，可分为全断面清洁作业和非全断面清洁作业；依据作业方法，可分为高压水冲洗式清洁作业车、滚刷扫吸式清洁作业车和高压空气吹吸式清洁作业车等。人工清洁作业方式可对铁路隧道进行全断面清洁，且具有良好的清洁效果，但是存在着效率低，人工作业环境差和劳动强度高等明显缺点，不适宜于规模化作业。机械设备清洁作业方式相对于人工清洁作业方式，其效率、人工作业环境和劳动强度有着显著的提升和改善，但基于铁路隧道断面、设备管线布置的复杂性和电气设施的防护性要求等方面的考虑，目前国内的高压水冲洗式清洁作业车仅用于铁路隧道底面区域(不含排水沟)和部分侧壁区域(距底面1.1米及以下)的清洁作业，滚刷扫吸式清洁作业车仅用于铁路隧道底面区域的清洁作业，以上这两种作业车都属于非全断面清洁；高压空气吹吸式清洁作业车是从国外整机引进的，可对铁路隧道进行全断面(其中隧道底面区域不含排水沟)清洁，但是容易造成大范围的扬尘，不太适用于空气流通较差的地铁隧道中使用。以上这三种作业车，从作业方式和效果方面评价，高压水冲洗式清洁作业车存在着水资源浪费和二次污染等不足；滚刷扫吸式清洁作业车存在着功能较单一和清洁区域较狭小等问题；高压空气吹吸式清洁作业车主要存在着清洁效果不理想(附着力较强的尘垢不能有效清除)、无法避免扬尘、能耗较高等缺点。

公开号为CN108385821A的中国发明专利申请公开了一种隧道排水沟污泥清除装置，其包括万向轮、电动机、蓄电池、支撑框、污泥收集箱、握杆、防滑套、控制器、电动执行机构、电表箱；所述控制器由器体、显示屏、接线端、指示灯、调节阀、电源按钮组成。该发明所述的一种隧道排水沟污泥清除装置设有控制器,通过接线端来接通电动执行机构,经显示屏获取准确的隧道排水沟污泥量和给出的污泥吸取力度值,再滑动调节阀来对污泥吸取力度进行有效的控制,对污泥进行清除,保障了吸取口的通畅和电动机的正常运行,确保了隧道内环境清洁。但是其应用范围有限，作业效率有待提高。

发明内容

本发明第一方面提供一种铁路隧道全断面清洁作业车，其包括作业车车体，该作业车车体设置干冰清洁作业装置、滚刷抽吸作业装置、高压液体冲洗清洁装置和搅动抽吸作业装置。

所述干冰清洁作业装置包括干冰储存箱、重力输送管道、干冰喷射机、喷枪、喷枪支架以及为干冰喷射机提供电力的发电机组和提供气力的空压机组；干冰储存箱通过重力输送管道连接干冰喷射机，该干冰喷射机连接喷枪，该喷枪支撑于干冰喷射机上的喷枪支架上，所述干冰喷射机还连接发电机组和空压机组，并由其提供电力和气力。

工作时，先启动上述发电机组和空压机组，由干冰喷射机将干冰与高压空气的混合物通过喷枪喷射至铁路隧道壁面，可随时通过调整喷枪支架来改变喷枪与壁面的距离、角度，以适应不同的铁路隧道断面并获得最佳的清洁效果。工作过程中，储存于干冰储存箱中的干冰经重力输送管道实时补给干冰喷射机的干冰消耗。

所述滚刷抽吸作业装置包括滚刷、马达、罩壳、吸口、管道、除尘器和风机，所述滚刷的转轴连接至所述马达，所述滚刷外部包括所述罩壳，该罩壳上连接吸口，该吸口通过管道连接至风机，该风机下游连接至所述除尘器。工作时，马达驱动滚刷旋转，毛刷将铁路隧道道床面灰尘扬起，风机运转在罩壳吸口处形成负压，含尘气体经管道被输送到除尘器处理。

所述高压液体冲洗清洁装置包括喷头，管路组件(含管、阀、仪表等)、高压泵、储存罐和电气装置；所述喷头上游通过管路组件连接至所述高压泵和所述储存罐，该管路组件还连接至电气装置。工作时，通过高压泵将液体经管路组件在喷头形成高压射流，对铁路隧道壁面和道床面的尘垢、油泥等脏污进行冲洗。

所述搅动抽吸作业装置包括吸管、动力旋转头、机械臂、污物收集处理单元(含污物箱、空气过滤装置)、发动机和风机；所述吸管下游连接所述动力旋转头，所述吸管上游连接至所述污物收集处理单元，所述吸管支撑于所述机械臂上。工作时，通过风机和动力旋转头的运转，转动的吸管先将铁路隧道排水沟处的淤积物搅松散，然后依靠气力输送方式将泥水混合物抽吸到污物收集处理单元处理。

在第一种优选方案中，上述作业车车体还设置滚刷抽吸作业装置、高压液体冲洗清洁装置、搅动抽吸作业装置中的任一种或任两种的组合或该三种装置全部。

在第二种优选方案中，所述干冰清洁作业装置、滚刷抽吸作业装置、高压液体冲洗清洁装置、搅动抽吸作业装置设置于同一节作业车架上。

在第三种优选方案中，所述干冰清洁作业装置、滚刷抽吸作业装置、高压液体冲洗清洁装置、搅动抽吸作业装置各设置于一节作业车架上，即：铁路隧道全断面清洁作业车，包括设置所述干冰清洁作业装置的第一作业车、设置滚刷抽吸作业装置的第二作业车、设置高压液体冲洗清洁装置的第三作业车、设置搅动抽吸作业装置的第四作业车。第一作业车为“干冰喷吸”清洁作业车，用于对铁路隧道壁进行干冰清洁；第二作业车为“滚刷抽吸式”清洁作业车，用于对隧道壁以下部分进行扫吸式清洁；第三作业车为“高压水冲洗式”清洁作业车，用于对隧道壁以下部分进行高压水冲洗，实现二次清洁的目的；第四作业车为“搅动抽吸式”清洁作业车，用于对铁路隧道内的排水沟及一些污物聚集点进行专门的清洁。

在第四种优选方案中，铁路隧道全断面清洁作业车，包括设置所述干冰清洁作业装置的第一作业车和设置滚刷抽吸作业装置的第二作业车，所述第一作业车和所述第二作业车连接。

在第五种优选方案中，铁路隧道全断面清洁作业车，包括设置所述干冰清洁作业装置的第一作业车、设置滚刷抽吸作业装置的第二作业车、设置高压液体冲洗清洁装置的第三作业车，该第一作业车、第二作业车、第三作业车依次连接并按顺序作业，或可调换第一作业车、第二作业车、第三作业车的连接顺序，且第一作业车先作业，其次第二作业车再作业或第三作业车再作业。

所述第一作业车、第二作业车、第三作业车、第四作业车各自包括走行驱动力、作业动力或部分作业车设置走行动力。

所述第一作业车、第二作业车、第三作业车、第四作业车均不设置走行驱动力，而将第一作业车及第二作业车、第三作业车或第四作业车中的任一种或任两种或三种的组合连挂于动力车运行至作业地点。

所述第一作业车、第二作业车、第三作业车、第四作业车四节车的前后顺序可以调换。

本发明第二方面提供一种铁路隧道全断面清洁作业方法，其包括：

步骤A：向待清洁的铁路隧道断面处喷射干冰；

步骤B：将经干冰喷射击落的污物吸收；

优选的是，步骤A中采用速度为100m/s－300m/s的压缩空气携带干冰并喷向待清洁的表面。

优选的是，所述干冰的粒径为:长度3mm-10mm,直径0.7mm-1.5mm，以便所述干冰喷射到待清洁表面的颗粒物时产生二氧化碳爆炸的物态变化，从而通过温度和体积的极速变化破坏污染物与其附着壁面之间的附着力，达到清洁效果。

优选的是，步骤B中污物吸收采用“滚刷抽吸式”清洁作业车、“高压水冲洗式”清洁作业车、“搅动抽吸式”清洁作业车中的任一种或任两种或三种。

优选的是，执行步骤B之后，再进行滚刷抽吸、高压水冲洗、搅动抽吸清洁作业中的一种或多种，执行步骤B之后，滚刷抽吸、高压水冲洗、搅动抽吸清洁作业的顺序不限，可自由组合。

附图说明

图1为本发明所述一种铁路隧道全断面清洁作业方法的一优选实施例的清洁原理图；

图2为本发明所述的一种铁路隧道全断面清洁作业车的一优选实施例的整车结构布局图；

图3为图2所示实施例中干冰喷吸式清洁作业车的结构示意图；

图4为图2所示实施例中滚刷抽吸式清洁作业车的结构示意图；

图5为图2所示实施例中高压水冲洗式清洁作业车的结构示意图；

图6为图2所示实施例中搅动抽吸式清洁作业车的结构示意图；

上述附图中数字标记的含义为：

01干冰喷吸式清洁作业车 02滚刷抽吸式清洁作业车 03高压水冲洗式清洁作业车

04搅动抽吸式清洁作业车

101前司机室 102第一发动机间 103第一液压间 104污物收集过滤单元A

105第一吸口 106干冰喷吹单元 107空压机组 108后司机室 109风机A

110污物收集过滤单元B 111干冰喷吹装置A 112干冰喷吹装置B

113第一转向架 114风机B 115第一车体

201第二司机室 202第二发动机间 203第二液压间 204管道

205污物过滤收集单元C

206第二风机 207第二车体 208滚刷抽吸工作小车 209第二转向架

301第三司机室 302动力间 303水罐 304水泵机组 305喷管

306第三车体 307第三转向架 401第四司机室 402第四发动机间

403第四液压间 404第四风机 405污物收集处理单元D

406操作台 407搅吸工作装置 408第四车体 409第四转向架。

具体实施方式

本发明提供一种铁路隧道全断面清洁作业车，首创将“干冰喷吸”清洁除尘方式应用于铁路隧道清洁作业，结合运用现有高压水冲洗、滚刷式抽吸、搅动抽吸等多种清洁作业方式，对铁路隧道进行全断面清洁。

实施例1.1:一种铁路隧道全断面清洁作业车，包括相互连接、且具有独立使用及组合功能的四节作业车。如图1所示，本实施例中由前向后依此排列的第一节车为干冰喷吸式清洁作业车01，第二节车为滚刷抽吸式清洁作业车02，第三节车为高压水冲洗式清洁作业车03，第四节车为搅动抽吸式清洁作业车04。

各作业车的内部设置如图2所示，其中，干冰喷吸式清洁作业车01，主要用于铁路隧道顶面及侧壁区域的清洁，如图3所示该干冰喷吸式清洁作业车01又包括两列铰接在一起的前后两列轨道车辆组成；该两列铰接在一起的轨道车辆包括：设置在前轨道车辆一端的前司机室101和设置于后轨道车辆另一端的后司机室108，前轨道车辆的第一车体115上还设有第一发动机间102、液压间103、污物收集过滤单元A104及风机B 114；后轨道车辆的第一车体上设有干冰喷吹单元106、污物收集过滤单元B 110、风机A 109、空压机组107，干冰喷吹单元106末端连接至干冰喷吹装置A 111和干冰喷吹装置B112，干冰喷吹装置A111和干冰喷吹装置B112分别设置于干冰喷吹单元106的前面和后面的第一车体115上，转向架113设置于后轨道车辆和前轨道车辆的第一车体115下部。前司机室101和后司机室108内包含操纵、控制干冰喷吹单元106和污物收集过滤单元B 110及风机A109、空压机组107的液压电气显示仪表，前司机室101和后司机室108内还包括通讯和空调暖通设备的控制装置，第一发动机间102内包含柴油发动机、柴油箱、变速分动箱、隔音和空气过滤设施、散热装置，液压间103内包含液压箱、液压管、泵、阀及仪表元件、柴油发电机组、电气控制柜，所述液压箱通过所述液压管连接所述泵、所述阀及所述仪表元件。

其中，空气机组107及其气压管、罐、阀、仪表元件安装于空压机间内。

污物收集过滤单元A 104、风机B 114和第一吸口105组成粗滤单元，其中污物收集过滤单元A 104为重力除尘器、布袋除尘器、抽排通道的除尘系统，风机B 114提供吸力后，通过伸出于污物收集过滤单元A 104外部的第一吸口105吸收隧道壁的污物，然后携带污物的吸入气体通过污物收集过滤单元A 104过滤后得到的清洁空气经风机B 114的出风口排放到大气中。

所述第一吸口105的结构特征为呈“十”字布置的喇叭形罩口，汇流至一端封闭，一端开口的矩形管道，矩形管道与污物收集过滤单元采用螺栓连接固定，连接处密封选用橡胶板。

干冰喷吹单元106包含干冰储存箱、干冰自动加注装置、干冰清洗机、可伸缩干冰喷嘴一体装置。

风机A 109、污物收集过滤单元B 110组成精滤单元，其工作原理类似于粗滤单元，风机A 109提供吸力后，通过设置于污物收集过滤单元B 110入风口外侧的第二吸口吸收隧道壁的污物，然后携带污物的输送气体通过污物收集过滤单元B110过滤后得到的清洁空气最终通过风机A109排出到大气中。污物收集过滤单元B110为多级布袋除尘器、风机A 109、抽排通道除尘。

所述第二吸口的结构与第一吸口105结构相同。

本实施例中干冰喷吸式清洁作业车的具体工作方式为：先由具有伸缩功能的干冰喷吹装置A 111和干冰喷吹装置B 112向铁路隧道两侧壁面和顶面喷射干冰，将上述表面的污垢剥离转化为粒度较大颗粒物掉落至铁路隧道底面和粒度较小粉尘扩散至空气中，同时通过风机A109和风机B114经第一吸口105和第二吸口分别将含尘气体吸入污物收集过滤单元A104和污物收集过滤单元B110中，过滤处理后，将符合排放标准的空气经排放通道排入大气，完成铁路隧道两侧壁面和顶面的清洁作业。

干冰清洁作用原理：压缩空气经喷嘴以非常快的速度加速干冰(温度低至-78.5℃)抵达污染表面，造成热力学冲击，打破污染物和表面之间的粘结，产生裂痕，之后干冰迅速升华，造成微小的二氧化碳爆炸，使污染物脱落。图1为干冰清洁过程示意，将“干冰喷吸”清洁除尘方式应用于铁路隧道清洁作业属于国内首创，不仅可以克服目前国内外喷水式、滚刷式抽吸和空气吹吸式隧道清洁作业车的主要缺点，还具有绿色环保，对于隧道各设备管线无损伤等优点；干式除尘工艺与湿式除尘工艺相结合，具有更优的清洁效果。

如图3所示，滚刷抽吸式清洁作业车02，主要用于铁路隧道端面底部区域的清洁作业，滚刷抽吸式清洁作业车02的第二车体207上依次设置第二司机室201、第二发动机间202、第二液压间203、污物过滤收集单元C 205、第二风机206，第二车体207下方设有滚刷抽吸工作小车208、第二转向架209。所述第二司机室201包含操纵、控制液压电气显示仪表、通讯和空调暖通设备的设施，第二发动机间202包含柴油发动机、柴油箱、变速分动箱、隔音和空气过滤设施、散热装置，第二液压间203包含液压箱、泵、阀及仪表，液压箱通过液压管连接所述泵所述阀及所述仪表，滚刷抽吸工作小车208包括工作小车架构以及用于对道床表面进行刷扫吸的滚刷抽吸工作装置，滚刷抽吸工作装置包含驱动部分、滚刷部分、负压抽吸口、罩体、升降及锁定装置。污物过滤收集单元C 205包含风道、过滤装置、储料箱、第二风机206。

本实施例中的滚刷抽吸式清洁作业车的具体工作方式为：先由滚刷208抽吸工作小车中的两反方向运转的滚刷将掉落至铁路隧道底面的颗粒物和道床本身存在的污垢往布置于两滚刷中间的抽吸口滚扫，同时第二风机206高速运转，在抽吸口处形成负压，将颗粒物、污物及灰尘等吸入污物收集过滤单元C 205中，经过滤处理后，污物被收集储存于污物收集过滤单元C 205中的污物箱内，从而完成铁路隧道底部区域道床板、轨道及其扣件等表面的清扫。

如图4所示，高压水冲洗式清洁作业车03，主要用于铁路隧道端面底部区域的的二次清洁作业，其包括第三司机室301、动力间302、水罐303、水泵机组304、喷管305、第三车体306、第三转向架307。本实施例中的高压水冲洗式清洁作业车的具体工作方式为：由水泵机组304将储存于水罐303里的清洁水通过管道并经压力调节后，从喷管305的各喷嘴以合适的角度喷出，冲洗铁路隧道底部区域，完成底部区域道床板、轨道及其扣件等表面顽固尘垢的清洁，冲洗后形成的污水流向两侧排水沟。

如图5所示，本实施例中的搅动抽吸式清洁作业车04，主要用于铁路隧道排水沟的清淤作业，其包括第四司机室401、第四发动机间402、第四液压间403、第四风机404、污物收集处理单元D 405、操作台406、搅吸工作装置407、第四车体408、第四转向架409、污物收集单元。搅动抽吸式清洁作业车04的具体工作方式为：操作人员通过操作台406控制搅吸工作装置407的机械臂，保证吸口对准排水沟中心，在第四风机404高速运转和搅吸工作装置407动力头运转搅动情况下，将排放至排水沟的污水和沟内原有淤积物抽吸至污物收集处理单元D 405内过滤、储存，完成铁路隧道底部区域排水沟的清洁作业。

本实施例中的上述四节作业车可以各作业车带动力单独使用，也可以根据需求任意组合使用，不仅限于图1所示的排序方式，优选地，将图1中的第三节车排在第二节车后面。上述各作业车的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。

优选地，在四节作业车组合使用时，也可以只在其中一节作业车上设置发动机间，为整个车组提供动力。或者，所有作业车都不安装动力系统，即取消发动机间，这些车在作业时，可以通过轨道车等带动力牵引车辆牵引至目标作业地。

首创将“干冰喷吸”清洁除尘方式应用于铁路隧道清洁作业，结合运用现有高压水冲洗、滚刷式抽吸、搅动抽吸等多种清洁作业方式，对铁路隧道进行全断面清洁。相对于纯高压水冲洗清洁方式更加节约水资源，二次污染小，且能够清洁隧道壁上的带电设备；相对于单一滚刷扫吸式清洁作业车清洁范围大，尤其是能够清洁到隧道壁上接触网或设置用电设备部位，相对于高压空气吹吸式清洁，无扬尘，能耗低。

实施例2.1:一种铁路隧道全断面清洁作业方法，其包括：

步骤1:用具有伸缩功能的干冰喷吹装置A111和干冰喷吹装置B112向铁路隧道两侧壁面和顶面喷射干冰，利用喷射的干冰将上述表面的污垢剥离转化为粒度较大颗粒物掉落至铁路隧道底面和粒度较小粉尘扩散至空气中；

步骤2:执行步骤1的同时通过风机A109和风机B114经第一吸口105和第二吸口分别将含尘气体吸入污物收集过滤单元A104和污物收集过滤单元B110中；

步骤3:经过滤处理后，将符合排放标准的空气经排放通道排入大气，完成铁路隧道两侧壁面和顶面的清洁作业；

本实施例中优选的是，将压缩空气经喷嘴以100m/s－300m/s的速度喷出，从而为干冰加速(干冰的温度低至-78.5℃)，使干冰由高速压缩空气携带抵达污染表面，并在自然温度的热传导作用下对污物表面造成热力学冲击，打破污染物和表面之间的粘结，使污染物和其粘接表面之间产生裂痕，到达污物表面之后的干冰迅速升华，造成微小的二氧化碳爆炸，此处的微小的二氧化碳爆炸是指，干冰在污物表面受到空气和污物温度的影响升华，并迅速由固态升华为气体，干冰体积在0.01s内扩大数百倍的过程，这一微小的二氧化碳爆炸作用使污染物与其附着表面脱落，从而达到隧道表面的清洁作用。

图1为干冰清洁过程示意，将“干冰喷吸”清洁除尘方式应用于铁路隧道清洁作业属于国内首创，不仅可以克服目前国内外喷水式、滚刷式抽吸和空气吹吸式隧道清洁作业车的主要缺点，还具有绿色环保，对于隧道各设备管线无损伤等优点；干式除尘工艺与湿式除尘工艺相结合，具有更优的清洁效果。

本实施例中优选的是，所述干冰清洁作业装置包括干冰储存箱、重力输送管道、干冰喷射机、喷枪、喷枪支架以及为干冰喷射机提供电力的发电机组和提供气力的空压机组等。工作时，先启动上述发电机组和空压机组，由干冰喷射机将干冰与高压空气的混合物通过喷枪喷射至铁路隧道壁面，可随时通过调整喷枪支架来改变喷枪与壁面的距离、角度，以适应不同的铁路隧道断面并获得最佳的清洁效果。工作过程中，储存于干冰储存箱中的干冰经重力输送管道实时补给干冰喷射机的干冰消耗。