李曉兵

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

哈爾濱南編組站道岔除雪系統(tǒng)設(shè)計

李曉兵

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

鑒于寒冷及嚴寒地區(qū)鐵路線路上積雪干擾道岔的正常轉(zhuǎn)換，影響正常的行車安全；研究既有哈爾濱南編組站道岔除雪現(xiàn)狀及存在問題，分析目前國內(nèi)外鐵路車站內(nèi)各種道岔除雪方式優(yōu)缺點，對道岔除雪的3種方式從經(jīng)濟性、安全性進行分析比較，確定道岔風力自動除雪系統(tǒng)為鐵路編組站內(nèi)適合的道岔除雪方式。

鐵路編組站；道岔除雪系統(tǒng)；設(shè)計

1 概述

在鐵路運輸設(shè)備中，道岔是其重要組成部分。作為關(guān)鍵設(shè)備，道岔的密貼情況對于鐵路運輸?shù)陌踩\行有著至關(guān)重要的影響。

在我國許多地區(qū)，特別是東北等寒冷及嚴寒地區(qū)，積雪問題較為突出，冰雪經(jīng)常影響著道岔的轉(zhuǎn)換。當冬季有冰凍或者降雪發(fā)生時，如果積雪沒有得到及時與徹底的清除，在道岔可動部位與道床板上所積聚的降雪會發(fā)生凍結(jié)，當?shù)啦硇枰D(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)轍機的動作也會將道岔尖軌處的積雪擠壓成冰狀，致使道岔轉(zhuǎn)換困難，尖軌尖端與基本軌之間不能密貼，直接影響了列車的接發(fā)車作業(yè)，甚至可能中斷鐵路正常運輸，影響行車安全，成為鐵路運輸安全的一項重大隱患[1]。

2 既有哈爾濱南編組站道岔除雪現(xiàn)狀及存在問題

2.1 既有哈爾濱南編組站道岔除雪現(xiàn)狀

哈爾濱南站為雙向三級六場站型，道岔類型主要為9號、12號單開及復式交分道岔；既有道岔吹雪系統(tǒng)為人工輔助吹雪，其一場全場、二場全場、五場東側(cè)、六場西側(cè)道岔除雪風管道的供風由哈爾濱車輛段列檢所的供風設(shè)備提供，三場全場、四場全場、五場西側(cè)、六場東側(cè)道岔除雪風管道的供風由哈爾濱電務(wù)段空壓工區(qū)的供風設(shè)備提供，以滿足全場590組道岔(折合單開道岔)的除雪需求。

具體設(shè)置情況見圖1。

2.2 既有道岔除雪系統(tǒng)存在問題

(1)車站除雪人員少，除雪能力有限；在突發(fā)降雪時，車站日常作業(yè)人員還需保證正常接發(fā)列車和調(diào)車作業(yè)，現(xiàn)場能投入到除雪的人員不能滿足應(yīng)急需要。

(2)除雪用風來源于車輛列檢供風系統(tǒng)或電務(wù)駝峰供風系統(tǒng)，由于供風能力有限，特別是車輛列檢的供風系統(tǒng)，當所有道岔除雪裝置用風點同時打開后，車輛列檢供風系統(tǒng)或電務(wù)駝峰供風系統(tǒng)內(nèi)的風壓不能滿足使用要求。

圖1 既有道岔除雪設(shè)置情況示意

(3)車輛列檢供風系統(tǒng)用于道岔除雪供風時，無法進行車輛的試風作業(yè)，需要本務(wù)機車提前出庫或推后入庫，由本務(wù)機車對車輛進行試風，對運輸生產(chǎn)效率及機車周轉(zhuǎn)影響較大。

(4)電務(wù)駝峰供風系統(tǒng)用于道岔除雪供風時，無法保證調(diào)車場內(nèi)緩行器正常用風。

3 國內(nèi)外道岔除雪方式概況

3.1 國外應(yīng)用情況(圖2～圖7)

在歐洲等國，由于特殊的地理環(huán)境和技術(shù)發(fā)展等因素，對于道岔除雪推廣使用較早，其除雪方式主要有電熱、燃氣加熱、熱水循環(huán)、蒸汽加熱，壓縮冷空氣吹掃、鹽水噴射等方式。

日本、美國多使用鹽水、熱水循環(huán)加熱等除雪方式，而鹽水噴射方式易對鋼軌造成腐蝕、影響軌道電路性能、不利于環(huán)保。目前，德國、瑞士、法國、意大利及俄羅斯等國家主要采用電加熱融雪方式；其他方式也有應(yīng)用案例[2]。

圖2 電加熱道岔融雪圖3 燃氣加熱道岔融雪圖4 熱水循環(huán)道岔融雪圖5 蒸汽加熱道岔融雪圖6 壓縮冷空氣道岔除雪圖7 鹽水噴射道岔融雪

3.2 國內(nèi)應(yīng)用情況(圖8～圖12)

圖8 電加熱融雪

國內(nèi)道岔除雪主要方式有電熱式、壓縮冷空氣式、鹽水噴射式等。

圖9 風力自動吹雪

我國鐵路電加熱道岔融雪設(shè)備廣泛應(yīng)用于國內(nèi)0度等溫線(秦嶺—淮河)以北地區(qū)，且20年平均降雪日在10 d及以上的客運專線車站，因電加熱融雪設(shè)備一次性投資、用電成本及后期維護費用較高，國內(nèi)部分車站采用了較為經(jīng)濟的除雪方式：例如鞍鋼站使用高壓液體(鹽水等融雪液體)噴射式除雪系統(tǒng)；哈局管內(nèi)讓湖路西站、哈爾濱大功率檢修基地使用風管路自動吹雪系統(tǒng)；其他大部分小型車站均使用風管路人工輔助吹雪系統(tǒng)。以上除雪設(shè)備的應(yīng)用，一定程度上緩解了車站工作人員人工除雪的壓力，為道岔靈活、正常轉(zhuǎn)換提供了保證[3]。

圖10 風力人工輔助吹雪

圖11 森林滅火器風力吹雪

圖12 人工清掃道岔積雪

這幾種道岔除雪方式的優(yōu)缺點比較見表1。

表1 道岔除雪方式優(yōu)缺點比較[4-6]

根據(jù)以上除雪方式優(yōu)缺點的比較，在保證安全、高效率的前提下，本次研究對電加熱除雪和道岔風力除雪進行比較。

4 哈爾濱南編組站道岔除雪方案

4.1 道岔風力除雪方案4.1.1 道岔吹雪用風量確定

根據(jù)道岔除雪裝置廠家提供單個單開除雪裝置道岔用風量為0.5 m3/min，除雪間隔時間為10 min，以此確定道岔吹雪用風量。

4.1.2 方案比選

道岔風管路吹雪系統(tǒng)由風源系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、末端執(zhí)行裝置組成，此系統(tǒng)由其空壓站產(chǎn)生壓縮空氣經(jīng)供風管路輸送至現(xiàn)場控制箱，通過控制對應(yīng)的活塞脈沖閥，對安裝在道岔尖軌、心軌的風嘴、外鎖閉風通道提供風壓不小于5.5 bar(1 bar=0.1 MPa)的壓縮空氣，達到除雪的目的[7]。

4.1.2.1 風源系統(tǒng)

哈南站內(nèi)道岔吹雪用風源系統(tǒng)來源于既有車輛段列檢所和電務(wù)段空壓站，其空壓站內(nèi)負荷能力已不滿足道岔吹雪需求，需對空壓站進行擴能設(shè)計。

改造方案如圖13所示。

圖13 道岔除雪供風系統(tǒng)方案示意

(1)利舊方案(表2、圖14)

表2 利舊方案

圖14 利舊方案除雪供風系統(tǒng)方案示意

(2)新建方案(圖15)

根據(jù)哈南編組站既有道岔數(shù)量和道岔吹雪裝置廠家提供的道岔自動吹雪和人工吹雪的用風量，在道岔用風集中處新建2處除雪動力站，其規(guī)模均為3×20 m3/ min，并新設(shè)相配套的壓縮空氣管道和儲氣罐。

圖15 新建方案除雪供風系統(tǒng)方案示意

(3)方案比較

由于既有哈爾濱車輛段、電務(wù)段空壓站內(nèi)的供風設(shè)備老化，風源擴容后，需更換以上供風設(shè)備，其投資約500萬元，同時對既有的6處空壓站房屋進行鑒定接建后才能滿足擴容需求。新建供風源方案，僅新建2處空壓站，其設(shè)備投資約300萬元。方案優(yōu)缺點比較見表3。

表3 兩方案優(yōu)缺點對比

因此，推薦采用新建供風源方案。

4.1.2.2 輸送系統(tǒng)

考慮既有壓縮空氣管道漏點較多，本次設(shè)計采用新設(shè)壓縮空氣管道滿足道岔供風需要。

4.1.2.3 末端執(zhí)行裝置

除雪末端執(zhí)行裝置分為人工輔助除雪和自動除雪兩種。

(1)自動除雪

由哈爾濱鐵路局相關(guān)研究單位開發(fā)的自動除雪裝置2012年已通過哈爾濱鐵路局的成果鑒定，其自動控制系統(tǒng)具有定時、自動識別、人工操縱3種模式，可根據(jù)具體情況，任意設(shè)定道岔除雪起、停時間，并自動監(jiān)測室內(nèi)外系統(tǒng)工作狀態(tài)，故障時自動報警。

自動除雪裝置主要由風分配器、高壓軟管、各種風嘴及道岔開口感應(yīng)元件組成。

①道岔風嘴及風通道

道岔內(nèi)風嘴為5～7 mm各式風嘴，主要有尖軌前風嘴，滑床板風嘴，鎖閉框風嘴等型號；風嘴采用軌枕扣件安裝固定方式，與風嘴連接的分支輸氣配管采用高壓軟膠管。

②道岔開口感應(yīng)元件

道岔開口感應(yīng)元件主要功能識別道岔開口方向和自動感知道岔動作，可以自動對開口方向道岔吹雪；由安裝于轉(zhuǎn)轍機動作桿上的磁鐵及下方的感應(yīng)霍爾元件構(gòu)成。

具體系統(tǒng)組成見圖16[8-10]。圖17、圖18分別為12號復式交分道岔、9號道岔安裝自動除雪系統(tǒng)示意。

圖16 道岔自動除雪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

圖17 12號復式交分道岔安裝自動除雪系統(tǒng)示意

圖18 9號單開道岔安裝自動除雪系統(tǒng)示意

(2)人工輔助除雪

人工輔助除雪即為人工手持除雪用軟管，利用已經(jīng)管道送至道岔附近的壓縮空氣將道岔間的積雪吹散，以達到除雪目的。

人工輔助吹雪方案與自動吹雪方案的區(qū)別在于取消除雪控制室主控設(shè)備、道岔除雪現(xiàn)地控制設(shè)備、道岔吹雪執(zhí)行系統(tǒng)和傳輸電纜，具體見圖19。

圖19 道岔人工輔助除雪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

(3)方案比較

①運營成本

自動除雪裝置用電量為300 W(單組道岔)，按日平均運行24 h，年下雪45 d計，自動道岔數(shù)373組，年耗能增加120 852 kW·h(48.34萬元，電費按0.8元/kW·h計)，維修成本較低。

人工輔助除雪無能耗，維修成本可忽略不計；根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料，在年下雪45 d中，哈南編組站區(qū)總計平均投入除雪職工20 000人次，給職工增加了巨大的勞動強度，增加的人員工資成本為：20 000×150元/d(日平均工資)=300萬元。

②工程投資(表4)

表4 兩方案工程投資對比

③安全性

人工輔助除雪時，由于氣候的影響，現(xiàn)場視線差、可視距離小，在人身安全上存在較大隱患，哈爾濱鐵路局近年除雪中均發(fā)生過職工死亡、傷害事故。

自動除雪時無人身安全等問題。

④綜合比選(表5、表6)

表5 兩方案綜合成本對比

表6 方案優(yōu)缺點對比

因此，從安全、高效等方面，本次設(shè)計道岔除雪末端執(zhí)行裝置推薦采用自動除雪方式。

4.2 道岔電加熱融雪方案

電加熱道岔融雪系統(tǒng)由車站控制終端，現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備以及連接通道組成；在車站運轉(zhuǎn)室內(nèi)設(shè)控制終端，對站內(nèi)所有電氣控制柜及其加熱電路進行實時監(jiān)控；室外岔區(qū)設(shè)電氣控制柜、軌溫傳感器、接線盒、隔離變壓器和電加熱元件及卡具等執(zhí)行設(shè)備。電氣控制柜是整個系統(tǒng)的主要部件，內(nèi)置1個可編程控制的計算機。從接觸網(wǎng)或電力貫通線引入電力電源到控制柜，同時軌溫傳感器將采集的相關(guān)信息傳送到控制柜，通過可編程控制計算機進行自動分析處理。加熱電源從控制柜輸出，通過隔離變壓器或接續(xù)盒送出至安裝在道岔鐵軌上的加熱條，通過熱輻射或熱傳導的方式使道岔上的積雪融化，從而達到除雪目的[11，12]。

具體系統(tǒng)組成見圖20。

圖20 道岔融雪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

4.3 方案比較及推薦意見4.3.1 運營成本(表7)

除雪時間按日平均運行24 h，年下雪45 d計。

表7 兩方案工程運營成本對比

注：道岔數(shù)為373組。

4.3.2 工程投資比較(表8)

表8 兩方案工程投資對比 萬元

4.3.3 使用效果

從讓湖路編組站、牡丹江編組站、哈爾濱大功率檢修基地及王崗車站風力道岔的實際使用效果來看，除雪效果較好。

哈西站使用的電加熱融雪裝置能夠徹底清除積雪，安全性和使用效果良好。

4.3.4 方案推薦意見

風力自動吹雪方案和電加熱融雪方案均能滿足哈爾濱南編組站道岔除雪的需求；但風力自動吹雪方案消耗電能較少，電力系統(tǒng)擴容改造工作量小，一次性投入費用低，后期養(yǎng)護、維修費用低。電加熱融雪方案電力需進行大幅擴容改造，加熱時間不足時容易結(jié)冰，加熱條容易脫落影響道岔密貼，更換加熱條等后期維護費用相對較高，工程投資高，運營成本高。

綜上，從工程投資、運營成本、維護管理及使用效果等方面，結(jié)合哈爾濱南編組站為普速鐵路，無大號碼道岔的實際情況，設(shè)計除雪方案推薦采用風力自動吹雪方案。

5 結(jié)語

道岔風力自動除雪系統(tǒng)由于運營成本投入低，能量消耗經(jīng)濟，使用維修簡便等優(yōu)點，適用于各種車站道岔除雪的需要，目前已應(yīng)用于哈局內(nèi)讓湖路編組站、牡丹江編組站、哈爾濱大功率檢修基地及王崗車站，應(yīng)用效果良好，可在寒冷地區(qū)鐵路運輸系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

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The Design of Turnout Snow-removing System for Harbin South Marshalling Yard

LI Xiao-bing

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)

Since the snow on the railway track interrupts the normal switching of turnouts in cold regions， bringing risks to traffic. This paper focuses on the status of turnout snow removing and existing problems at Harbin south marshalling yard， and analyzes the advantages and disadvantages of various ways to remove turnout snow removal both at home and abroad. The best suitable way to remove turnout snow at marshalling yard is determined after comparison and analysis of the economy and safety of three different snow removing alternatives．

Railway marshalling yard; Turnout snow-removing system; Design

2015-05-07；

2015-05-14

李曉兵(1975—)，男，高級工程師，2004年畢業(yè)于西南交通大學機械電子工程專業(yè)，工學碩士，E-mail:lxb75108@163.com。

1004-2954(2015)10-0054-07

U291.4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.10.013