张洪波，刘 音，栾和宇，王 进，孙玉峰，孙 权，宋家峰

（哈尔滨威克轨道交通技术开发有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

1 传统列车自动清洗机清洗模式

列车自动清洗机安装在车辆段/停车场的洗车库内，在清洗过程中，列车由司机驾驶，以3～5 km/h 的速度通过洗车库，根据洗车库设置的停车标志牌和信号机的信号，完成对列车端面和侧面的清洗。

洗涤剂采用低泡洗涤剂，按比例与水混合，通过刷组把洗涤剂和水的混合物均匀的涂抹到车体表面，这样会造成洗涤剂随车体表面淌下来，从而影响洗涤剂和污渍的反应作用。

2 洗涤剂发泡系统

2.1 洗涤剂发泡系统研发过程

2.1.1 前期准备阶段

2021 年10 月项目启动，进行相应的市场调研，了解产品的市场情况，收集整理相似的设备信息资料。根据调研和资料进行整体方案设计、系统可行性分析和方案确定。12 月开始进行详细设计[1]。

2.1.2 系统设计阶段

2.1.2.1 发泡工位位置确定

根据调研，发泡工位应安装在洗车机工位前端，是布置在最前端还是安装在预湿、预冷工位后面的问题上，最后决定装在预湿、预冷工位后面，原因是列车在洗车前，车体表面温度较高，这样就需要给车体表面降温，使车体表面湿润，传统洗车预湿、预冷工位使用的喷嘴流量较大，这样会在车体表面残留大量的水，当洗涤剂喷到车体上后，会随水一起流下来，这样就降低了洗涤剂和污渍的反应时间，从而影响了去污的效果，所以我们选择在预湿、预冷工位安装小流量的喷嘴，在洗车机各工位允许的前提下，适当增大预湿、预冷工位和发泡工位之间的距离，在发泡工位后面设置一道侧面刷洗工位，此工位可选择是否喷水，它能够把洗涤剂均匀的涂抹导车体表面，见图1。

图1 洗涤剂发泡工位平面布置示意图

2.1.2.2 发泡工位设计

发泡工位立柱采用标准方钢焊接而组成，经热浸锌防腐处理后表面喷船舶用重防腐底漆和面漆，喷淋管采用304 材质，经试验喷嘴确定为标准扇形喷嘴，喷射角度定为95°，单侧布置3 个喷嘴，能够完全覆盖地铁车体表面，在喷嘴流量选择上，刚开始选择小流量喷嘴，但是在试验中喷射效果欠佳，后来选用大流量喷嘴，此外在喷淋管下端设置旁路，用于在现场调试时补气使用。扇形喷嘴基本参数见表1。

表1 扇形喷嘴基本参数

各种喷嘴试验数据见表2。

表2 各种喷嘴试验数据

此试验结果在水压5 bar，气压5 bar，洗涤剂量为50%下得出。

根据试验选择流量代码为9570 的喷嘴孔径为5.2 mm，在6 bar 下的流量为39 L/min，喷射角度为99°。

2.1.2.3 发泡水泵选型

发泡对水质要求比较高，所以使用城市自来水，储存的水容器可以是水箱或水池，由于发泡要求高压，所以选用立式多级离心泵，性能满足发泡高压低流量的要求[3]。

如图2 所示，CR1 水泵是CR 系列水泵中最小流量的，发泡需要的压力6～8 bar，对应的扬程是60～80 m，相应水泵扬程要大于80 m（考虑管道压力损耗），CR1 水泵额定流量是1 m3/h，根据曲线选择CR1-15 水泵扬程大于80 m。

图2 水泵流量与扬程性能曲线图

由于发泡系统是集成在洗车机系统里，可以跟洗车机共用空压机，洗车机各工位用气量比较少，所以洗车机自带的空压机排气量也相对小一些，这样却无法满足发泡系统的用气量，后来选择排气量大一些空压机，而且空压机自带储气罐，储气罐为简单压力容器，满足洗车机计及发泡用气量需求，空压机可选择螺杆式或活塞式。

2.1.2.4 发泡装置设计

发泡装置设计为一个整体式结构，如图3 所示，内部集成洗涤剂系统、泡沫发生系统、水气路调节系统及电控系统，早期设计选用洗车机塑料桶盛放洗涤剂，由此需要做一个支架，下面放塑料桶，桶上部安装洗涤剂泵，洗涤剂泵选用机械隔膜泵，泵的功率为0.09 KW，压力为0.65 MP，流量为63 L/min，泵体自带流量调节装置，可在0～100%范围内调节打入洗涤剂量，进口末端安装底阀，出口安装单向阀，支架上部安装一个背板，泡沫发生器[2]、阀门、水管件及电控箱都安装在背板上，由于受塑料桶外形尺寸的限制，支架尺寸的比较大，背板上元器件全都暴漏在外面，后来把发泡装置做成上下两个柜体，塑料桶也改为了不锈钢水箱，放到下柜体中，其他部件都放到上柜体内，上下柜体摞在一起，组成了改进后的发泡装置，当时此发泡装置体型庞大，质量大，造价高，由此诞生了第三代产品，液压站机构发泡装置，此装置外型尺寸为650 mm（长）X400 mm（宽）X1 200 mm（高），此机构简单、紧凑，下部柜体集成不锈钢水箱、泡沫发生器、阀门、水管件及电控箱等，水箱的容积约为0.1 立方，计量泵安装在柜体上面，后面的背板装有压力表、按钮和指示灯，压力表2 块，1 块为水压表，量程为0～1.6 MPa，另1 块为气压表，量程为0～1.0 MPa，为了防止水、气、洗涤剂倒流，分别在水、气、洗涤剂管道安有单向阀，气路系统，气路管道装有调压阀，旋转阀门旋钮，通过阀上的压力表可调节气压，水路先期设计采用普通的手动球阀，但手动球阀只适合开启和关闭，无法精确的调节水压，后来选用了立式丝扣截止阀，此阀能够微调水管道压力，管道安装压力表，便于观察水压，此外洗涤剂水箱装有浮球液位计，液位计有上下两个液位，由于洗涤剂进水口安装右底阀，底阀距箱底距离为30 mm，下液位要高于底阀，所以下液位距箱底距离为120 mm（底阀的长度约为70 mm），上液位距箱体上沿为50 mm，用于监控水箱内洗涤剂的量，当洗涤剂液位到达上、下液位时，设备会自动报警。

图3 发泡装置示意图

2.2 洗涤剂发泡系统接口

2.2.1 与水路系统接口

水源为城市自来水，水压不小与0.2 MPa，储存水的容器为水池或水箱，容积不小于4 立方，动力来源来自水泵，水泵为高压低流量立式多级离心泵，水泵口径为DN25,额定流量为1 m3/h（在8 bar 压力下）使用水池时，水泵进水口要安装底阀，前端布置泵前补水罐，水池或水箱内部安装液位计，控制水池或水箱内的水量。

2.2.2 与气路系统接口

气源为洗车机自来空压机，空压机的形式可分为活塞式空压机和螺杆式空压机，功率为7.5 KW,空压机气量和气压要满足发泡系统用气要求，排气压力为0.8 MPa，排气量为0.95 m3/min，空压机自带储气罐，储气罐为简单压力容器，储气罐容积为0.3 m3满足洗车机计及发泡用气量需求，气路主管路安装过滤器，保证压缩空气质量。

2.2.3 与洗涤剂系统接口

洗涤剂系统集成在洗涤剂发泡装置内，不锈钢水箱内装有不掺水的纯高泡洗涤剂[4]，洗涤剂泵为机械隔膜泵，电机功率为0.09 KW，进口末端安装底阀，出口安装单向阀，管道口径为DN15,计量泵自带洗涤剂打出调节装置，水箱上安装液位浮球，用于控制水箱内洗涤剂的量。

2.2.4 与电气系统接口

（1） 主控制系统提供电源380VAC,50HZ, 主回路采用西门子3RV 系列断路器具有过流、过载、短路、缺相保护功能，回路中通过西门子3RT 系列断路器控制对应的水泵工作，控制发泡洗涤剂系统配合主控系统工作。

（2） 发泡洗涤剂液位信号接入西门子1500PLC控制系统，控制系统根据液位实际值做出相应的报警信息处理，上位机报警画面提供具体报警文本。

（3） 发泡系统盘面板布置24VDC LED 指示灯，由1500PLC 经过计算后输出控制LED 指示灯状态，从而显示系统状态。

2.3 洗涤剂发泡系统发泡标准

水、洗涤剂和气的混合物从喷嘴成扇形喷射出来，成片状，泡沫大小适中，均匀附着在车体表面不下流，水压可先调到0.5～0.6 MPa，气压可调到0.4～0.5 MPa，洗涤剂可调到50%，这些数值为试验数值，根据不同的现场实际条件进行现场调节，如果由于现场喷淋工位距离过远而造成发泡效果欠佳，经调节各数值无效时，可通过跟喷淋工位补气的方法来解决。

2.4 洗涤剂发泡系统试验

发泡装置在加工完成组装工作，水泵与水箱相连，水箱内装满自来水，气源来自空压机，洗涤剂水箱里装入高泡洗涤剂，设立喷淋机构，连接管道进行试验，试验过程中通过调节水、气和洗涤剂数值，观察发泡效果[5]，试验表格见表3。

表3 洗涤剂发泡系统试验数据

3 结论

通过试验，采用高压立式离心泵，水压调整为0.5 MPa，气压调整为0.5 MPa，洗涤剂打出量调整为50%，洗涤剂选用高泡列车专用清洗剂，水、气、洗涤剂三者在泡沫发生器里充分混合，喷嘴采用大口径、大角度扇形喷嘴，最后从喷嘴喷射出大小适中的泡沫，均匀的附着在车体表面。