（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通，我國(guó)高寒地區(qū)的鐵路網(wǎng)逐漸鋪展開來。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)成了列車安全的問題。我國(guó)現(xiàn)有動(dòng)車組沒有車載轉(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(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。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)車組的整備庫上安裝了固定的熱風(fēng)口，通過熱風(fēng)的形式來進(jìn)行融冰除雪處理。此外，部分地區(qū)通過熱風(fēng)和熱水結(jié)合的方式來進(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(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。工作過程如下：駕駛員操縱電子控制系統(tǒng)，打開電加熱單元和助力缸開關(guān)，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(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，可通過將凝固點(diǎn)降低數(shù)十?dāng)z氏度來防止凍結(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，通過調(diào)節(jié)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(jī)一樣，激光發(fā)射器通過柔性節(jié)點(diǎn)懸掛在轉(zhuǎn)向架上。

3 結(jié)語

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)。