哈爾濱南編組站道岔除雪系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李曉兵

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

哈爾濱南編組站道岔除雪系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李曉兵

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

鑒于寒冷及嚴(yán)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(chē)安全；研究既有哈爾濱南編組站道岔除雪現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，分析目前國(guó)內(nèi)外鐵路車(chē)站內(nèi)各種道岔除雪方式優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)道岔除雪的3種方式從經(jīng)濟(jì)性、安全性進(jìn)行分析比較，確定道岔風(fēng)力自動(dòng)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(jì)

1 概述

在鐵路運(yùn)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(duì)于鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。

在我國(guó)許多地區(qū)，特別是東北等寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)，積雪問(wèn)題較為突出，冰雪經(jīng)常影響著道岔的轉(zhuǎn)換。當(dāng)冬季有冰凍或者降雪發(fā)生時(shí)，如果積雪沒(méi)有得到及時(shí)與徹底的清除，在道岔可動(dòng)部位與道床板上所積聚的降雪會(huì)發(fā)生凍結(jié)，當(dāng)?shù)啦硇枰D(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作也會(huì)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(chē)的接發(fā)車(chē)作業(yè)，甚至可能中斷鐵路正常運(yùn)輸，影響行車(chē)安全，成為鐵路運(yùn)輸安全的一項(xiàng)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(wèn)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(jí)六場(chǎng)站型，道岔類(lèi)型主要為9號(hào)、12號(hào)單開(kāi)及復(fù)式交分道岔；既有道岔吹雪系統(tǒng)為人工輔助吹雪，其一場(chǎng)全場(chǎng)、二場(chǎng)全場(chǎng)、五場(chǎng)東側(cè)、六場(chǎng)西側(cè)道岔除雪風(fēng)管道的供風(fēng)由哈爾濱車(chē)輛段列檢所的供風(fēng)設(shè)備提供，三場(chǎng)全場(chǎng)、四場(chǎng)全場(chǎng)、五場(chǎng)西側(cè)、六場(chǎng)東側(cè)道岔除雪風(fēng)管道的供風(fēng)由哈爾濱電務(wù)段空壓工區(qū)的供風(fēng)設(shè)備提供，以滿足全場(chǎng)590組道岔(折合單開(kāi)道岔)的除雪需求。

具體設(shè)置情況見(jiàn)圖1。

2.2 既有道岔除雪系統(tǒng)存在問(wèn)題

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

(2)除雪用風(fēng)來(lái)源于車(chē)輛列檢供風(fēng)系統(tǒng)或電務(wù)駝峰供風(fēng)系統(tǒng)，由于供風(fēng)能力有限，特別是車(chē)輛列檢的供風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)所有道岔除雪裝置用風(fēng)點(diǎn)同時(shí)打開(kāi)后，車(chē)輛列檢供風(fēng)系統(tǒng)或電務(wù)駝峰供風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)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(chē)輛列檢供風(fēng)系統(tǒng)用于道岔除雪供風(fēng)時(shí)，無(wú)法進(jìn)行車(chē)輛的試風(fēng)作業(yè)，需要本務(wù)機(jī)車(chē)提前出庫(kù)或推后入庫(kù)，由本務(wù)機(jī)車(chē)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行試風(fēng)，對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)效率及機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)影響較大。

(4)電務(wù)駝峰供風(fēng)系統(tǒng)用于道岔除雪供風(fēng)時(shí)，無(wú)法保證調(diào)車(chē)場(chǎng)內(nèi)緩行器正常用風(fēng)。

3 國(guó)內(nèi)外道岔除雪方式概況

3.1 國(guó)外應(yīng)用情況(圖2～圖7)

在歐洲等國(guó)，由于特殊的地理環(huán)境和技術(shù)發(fā)展等因素，對(duì)于道岔除雪推廣使用較早，其除雪方式主要有電熱、燃?xì)饧訜帷崴h(huán)、蒸汽加熱，壓縮冷空氣吹掃、鹽水噴射等方式。

日本、美國(guó)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(duì)鋼軌造成腐蝕、影響軌道電路性能、不利于環(huán)保。目前，德國(guó)、瑞士、法國(guó)、意大利及俄羅斯等國(guó)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?xì)饧訜岬啦砣谘﹫D4 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(guó)內(nèi)應(yīng)用情況(圖8～圖12)

圖8 電加熱融雪

國(guó)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(fēng)力自動(dòng)吹雪

我國(guó)鐵路電加熱道岔融雪設(shè)備廣泛應(yīng)用于國(guó)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(yùn)專(zhuān)線車(chē)站，因電加熱融雪設(shè)備一次性投資、用電成本及后期維護(hù)費(fèi)用較高，國(guó)內(nèi)部分車(chē)站采用了較為經(jīng)濟(jì)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(fēng)管路自動(dòng)吹雪系統(tǒng)；其他大部分小型車(chē)站均使用風(fēng)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(chē)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(fēng)力人工輔助吹雪

圖11 森林滅火器風(fēng)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(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 道岔除雪方式優(yōu)缺點(diǎn)比較[4-6]

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

4 哈爾濱南編組站道岔除雪方案

4.1 道岔風(fēng)力除雪方案4.1.1 道岔吹雪用風(fēng)量確定

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

4.1.2 方案比選

道岔風(fēng)管路吹雪系統(tǒng)由風(fēng)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(fēng)管路輸送至現(xiàn)場(chǎng)控制箱，通過(guò)控制對(duì)應(yīng)的活塞脈沖閥，對(duì)安裝在道岔尖軌、心軌的風(fēng)嘴、外鎖閉風(fēng)通道提供風(fēng)壓不小于5.5 bar(1 bar=0.1 MPa)的壓縮空氣，達(dá)到除雪的目的[7]。

4.1.2.1 風(fēng)源系統(tǒng)

哈南站內(nèi)道岔吹雪用風(fēng)源系統(tǒng)來(lái)源于既有車(chē)輛段列檢所和電務(wù)段空壓站，其空壓站內(nèi)負(fù)荷能力已不滿足道岔吹雪需求，需對(duì)空壓站進(jìn)行擴(kuò)能設(shè)計(jì)。

改造方案如圖13所示。

圖13 道岔除雪供風(fēng)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(fēng)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(dòng)吹雪和人工吹雪的用風(fēng)量，在道岔用風(fēng)集中處新建2處除雪動(dòng)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(chǔ)氣罐。

圖15 新建方案除雪供風(fēng)系統(tǒng)方案示意

(3)方案比較

由于既有哈爾濱車(chē)輛段、電務(wù)段空壓站內(nèi)的供風(fēng)設(shè)備老化，風(fēng)源擴(kuò)容后，需更換以上供風(fēng)設(shè)備，其投資約500萬(wàn)元，同時(shí)對(duì)既有的6處空壓站房屋進(jìn)行鑒定接建后才能滿足擴(kuò)容需求。新建供風(fēng)源方案，僅新建2處空壓站，其設(shè)備投資約300萬(wàn)元。方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表3。

表3 兩方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

因此，推薦采用新建供風(fēng)源方案。

4.1.2.2 輸送系統(tǒng)

考慮既有壓縮空氣管道漏點(diǎn)較多，本次設(shè)計(jì)采用新設(shè)壓縮空氣管道滿足道岔供風(fēng)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(dòng)除雪兩種。

(1)自動(dòng)除雪

由哈爾濱鐵路局相關(guān)研究單位開(kāi)發(fā)的自動(dòng)除雪裝置2012年已通過(guò)哈爾濱鐵路局的成果鑒定，其自動(dòng)控制系統(tǒng)具有定時(shí)、自動(dòng)識(shí)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(shí)間，并自動(dòng)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外系統(tǒng)工作狀態(tài)，故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

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

①道岔風(fēng)嘴及風(fēng)通道

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

②道岔開(kāi)口感應(yīng)元件

道岔開(kāi)口感應(yīng)元件主要功能識(shí)別道岔開(kāi)口方向和自動(dòng)感知道岔動(dòng)作，可以自動(dòng)對(duì)開(kāi)口方向道岔吹雪；由安裝于轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)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(jiàn)圖16[8-10]。圖17、圖18分別為12號(hào)復(fù)式交分道岔、9號(hào)道岔安裝自動(dòng)除雪系統(tǒng)示意。

圖16 道岔自動(dòng)除雪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

圖17 12號(hào)復(fù)式交分道岔安裝自動(dòng)除雪系統(tǒng)示意

圖18 9號(hào)單開(kāi)道岔安裝自動(dòng)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(dá)到除雪目的。

人工輔助吹雪方案與自動(dòng)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(jiàn)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(yùn)營(yíng)成本

自動(dòng)除雪裝置用電量為300 W(單組道岔)，按日平均運(yùn)行24 h，年下雪45 d計(jì)，自動(dòng)道岔數(shù)373組，年耗能增加120 852 kW·h(48.34萬(wàn)元，電費(fèi)按0.8元/kW·h計(jì))，維修成本較低。

人工輔助除雪無(wú)能耗，維修成本可忽略不計(jì)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，在年下雪45 d中，哈南編組站區(qū)總計(jì)平均投入除雪職工20 000人次，給職工增加了巨大的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加的人員工資成本為：20 000×150元/d(日平均工資)=300萬(wàn)元。

②工程投資(表4)

表4 兩方案工程投資對(duì)比

③安全性

人工輔助除雪時(shí)，由于氣候的影響，現(xiàn)場(chǎng)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(guò)職工死亡、傷害事故。

自動(dòng)除雪時(shí)無(wú)人身安全等問(wèn)題。

④綜合比選(表5、表6)

表5 兩方案綜合成本對(duì)比

表6 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

因此，從安全、高效等方面，本次設(shè)計(jì)道岔除雪末端執(zhí)行裝置推薦采用自動(dòng)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(chē)站控制終端，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備以及連接通道組成；在車(chē)站運(yùn)轉(zhuǎn)室內(nèi)設(shè)控制終端，對(duì)站內(nèi)所有電氣控制柜及其加熱電路進(jìn)行實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)的主要部件，內(nèi)置1個(gè)可編程控制的計(jì)算機(jī)。從接觸網(wǎng)或電力貫通線引入電力電源到控制柜，同時(shí)軌溫傳感器將采集的相關(guān)信息傳送到控制柜，通過(guò)可編程控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)分析處理。加熱電源從控制柜輸出，通過(guò)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(guò)熱輻射或熱傳導(dǎo)的方式使道岔上的積雪融化，從而達(dá)到除雪目的[11，12]。

具體系統(tǒng)組成見(jiàn)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(jiàn)4.3.1 運(yùn)營(yíng)成本(表7)

除雪時(shí)間按日平均運(yùn)行24 h，年下雪45 d計(jì)。

表7 兩方案工程運(yùn)營(yíng)成本對(duì)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(duì)比 萬(wàn)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(chē)站風(fēng)力道岔的實(shí)際使用效果來(lái)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(jiàn)

風(fēng)力自動(dòng)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(fēng)力自動(dòng)吹雪方案消耗電能較少，電力系統(tǒng)擴(kuò)容改造工作量小，一次性投入費(fèi)用低，后期養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用低。電加熱融雪方案電力需進(jìn)行大幅擴(kuò)容改造，加熱時(shí)間不足時(shí)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(hù)費(fèi)用相對(duì)較高，工程投資高，運(yùn)營(yíng)成本高。

綜上，從工程投資、運(yùn)營(yíng)成本、維護(hù)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(wú)大號(hào)碼道岔的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)除雪方案推薦采用風(fēng)力自動(dòng)吹雪方案。

5 結(jié)語(yǔ)

道岔風(fēng)力自動(dòng)除雪系統(tǒng)由于運(yùn)營(yíng)成本投入低，能量消耗經(jīng)濟(jì)，使用維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種車(chē)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(chē)站，應(yīng)用效果良好，可在寒冷地區(qū)鐵路運(yùn)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(jí)工程師，2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)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