高寒動車組轉向架融冰除雪方法研究

（天水師范學院，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通，我國高寒地區的鐵路網逐漸鋪展開來。但是，由于地區的氣候原因，我國北方冬季氣溫低、冰雪天多，環境較為惡劣，這給動車組的運行也帶來了不少的影響。特別是在冰雪天氣之后，在動車組運行過程中，轉向架通常會出現結冰和積雪的現象。而轉向架是車輛的重要部件，其主要部件的結冰構成了列車安全的問題。我國現有動車組沒有車載轉向架制冰裝置，主要還是依靠傳統的除冰方法。比如在列車返回倉庫后，通過噴灑高壓熱水或熱空氣來融化或者通過人員用手和工具來敲擊冰塊來完成[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。所以對于高寒地區動車組轉向架融冰除雪方法的研究是一項非常有必要且重要的[2]。

1 國外轉向架除冰融雪措施

1.1 日本采取的措施

作為冬季多雪的國家，其主要從線路結構設計，動車組結構設計和線路除雪對策的角度進行了除冰融雪措施的考慮。日本新干線動車組，線路上采用了提高路基的方法來減少冰雪的影響。同時，配備了熱水噴灑裝置進行融雪除冰。此外，高寒地區的動車組都設置了排障器，將線路上的積雪進行推開。在車輛方面，日本進行了多合一的設計，避免轉向架暴露在外，將其設置在導流罩內部，以減少冰雪的影響[3]。對于車輛轉向架仍然出現結冰積雪的情況，日本主要還是通過自然融化和人工除冰除雪的方式。

1.2 俄羅斯采取的措施

為了應對冰雪的氣候，俄羅斯也采取了相應的措施。主要分為線路上和車輛上。一方面，線路上，俄羅斯在夜間分時間段通過除雪車進行冰雪的掃除。在其動車組排障器的下面安裝了三角形狀的雪犁，運行過程中進行清除。另一方面，車輛上，在動車組的轉向架上進行了防凍液的噴灑。并且，在動車組的整備庫上安裝了固定的熱風口，通過熱風的形式來進行融冰除雪處理。此外，部分地區通過熱風和熱水結合的方式來進行轉向架的融冰除雪處理。

1.3 芬蘭采取的措施

芬蘭在對轉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，對車輛的轉向架進行了乙二醇的防冰液的噴灑，來防止車輛轉向架的結冰和積雪。并且當車輛運行到達一定里程之后就要進行防冰液的補噴。其次，在車輛回庫之后，在融冰房中進行融冰除雪處理。

2 高寒動車組轉向架融冰除雪方法

2.1 轉向架的防凍處理

動車組列車在高速行駛時積聚的雪霧在車廂中形成并結冰，影響轉向架與車體之間的運動以及平衡內部部件的運動。冰雪的堆積也阻礙了懸架系統的運動并且零件被壓縮或損壞。為了減少影響，需要對轉向架進行一個設計和處理，以保證其能滿足列車的正常運行下，同時保證能適應高寒的惡劣天氣。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、非金屬材料以及潤滑油等等，選擇更加耐低溫、防冰雪的材料。轉向架關鍵性零件，要通過噴灑防凍液來減少冰雪的影響。

2.2 常見的融冰除雪方法

常見的融冰除雪方法主要有自然融化法、機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向架上的冰雪進行自然融化和脫落。該方法主要是動車組列車在有供暖設施庫中進行一個自然融化。再對融化后的車輛殘留冰塊或者是積雪進行處理然后保持干燥[4]。②機械去除法，主要指通過工具像木棍對轉向架區域進行一個敲擊，把冰雪去除。③熱力去除法，熱力去除法種類很多，通常是通過局部的熱風和熱蒸汽對轉向架進行一個融冰除雪處理。

2.3 轉向架熱加工介質除冰技術

轉向架熱加工介質的除冰裝置主要由介質容器，加熱裝置，加壓缸，介質輸送管道和噴嘴組成。工作過程如下：駕駛員操縱電子控制系統，打開電加熱單元和助力缸開關，將加熱工作流體通過管道輸送到噴嘴，并用積聚的冰雪噴霧對其加熱以使其融化。根據介質分類，導熱液有熱空氣除冰，熱水除冰和其他介質除冰方法。如果介質是高溫高壓空氣，則可以使用火車的主空氣壓縮機提供高壓空氣源，以保持適當的壓力。如果介質是熱水，遇冷后會再次結冰，可使用加熱的防凍液來代替熱水。大多數防凍劑由多元醇（例如乙二醇和丙二醇）組成，可通過將凝固點降低數十攝氏度來防止凍結。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 轉向架紅外線除冰技術

紅外也稱為紅外熱輻射，其波長范圍在0.76μm至1 000μm之間。紅外線頻率與大多數物質的分子振動頻率相匹配。分子可以吸收紅外線，紅外線是一種很強的分子運動，它的溫度會升高。當紅外線的頻率與被調查對象的分子振動頻率匹配時，溫度會迅速升高并產生熱量。用于車輛轉向架的紅外除冰融雪設備包括：紅外發射器、紅外溫度傳感器和溫度控制器。國外學長詳細介紹了使用這種方法融雪除冰的過程。使用的紅外加熱板發出的紅外波長為3～7μm，最容易被冰吸收的波長為3.5um，這對于制冰是最好的。所以，可以在臺車框架上安裝發射波長為3.5μm的管狀或燈型紅外加熱器，并可以通過電加熱進行熱復制進行融化。

2.5 轉向架激光除冰技術

激光具有單色性好，方向性高，能量強，方向性能量轉移效率高的優點，可以充分利用激光的高功率、光束質量、高穩定性，對轉向架進行遠程非接觸式去冰。激光去冰技術有兩條技術路線。①熱融法+磁重力流法，使用連續激光照射去冰設備。激光的能量被冰層和設備表面吸收，冰層被細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。激光照射冰涂層設備，使其在激光冰層和設備之間的界面處迅速蒸發。冰的一部分被覆蓋，所產生的沖擊波破壞了作用于冰層的冰層。轉向架激光去冰裝置由激光發射器，控制裝置等組成，通過調節功率輸出和光斑直徑來控制激光的輸出功率密度，像紅外線去冰機一樣，激光發射器通過柔性節點懸掛在轉向架上。

3 結語

綜上所述，對于高寒地區動車組轉向架融冰除雪的方法，需要從源頭考慮，對轉向架的材料進行一個合理的選擇，優先考慮耐低溫防凍的材料，同時對于轉向架關鍵性零件進行一個防凍處理，例如噴灑防凍液、油漆等等。采取自然融化法、機械融化法以及熱力融化法的常見方法。配備相應的設備，例如供暖裝置、熱風裝置等等。把新型的技術應用于高寒地區轉向架的融冰除雪方面，主要包括了紅外線和激光除冰技術。