1绪论
1.1研究背景及意义
目前，国内隧道吸煤车市场对环保、经济、多功能等方面都提出了更高、更多要求。国内道路清污设备市场普遍存在尾气及清污效果不好的缺点，已经很难适应国家相关部门对环保的要求，也严重影响着铁路隧道的安全，因此，道床清污设备的开发具有十分广泛的工程意义。
1.2公司现状
国能宝日希勒能源有限公司(简称国宝能源)位于呼伦贝尔草原中部，据呼伦贝尔市中心15公里。矿区煤层埋藏浅、倾角小、厚度大、赋存条件好;煤质属低硫、低磷、中低灰份的优质褐煤，可燃基低位发热量在3700~4300大卡/千克之间。煤炭销售公司已建成的自备铁路专用线，铁路全长43公里，6台机车外运煤炭，与滨州铁路相连接，铁路运输非常便捷。铁路运输段设有四个车站：交接站、集配站、宝雁站、露天站；年运输能力可达1000万吨。
1.3公司存在的问题
1.3.1严重影响安全
散落的煤粉在道床上不断堆积，越积越厚，严重时甚至会将钢轨和扣件掩埋，一方面会严重影响列车的安全运行。持续有煤尘落入道床当中，造成线路板结，失去弹性，线路作业质量难以保持。在春秋季时，因煤尘常年堆积，经风吹日晒后容易引起线路火灾。
1.3.2浪费工时，提高运营成本
维修施工期间，需要对所有长隧道进行施工作业。人工清扫方式劳动强度较大，清扫的煤粉运输困难，现场粉尘污染严重，环境恶劣，人员的作业安全和健康得不到保护。采用机械化清扫可减少作业人员，提高清扫效率，缩短清扫占用时间。然雇用大型清筛设备费用将会很高。
2 道路清污设备设计内容介绍
2.1道床清污设备整体设计原理
2.1.1道床清污设备设计原理
道床清污设备主要原理是运用吸附煤尘机理，高压空气吹扫使得粘附在轨面、道床上灰尘被扬起，再利用空气负压来收集灰尘，通过除尘系统的过滤，使粉尘、碎屑被收集储存。根据铁路专用线铁路污染特性，分析除尘设备基本原理，设计出合理的吹尘、吸尘及除尘方案，并对各相关部件进行了设计。
2.1.2道床清污设备主要参数
根据前期在企业的调研情况以及相关的国家标准制定道床清污设备的主要清扫性能参数和各系统的主要结构参数，将其作为确定各机构设计的参照依据。通过对相关文献和实际情况的分析考察，同时遵从国家环保标准以及国家对道床清污设备作业车辆的有关规范进行清污设备的设计。
2.2控制部分设计
道床清污设备基本由两部分组成：道路行驶部分和清扫作业部分。控制采用两地控制，即车上控制和遥控器实现两地控制。控制时采用手动控制各设备，各装配体在启动后就可自动工作。根据工作人员发出的指令，驱动行驶装置和清扫装置完成整车工作，本设计中旨在达到工作人员与道路清污设备的更优组合，使其轻松而又高效地完成铁路道床煤尘清扫和维护工作。
2.3除尘部分设计
2.4.1尘粒起动的动力学分析
吸嘴内部气流对地面煤尘尘粒的作用过程，就是湍流对煤尘尘粒的作用过程，湍流作用于尘粒上的力有以下几种。
1) 迎风阻力FD：迎风阻力分为两个部分，第一部分为摩擦力FD1；第二部分为形状阻力FD2。
2) 冲击力：该作用力由煤尘尘粒间的相互碰撞冲击引起。某一时间段内作用力的冲量等于该段时间内质点动量的变化。
3) 上升力：该力主要由气流的切变力导致煤尘尘粒旋转所引起。
2.4.2除尘部分基本结构
煤尘吸入与除尘气路系统主要有吸嘴、集尘箱、风机、除尘系统和风管五部分。根据吸嘴形式的不同可将其分为开放式和循环式两类。
2.4.3吸气口风流的运动过程
当吸尘口吸气时，空气中的粉尘需要有一个足够的速度，否则就会由于重力作用下降，不能顺利地进入吸风口，这个速度就是一个临界速度，每一个粉尘颗粒都有一个特定的临界速度。因此设计时要先分析好颗粒的种类。
2.5走行部分设计
2.5.1 运动学分析
发动机提供形式动力经传动系统传递给驱动轮，驱动轮于路面相互作用产生行驶驱动力。道路清污设备的理论行驶速度公式为：
但在实际情况下，车轮与地面之间会存在一定的滑转，则车辆的实际行驶速度公式为：
2.5.2 液压马达选型
道路清污设备的路面作业工况分为两种：即平坦路面和斜坡路面。两种工况下的负载不同，斜坡路面的负载明显要高于平坦路面。故在马达的选型中以路面计算，则道路清污设备爬坡时驱动轮所受的最大扭矩为：
2.6清洁部分设计
2.6.1设备结构及工作原理
清洁洗系统主要有一个水箱、高压泵、管道、18个自动改变喷水方向的喷头、排污水阀门。高压泵接通电源后，高压泵将水箱中的水加压输入管道，管道进入集尘箱内喷射到集尘箱内部，将煤尘冲洗干净，污水经集尘箱底部排到设备外面。
2.6.2高压水泵选型
本设备选用喷孔为5mm，水压为0.35-0.45MPa的P型喷头。
喷头水力计算：喷头出口孔径为5mm，为达到时冲洗效果喷头水压为0.2MPa管嘴出水流量为0.83m3/h，出口有收缩，取流量系数为0.94，喷头数量为18个，则总流量为15m3/h。
3设计整体描述以及达到的效果
3.1道路清污设备整体工作过程介绍
工作开始时两个侧面吸尘吹尘装置和中间吸尘吹尘装置，移动到指定位置；风机开启；高压水泵开启；在负压的作用下，吸尘罩内部,经高压气吹起煤尘和大颗粒通过吸尘管道进入大集尘箱内，吸尘管出口装有喷雾装置，经过的煤尘灰和大颗粒被喷湿，使得煤尘灰和大颗粒重量增加，在三角除尘通道里，粉尘又进一步降落，煤尘进入小积尘箱里。
3.2达到效果分析
针对现场煤粉颗粒的物理特性，为提高作业速度，最高作业速度达10km／h，除污风量达 80000m3／h，吹风风量达40000m3／h。分离装置内气固流动的显著特点是污物颗粒随气流高速运动，颗粒体积大小不一，为满足铁路设备限界等使用规范，分离装置的安装空间和体积越小越好。
考虑上述原因，分离装置采用了沉降与袋式过滤分离功能的分离装置，利用重力沉降装置分离除去气流中颗粒体积大的煤粉，再利用袋式分离装置分离出微小粉尘等易悬浮颗粒，可计算出能够分离煤粉的粒径大小。
4结论
气流吹吸原理吸收煤粉的优点是清扫效率高、人员健康且作业较为安全，研
究运煤专线隧道进出口道床堆积煤粉的物理特性、气流吹吸能力和煤粉分离能力3个关键特性，结果表明：(1)煤粉的堆积密度为850kg／m3，实体密度为1197 kg／m3，颗粒大小以0.2～5.0mm粒径为主，占总质量的90％以上；(2)用气流吹吸原理能够吸收煤粉的理论最大粒径为23 mm，利用铁路道床吸污车吸收煤粉(最大粒径15mm)可将道床表面煤粉吸收干净；(3) 集成沉降和过滤功能的装置分离煤粉，沉降分离煤粉的最小粒径为0.5mm，过滤分离煤粉的最小粒径为10m，排放气流含尘量的实测值为20mg／m3。
参考文献
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