王石 李艾伦

摘 要：随着我国高铁技术的不断发展，全年时速为300公里/小时的高铁运行速度常态化，冬季北方高铁运行时底部结冰现象对高铁运行安全产生很大隐患。本文中对于目前列车底盘的几种除冰方式：库内自然融化法、热风融冰法、高压热溶液除冰法、红外线除冰法和电脉冲除冰法的应用和优缺点比较，提出了动车地盘除冰技术的前景展望，在中国铁路安全、高效运营的今天，为以高压热溶液除冰技术为基础的动车底盘除冰系统广泛使用提供有利条件。

关键词：改进遗传算法；蔬菜移栽机；挠性圆盘；参数优化；落地角度

伴随着我国首趟高寒高铁哈大高铁顺利开通运营，我国高铁走进快速、高效、稳定发展的新时代[1-2]。

由于我国幅员辽阔，南北冬季气候差异较大，在我国北方的冬季气温较低，冰雪天气较多，动车底部经常冻有大量冰块。目前在沈阳铁路局动车段的常规检查中，一些项目必须要对列车除冰后才能实施。如果在动车运行高速过程中，动车底部冰块甩出会对铁路沿线百姓人身安全和财产造成一定的损害，严重时更会威胁到动车的运行安全，如不及时去除动车底部结冰会对铁路运输带来安全隐患，极大的影响动车的正常运行，不但会造成大面积晚点，严重时会使路网瘫痪、线路停运，想要保持动车时速300公里的运行速度困难重重。

本文通过对现有不同除冰方式之间的优缺点对比，提出一种比较符合现阶段动车运行特点的除冰方式，保证动车运行高效、安全。

一、 除冰技术

现在的除冰技术根据除冰方式可以分为库内自然融化、热风吹、高压热溶液冲、红外线除冰和电脉冲除冰等方法。

1.库内自然融化。库内自然融化法现有经常使用的动车地盘除冰方式，该除冰方式是将动车静置在库内，利用库内高于零度的温度使动车底部冰块融化并与其分离的方法。

该方法的优点是在冰块融化过程中对动车地盘没有较大温度差、不会对底盘零部件产生任何冲击。该方法的缺点是融冰时间过长，动车运行周期较长，成本较高、融冰效率低下，对库内室温要求较高，融冰时间与室温有很大关联，同时对动车底部未进行清洁，易在列车运行过程中再次产生结冰现象。

2.热风融冰。热风融冰技术是，利用液化丙烷气体（液化石油气）点燃产生火焰，通过火焰对管道进行加热，管道内的空气经过加热以后由喷射孔分别吹向动车的制动钳和底盘等部位，而管道两边稍向后弯曲的地方则喷射热空气来加热车体的前面和侧面。被热空气融化的冰水通过轨道上的储存箱收集起来，而多余的热量则被天花板和回收装置回收到加热系统中。

热风融冰技术相对库内自然融化相比效率较高，使用能源比较清洁。但该技术对动车车库内的温度要求较高，如库内温度与热气体的温度相差过大，在工作过程中会早场热气体的热量流失从而影响除冰效果。另外，热气体管道与被除冰位置距离不能太大，否则热气体在从管道喷射出后会迅速降温，气体到达结冰处的温度会有较大幅度的下降。

3.高压热溶液除冰。高压热溶液除冰相对库内自然融化及其他除冰技术来说效率最高，除冰效果最好。根据溶液不同可以分为热水、乙二醇和丙二醇三种热溶液除冰方式。根据文献中对不同成分的热溶液除冰效果的分析得出热溶液除冰效果与除冰液温度关系较大，与热溶液成分关系不大。

其中，热水除冰成本较低，除冰效果较好，但热水除冰后会造成薄冰面的二次凝结，且凝结速度较快。最近，哈尔滨铁路局研制出一套列车底盘除冰装置，该装置使用热水作为除冰溶剂，为解决二次结冰问题而选用了风吹干等去除残余水的装置。在解决二次结冰问题上，热除冰溶液可以选用适当浓度的乙二醇和丙二醇溶液。乙二醇价格较低，其溶液在浓度为56%时冰点为-48°，经济性比较好。但乙二醇的毒性相对较大，人类致死剂量估计为1.6 g/kg，一般成人服食30毫升已有可能引致死亡，如果泄漏对环境污染影响较大。并且乙二醇溶液是良好的有机溶剂，对底盘上的橡胶件有一定的腐蚀作用。

丙二醇相对乙二醇来说，其毒性较小，毒性为低级，在使用过程中除冰效果与其他热溶液除冰效果几乎一致，除冰时如结合滚动式毛刷会更有效的去除冰雪层，且在除冰位置产生一层丙二醇溶液薄膜，进一步减少或抑制动车出库后在运行期间的二次结冰现象。可以通过在站台下方设置丙二醇除冰及除冰液回收装置，在动车进展和出站时对动车底部进行除冰操作，同时可完成对除冰液的回收再利用。

4.红外线除冰。红外线又称为红外热辐射，通过红外线对物体的照射作用引起物体表面升温，从而起到加热作用。

利用红外线加热主要是在易结冰出设置红外线加热器，对结冰进行精确去除。该方法除冰位置准确，加热消耗能量较小，可以减少除冰液对周围环境的化学污染。但该方法在使用时应在每个动车地盘布置多个红外线加热器，这在动车高速运行时会造成车厢的不稳定。另外，红外线加热器的功率相对较小，一次性除冰效果不佳。

5.电脉冲除冰。电脉冲除冰是利用脉冲电路产生的磁场与金属蒙皮上产生的感应磁场相互作用的脉冲排斥力，引起蒙皮高速震动，将蒙皮外冰雪去掉。

在实际应用中为了获得比较好的除冰效果，应该除冰重点部位布置多个电脉冲线圈，根据传感器的反馈结果控制电脉冲线圈的触发，从而达到快速、精准，环保的除冰效果。电脉冲除冰的安装方式可以根据除冰位置的结构变化而变化，电脉冲除冰还可以与其他除冰技术结合使用，用以提高除冰效果和除冰效率。

二、 列车除冰技术前景展望

随着动车运行速度的提高，对列车底部结冰现象的抑制和除冰速度有了更高的要求。

热空气除冰对除冰环境要求较高，除冰效果一般；红外线和电脉冲除冰在北方严寒天气中除冰精准度不高，热损失较大。结合北方环境因素和现阶段技术发展综合考虑，除冰效果以高压热溶液除冰结合自身重力脱离为最佳。同时，研发以高压热溶液除冰技术为基础，丙二醇溶液为除冰液，包含加热装置、喷液装置和除冰液回收装置的动车地盘除冰系统为目前最迫切的任务。

参考文献：

[1] 徐长乐， 郝亚丽. 高铁时代到来的区域影响和意义[J]. 长江流域资源与环境， 2011， 20（6）： 650～654.

[2] 张德丰. 新形势下高铁时代到来的区域影响研究[M]. 北京：华东师范大学， 2009.

[3] 纪超. 动车除冰方法实验研究与模拟分析[M]. 天津：天津大学， 2011.

作者簡介：王石（1978-），男，吉林梨树人，博士研究生，沈阳工程学院，讲师，研究方向：机械现代设计理论与方法。

基金项目：沈阳铁路局科技研究开发计划（2015L10）。