高寒動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架融冰除雪方法研究

（天水師范學(xué)院，甘肅天水市，741000）魏家沛

隨著哈大、京哈線以及蘭新線等線路的開(kāi)通，我國(guó)高寒地區(qū)的鐵路網(wǎng)逐漸鋪展開(kāi)來(lái)。但是，由于地區(qū)的氣候原因，我國(guó)北方冬季氣溫低、冰雪天多，環(huán)境較為惡劣，這給動(dòng)車組的運(yùn)行也帶來(lái)了不少的影響。特別是在冰雪天氣之后，在動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)向架通常會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰和積雪的現(xiàn)象。而轉(zhuǎn)向架是車輛的重要部件，其主要部件的結(jié)冰構(gòu)成了列車安全的問(wèn)題。我國(guó)現(xiàn)有動(dòng)車組沒(méi)有車載轉(zhuǎn)向架制冰裝置，主要還是依靠傳統(tǒng)的除冰方法。比如在列車返回倉(cāng)庫(kù)后，通過(guò)噴灑高壓熱水或熱空氣來(lái)融化或者通過(guò)人員用手和工具來(lái)敲擊冰塊來(lái)完成[1]。這種方法消耗大量的人力和物力，且除冰雪效果也不是很好。所以對(duì)于高寒地區(qū)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架融冰除雪方法的研究是一項(xiàng)非常有必要且重要的[2]。

1 國(guó)外轉(zhuǎn)向架除冰融雪措施

1.1 日本采取的措施

作為冬季多雪的國(guó)家，其主要從線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，動(dòng)車組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和線路除雪對(duì)策的角度進(jìn)行了除冰融雪措施的考慮。日本新干線動(dòng)車組，線路上采用了提高路基的方法來(lái)減少冰雪的影響。同時(shí)，配備了熱水噴灑裝置進(jìn)行融雪除冰。此外，高寒地區(qū)的動(dòng)車組都設(shè)置了排障器，將線路上的積雪進(jìn)行推開(kāi)。在車輛方面，日本進(jìn)行了多合一的設(shè)計(jì)，避免轉(zhuǎn)向架暴露在外，將其設(shè)置在導(dǎo)流罩內(nèi)部，以減少冰雪的影響[3]。對(duì)于車輛轉(zhuǎn)向架仍然出現(xiàn)結(jié)冰積雪的情況，日本主要還是通過(guò)自然融化和人工除冰除雪的方式。

1.2 俄羅斯采取的措施

為了應(yīng)對(duì)冰雪的氣候，俄羅斯也采取了相應(yīng)的措施。主要分為線路上和車輛上。一方面，線路上，俄羅斯在夜間分時(shí)間段通過(guò)除雪車進(jìn)行冰雪的掃除。在其動(dòng)車組排障器的下面安裝了三角形狀的雪犁，運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行清除。另一方面，車輛上，在動(dòng)車組的轉(zhuǎn)向架上進(jìn)行了防凍液的噴灑。并且，在動(dòng)車組的整備庫(kù)上安裝了固定的熱風(fēng)口，通過(guò)熱風(fēng)的形式來(lái)進(jìn)行融冰除雪處理。此外，部分地區(qū)通過(guò)熱風(fēng)和熱水結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向架的融冰除雪處理。

1.3 芬蘭采取的措施

芬蘭在對(duì)轉(zhuǎn)向架的融冰除雪方面。主要采用的是防凍液的噴涂和熱融的方式。首先，對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了乙二醇的防冰液的噴灑，來(lái)防止車輛轉(zhuǎn)向架的結(jié)冰和積雪。并且當(dāng)車輛運(yùn)行到達(dá)一定里程之后就要進(jìn)行防冰液的補(bǔ)噴。其次，在車輛回庫(kù)之后，在融冰房中進(jìn)行融冰除雪處理。

2 高寒動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架融冰除雪方法

2.1 轉(zhuǎn)向架的防凍處理

動(dòng)車組列車在高速行駛時(shí)積聚的雪霧在車廂中形成并結(jié)冰，影響轉(zhuǎn)向架與車體之間的運(yùn)動(dòng)以及平衡內(nèi)部部件的運(yùn)動(dòng)。冰雪的堆積也阻礙了懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)并且零件被壓縮或損壞。為了減少影響，需要對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行一個(gè)設(shè)計(jì)和處理，以保證其能滿足列車的正常運(yùn)行下，同時(shí)保證能適應(yīng)高寒的惡劣天氣。在材料方面，需要綜合考慮的材料的選擇和使用，例如金屬材料、非金屬材料以及潤(rùn)滑油等等，選擇更加耐低溫、防冰雪的材料。轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵性零件，要通過(guò)噴灑防凍液來(lái)減少冰雪的影響。

2.2 常見(jiàn)的融冰除雪方法

常見(jiàn)的融冰除雪方法主要有自然融化法、機(jī)械去除法以及熱力除冰法。①自然融化法顧名思義就是讓轉(zhuǎn)向架上的冰雪進(jìn)行自然融化和脫落。該方法主要是動(dòng)車組列車在有供暖設(shè)施庫(kù)中進(jìn)行一個(gè)自然融化。再對(duì)融化后的車輛殘留冰塊或者是積雪進(jìn)行處理然后保持干燥[4]。②機(jī)械去除法，主要指通過(guò)工具像木棍對(duì)轉(zhuǎn)向架區(qū)域進(jìn)行一個(gè)敲擊，把冰雪去除。③熱力去除法，熱力去除法種類很多，通常是通過(guò)局部的熱風(fēng)和熱蒸汽對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行一個(gè)融冰除雪處理。

2.3 轉(zhuǎn)向架熱加工介質(zhì)除冰技術(shù)

轉(zhuǎn)向架熱加工介質(zhì)的除冰裝置主要由介質(zhì)容器，加熱裝置，加壓缸，介質(zhì)輸送管道和噴嘴組成。工作過(guò)程如下：駕駛員操縱電子控制系統(tǒng)，打開(kāi)電加熱單元和助力缸開(kāi)關(guān)，將加熱工作流體通過(guò)管道輸送到噴嘴，并用積聚的冰雪噴霧對(duì)其加熱以使其融化。根據(jù)介質(zhì)分類，導(dǎo)熱液有熱空氣除冰，熱水除冰和其他介質(zhì)除冰方法。如果介質(zhì)是高溫高壓空氣，則可以使用火車的主空氣壓縮機(jī)提供高壓空氣源，以保持適當(dāng)?shù)膲毫?。如果介質(zhì)是熱水，遇冷后會(huì)再次結(jié)冰，可使用加熱的防凍液來(lái)代替熱水。大多數(shù)防凍劑由多元醇（例如乙二醇和丙二醇）組成，可通過(guò)將凝固點(diǎn)降低數(shù)十?dāng)z氏度來(lái)防止凍結(jié)。另外，由于存在刺激劑和腐蝕抑制劑，防凍劑可以增加表面疏水性。

2.4 轉(zhuǎn)向架紅外線除冰技術(shù)

紅外也稱為紅外熱輻射，其波長(zhǎng)范圍在0.76μm至1 000μm之間。紅外線頻率與大多數(shù)物質(zhì)的分子振動(dòng)頻率相匹配。分子可以吸收紅外線，紅外線是一種很強(qiáng)的分子運(yùn)動(dòng)，它的溫度會(huì)升高。當(dāng)紅外線的頻率與被調(diào)查對(duì)象的分子振動(dòng)頻率匹配時(shí)，溫度會(huì)迅速升高并產(chǎn)生熱量。用于車輛轉(zhuǎn)向架的紅外除冰融雪設(shè)備包括：紅外發(fā)射器、紅外溫度傳感器和溫度控制器。國(guó)外學(xué)長(zhǎng)詳細(xì)介紹了使用這種方法融雪除冰的過(guò)程。使用的紅外加熱板發(fā)出的紅外波長(zhǎng)為3～7μm，最容易被冰吸收的波長(zhǎng)為3.5um，這對(duì)于制冰是最好的。所以，可以在臺(tái)車框架上安裝發(fā)射波長(zhǎng)為3.5μm的管狀或燈型紅外加熱器，并可以通過(guò)電加熱進(jìn)行熱復(fù)制進(jìn)行融化。

2.5 轉(zhuǎn)向架激光除冰技術(shù)

激光具有單色性好，方向性高，能量強(qiáng)，方向性能量轉(zhuǎn)移效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以充分利用激光的高功率、光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性，對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行遠(yuǎn)程非接觸式去冰。激光去冰技術(shù)有兩條技術(shù)路線。①熱融法+磁重力流法，使用連續(xù)激光照射去冰設(shè)備。激光的能量被冰層和設(shè)備表面吸收，冰層被細(xì)分與阻擋裝置表面接觸的冰層融化，并在其自身重力作用下掉落。②熱融法，使用脈沖超高功率密度。激光照射冰涂層設(shè)備，使其在激光冰層和設(shè)備之間的界面處迅速蒸發(fā)。冰的一部分被覆蓋，所產(chǎn)生的沖擊波破壞了作用于冰層的冰層。轉(zhuǎn)向架激光去冰裝置由激光發(fā)射器，控制裝置等組成，通過(guò)調(diào)節(jié)功率輸出和光斑直徑來(lái)控制激光的輸出功率密度，像紅外線去冰機(jī)一樣，激光發(fā)射器通過(guò)柔性節(jié)點(diǎn)懸掛在轉(zhuǎn)向架上。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于高寒地區(qū)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架融冰除雪的方法，需要從源頭考慮，對(duì)轉(zhuǎn)向架的材料進(jìn)行一個(gè)合理的選擇，優(yōu)先考慮耐低溫防凍的材料，同時(shí)對(duì)于轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵性零件進(jìn)行一個(gè)防凍處理，例如噴灑防凍液、油漆等等。采取自然融化法、機(jī)械融化法以及熱力融化法的常見(jiàn)方法。配備相應(yīng)的設(shè)備，例如供暖裝置、熱風(fēng)裝置等等。把新型的技術(shù)應(yīng)用于高寒地區(qū)轉(zhuǎn)向架的融冰除雪方面，主要包括了紅外線和激光除冰技術(shù)。