高寒动车组转向架融冰除雪方法研究

（天水师范学院，甘肃天水市，741000）魏家沛

随着哈大、京哈线以及兰新线等线路的开通，我国高寒地区的铁路网逐渐铺展开来。但是，由于地区的气候原因，我国北方冬季气温低、冰雪天多，环境较为恶劣，这给动车组的运行也带来了不少的影响。特别是在冰雪天气之后，在动车组运行过程中，转向架通常会出现结冰和积雪的现象。而转向架是车辆的重要部件，其主要部件的结冰构成了列车安全的问题。我国现有动车组没有车载转向架制冰装置，主要还是依靠传统的除冰方法。比如在列车返回仓库后，通过喷洒高压热水或热空气来融化或者通过人员用手和工具来敲击冰块来完成[1]。这种方法消耗大量的人力和物力，且除冰雪效果也不是很好。所以对于高寒地区动车组转向架融冰除雪方法的研究是一项非常有必要且重要的[2]。

1 国外转向架除冰融雪措施

1.1 日本采取的措施

作为冬季多雪的国家，其主要从线路结构设计，动车组结构设计和线路除雪对策的角度进行了除冰融雪措施的考虑。日本新干线动车组，线路上采用了提高路基的方法来减少冰雪的影响。同时，配备了热水喷洒装置进行融雪除冰。此外，高寒地区的动车组都设置了排障器，将线路上的积雪进行推开。在车辆方面，日本进行了多合一的设计，避免转向架暴露在外，将其设置在导流罩内部，以减少冰雪的影响[3]。对于车辆转向架仍然出现结冰积雪的情况，日本主要还是通过自然融化和人工除冰除雪的方式。

1.2 俄罗斯采取的措施

为了应对冰雪的气候，俄罗斯也采取了相应的措施。主要分为线路上和车辆上。一方面，线路上，俄罗斯在夜间分时间段通过除雪车进行冰雪的扫除。在其动车组排障器的下面安装了三角形状的雪犁，运行过程中进行清除。另一方面，车辆上，在动车组的转向架上进行了防冻液的喷洒。并且，在动车组的整备库上安装了固定的热风口，通过热风的形式来进行融冰除雪处理。此外，部分地区通过热风和热水结合的方式来进行转向架的融冰除雪处理。

1.3 芬兰采取的措施

芬兰在对转向架的融冰除雪方面。主要采用的是防冻液的喷涂和热融的方式。首先，对车辆的转向架进行了乙二醇的防冰液的喷洒，来防止车辆转向架的结冰和积雪。并且当车辆运行到达一定里程之后就要进行防冰液的补喷。其次，在车辆回库之后，在融冰房中进行融冰除雪处理。

2 高寒动车组转向架融冰除雪方法

2.1 转向架的防冻处理

动车组列车在高速行驶时积聚的雪雾在车厢中形成并结冰，影响转向架与车体之间的运动以及平衡内部部件的运动。冰雪的堆积也阻碍了悬架系统的运动并且零件被压缩或损坏。为了减少影响，需要对转向架进行一个设计和处理，以保证其能满足列车的正常运行下，同时保证能适应高寒的恶劣天气。在材料方面，需要综合考虑的材料的选择和使用，例如金属材料、非金属材料以及润滑油等等，选择更加耐低温、防冰雪的材料。转向架关键性零件，要通过喷洒防冻液来减少冰雪的影响。

2.2 常见的融冰除雪方法

常见的融冰除雪方法主要有自然融化法、机械去除法以及热力除冰法。①自然融化法顾名思义就是让转向架上的冰雪进行自然融化和脱落。该方法主要是动车组列车在有供暖设施库中进行一个自然融化。再对融化后的车辆残留冰块或者是积雪进行处理然后保持干燥[4]。②机械去除法，主要指通过工具像木棍对转向架区域进行一个敲击，把冰雪去除。③热力去除法，热力去除法种类很多，通常是通过局部的热风和热蒸汽对转向架进行一个融冰除雪处理。

2.3 转向架热加工介质除冰技术

转向架热加工介质的除冰装置主要由介质容器，加热装置，加压缸，介质输送管道和喷嘴组成。工作过程如下：驾驶员操纵电子控制系统，打开电加热单元和助力缸开关，将加热工作流体通过管道输送到喷嘴，并用积聚的冰雪喷雾对其加热以使其融化。根据介质分类，导热液有热空气除冰，热水除冰和其他介质除冰方法。如果介质是高温高压空气，则可以使用火车的主空气压缩机提供高压空气源，以保持适当的压力。如果介质是热水，遇冷后会再次结冰，可使用加热的防冻液来代替热水。大多数防冻剂由多元醇（例如乙二醇和丙二醇）组成，可通过将凝固点降低数十摄氏度来防止冻结。另外，由于存在刺激剂和腐蚀抑制剂，防冻剂可以增加表面疏水性。

2.4 转向架红外线除冰技术

红外也称为红外热辐射，其波长范围在0.76μm至1 000μm之间。红外线频率与大多数物质的分子振动频率相匹配。分子可以吸收红外线，红外线是一种很强的分子运动，它的温度会升高。当红外线的频率与被调查对象的分子振动频率匹配时，温度会迅速升高并产生热量。用于车辆转向架的红外除冰融雪设备包括：红外发射器、红外温度传感器和温度控制器。国外学长详细介绍了使用这种方法融雪除冰的过程。使用的红外加热板发出的红外波长为3～7μm，最容易被冰吸收的波长为3.5um，这对于制冰是最好的。所以，可以在台车框架上安装发射波长为3.5μm的管状或灯型红外加热器，并可以通过电加热进行热复制进行融化。

2.5 转向架激光除冰技术

激光具有单色性好，方向性高，能量强，方向性能量转移效率高的优点，可以充分利用激光的高功率、光束质量、高稳定性，对转向架进行远程非接触式去冰。激光去冰技术有两条技术路线。①热融法+磁重力流法，使用连续激光照射去冰设备。激光的能量被冰层和设备表面吸收，冰层被细分与阻挡装置表面接触的冰层融化，并在其自身重力作用下掉落。②热融法，使用脉冲超高功率密度。激光照射冰涂层设备，使其在激光冰层和设备之间的界面处迅速蒸发。冰的一部分被覆盖，所产生的冲击波破坏了作用于冰层的冰层。转向架激光去冰装置由激光发射器，控制装置等组成，通过调节功率输出和光斑直径来控制激光的输出功率密度，像红外线去冰机一样，激光发射器通过柔性节点悬挂在转向架上。

3 结语

综上所述，对于高寒地区动车组转向架融冰除雪的方法，需要从源头考虑，对转向架的材料进行一个合理的选择，优先考虑耐低温防冻的材料，同时对于转向架关键性零件进行一个防冻处理，例如喷洒防冻液、油漆等等。采取自然融化法、机械融化法以及热力融化法的常见方法。配备相应的设备，例如供暖装置、热风装置等等。把新型的技术应用于高寒地区转向架的融冰除雪方面，主要包括了红外线和激光除冰技术。