動車底盤除冰技術前景展望

王石 李艾倫

摘 要：隨著我國高鐵技術的不斷發展，全年時速為300公里/小時的高鐵運行速度常態化，冬季北方高鐵運行時底部結冰現象對高鐵運行安全產生很大隱患。本文中對于目前列車底盤的幾種除冰方式：庫內自然融化法、熱風融冰法、高壓熱溶液除冰法、紅外線除冰法和電脈沖除冰法的應用和優缺點比較，提出了動車地盤除冰技術的前景展望，在中國鐵路安全、高效運營的今天，為以高壓熱溶液除冰技術為基礎的動車底盤除冰系統廣泛使用提供有利條件。

關鍵詞：改進遺傳算法；蔬菜移栽機；撓性圓盤；參數優化；落地角度

伴隨著我國首趟高寒高鐵哈大高鐵順利開通運營，我國高鐵走進快速、高效、穩定發展的新時代[1-2]。

由于我國幅員遼闊，南北冬季氣候差異較大，在我國北方的冬季氣溫較低，冰雪天氣較多，動車底部經常凍有大量冰塊。目前在沈陽鐵路局動車段的常規檢查中，一些項目必須要對列車除冰后才能實施。如果在動車運行高速過程中，動車底部冰塊甩出會對鐵路沿線百姓人身安全和財產造成一定的損害，嚴重時更會威脅到動車的運行安全，如不及時去除動車底部結冰會對鐵路運輸帶來安全隱患，極大的影響動車的正常運行，不但會造成大面積晚點，嚴重時會使路網癱瘓、線路停運，想要保持動車時速300公里的運行速度困難重重。

本文通過對現有不同除冰方式之間的優缺點對比，提出一種比較符合現階段動車運行特點的除冰方式，保證動車運行高效、安全。

一、 除冰技術

現在的除冰技術根據除冰方式可以分為庫內自然融化、熱風吹、高壓熱溶液沖、紅外線除冰和電脈沖除冰等方法。

1.庫內自然融化。庫內自然融化法現有經常使用的動車地盤除冰方式，該除冰方式是將動車靜置在庫內，利用庫內高于零度的溫度使動車底部冰塊融化并與其分離的方法。

該方法的優點是在冰塊融化過程中對動車地盤沒有較大溫度差、不會對底盤零部件產生任何沖擊。該方法的缺點是融冰時間過長，動車運行周期較長，成本較高、融冰效率低下，對庫內室溫要求較高，融冰時間與室溫有很大關聯，同時對動車底部未進行清潔，易在列車運行過程中再次產生結冰現象。

2.熱風融冰。熱風融冰技術是，利用液化丙烷氣體（液化石油氣）點燃產生火焰，通過火焰對管道進行加熱，管道內的空氣經過加熱以后由噴射孔分別吹向動車的制動鉗和底盤等部位，而管道兩邊稍向后彎曲的地方則噴射熱空氣來加熱車體的前面和側面。被熱空氣融化的冰水通過軌道上的儲存箱收集起來，而多余的熱量則被天花板和回收裝置回收到加熱系統中。

熱風融冰技術相對庫內自然融化相比效率較高，使用能源比較清潔。但該技術對動車車庫內的溫度要求較高，如庫內溫度與熱氣體的溫度相差過大，在工作過程中會早場熱氣體的熱量流失從而影響除冰效果。另外，熱氣體管道與被除冰位置距離不能太大，否則熱氣體在從管道噴射出后會迅速降溫，氣體到達結冰處的溫度會有較大幅度的下降。

3.高壓熱溶液除冰。高壓熱溶液除冰相對庫內自然融化及其他除冰技術來說效率最高，除冰效果最好。根據溶液不同可以分為熱水、乙二醇和丙二醇三種熱溶液除冰方式。根據文獻中對不同成分的熱溶液除冰效果的分析得出熱溶液除冰效果與除冰液溫度關系較大，與熱溶液成分關系不大。

其中，熱水除冰成本較低，除冰效果較好，但熱水除冰后會造成薄冰面的二次凝結，且凝結速度較快。最近，哈爾濱鐵路局研制出一套列車底盤除冰裝置，該裝置使用熱水作為除冰溶劑，為解決二次結冰問題而選用了風吹干等去除殘余水的裝置。在解決二次結冰問題上，熱除冰溶液可以選用適當濃度的乙二醇和丙二醇溶液。乙二醇價格較低，其溶液在濃度為56%時冰點為-48°，經濟性比較好。但乙二醇的毒性相對較大，人類致死劑量估計為1.6 g/kg，一般成人服食30毫升已有可能引致死亡，如果泄漏對環境污染影響較大。并且乙二醇溶液是良好的有機溶劑，對底盤上的橡膠件有一定的腐蝕作用。

丙二醇相對乙二醇來說，其毒性較小，毒性為低級，在使用過程中除冰效果與其他熱溶液除冰效果幾乎一致，除冰時如結合滾動式毛刷會更有效的去除冰雪層，且在除冰位置產生一層丙二醇溶液薄膜，進一步減少或抑制動車出庫后在運行期間的二次結冰現象?？梢酝ㄟ^在站臺下方設置丙二醇除冰及除冰液回收裝置，在動車進展和出站時對動車底部進行除冰操作，同時可完成對除冰液的回收再利用。

4.紅外線除冰。紅外線又稱為紅外熱輻射，通過紅外線對物體的照射作用引起物體表面升溫，從而起到加熱作用。

利用紅外線加熱主要是在易結冰出設置紅外線加熱器，對結冰進行精確去除。該方法除冰位置準確，加熱消耗能量較小，可以減少除冰液對周圍環境的化學污染。但該方法在使用時應在每個動車地盤布置多個紅外線加熱器，這在動車高速運行時會造成車廂的不穩定。另外，紅外線加熱器的功率相對較小，一次性除冰效果不佳。

5.電脈沖除冰。電脈沖除冰是利用脈沖電路產生的磁場與金屬蒙皮上產生的感應磁場相互作用的脈沖排斥力，引起蒙皮高速震動，將蒙皮外冰雪去掉。

在實際應用中為了獲得比較好的除冰效果，應該除冰重點部位布置多個電脈沖線圈，根據傳感器的反饋結果控制電脈沖線圈的觸發，從而達到快速、精準，環保的除冰效果。電脈沖除冰的安裝方式可以根據除冰位置的結構變化而變化，電脈沖除冰還可以與其他除冰技術結合使用，用以提高除冰效果和除冰效率。

二、 列車除冰技術前景展望

隨著動車運行速度的提高，對列車底部結冰現象的抑制和除冰速度有了更高的要求。

熱空氣除冰對除冰環境要求較高，除冰效果一般；紅外線和電脈沖除冰在北方嚴寒天氣中除冰精準度不高，熱損失較大。結合北方環境因素和現階段技術發展綜合考慮，除冰效果以高壓熱溶液除冰結合自身重力脫離為最佳。同時，研發以高壓熱溶液除冰技術為基礎，丙二醇溶液為除冰液，包含加熱裝置、噴液裝置和除冰液回收裝置的動車地盤除冰系統為目前最迫切的任務。

參考文獻：

[1] 徐長樂， 郝亞麗. 高鐵時代到來的區域影響和意義[J]. 長江流域資源與環境， 2011， 20（6）： 650～654.

[2] 張德豐. 新形勢下高鐵時代到來的區域影響研究[M]. 北京：華東師范大學， 2009.

[3] 紀超. 動車除冰方法實驗研究與模擬分析[M]. 天津：天津大學， 2011.

作者簡介：王石（1978-），男，吉林梨樹人，博士研究生，沈陽工程學院，講師，研究方向：機械現代設計理論與方法。

基金項目：沈陽鐵路局科技研究開發計劃（2015L10）。