田宇;肖培龙;卢哲
连通域
【摘 要】结合高速铁路道岔融雪装置的特点,阐述了高速铁路道岔电加热融雪系统的组成、工作原理及主要功能.详细探讨了电加热元件在道岔融雪系统的关键作用,加热元件在设计中如何提高加热效率和速率,如何提高辐射效率等,并结合现场应用情况提出了改进措施,以适应严寒地区铁路道岔融雪的要求.【期刊名称】《电气化铁道》
【年(卷),期】2010(000)006
【总页数】3页(P34-36)
【关键词】高速铁路;道岔融雪;工作原理;应用
【作 者】田宇;肖培龙;卢哲
陶瓷纤维管
【作者单位】中铁电气化局集团有限公司,北京,100036;北京电铁通信信号勘测设计院有限公司;中铁电化(西安)通号设备有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】牙签机U238
0 引言
铁路站场道岔是车站运输设备的重要组成部分，对道岔的技术状态要求很严格，当尖轨尖端与基本轨有4 mm以上的间隙时，不能锁闭进路和开放信号。在寒冷地区冬季降雪天气里，如果铁路道岔除雪不及时，道岔内积雪或结冰，导致道岔尖轨尖端与基本轨无法可靠密贴，直接影响车站列车接发作业和调车作业的正常进行，严重时可造成铁路运输中断。随着国内客运专线和高速铁路的快速发展，严寒地区冬季道岔融雪问题成为影响高速列车安全正常运行的关键。
根据严寒地区的气候特点和高速铁路的实际要求，道岔融雪设备不仅要实现道岔的快速融雪，达到良好的融雪效果，在抗震性、设备安装的牢固性以及综合布线方面也要满足相关
油管吊卡技术标准。
1 国内外道岔融雪装置的现状
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1.1 国外道岔融雪装置
国外道岔融雪方式主要有电热式、燃气加热式、压缩空气式、喷灯式、温水喷射式等加热方式。总体而言，可实现全自动遥控的，利用安装在道岔基本轨轨腰或轨底上部、或安装在滑床板上的加热条（棒）或加热管的加热道岔化雪方式，已成为铁路道岔融雪设备的主流。
WOLFF GmbH公司（沃尔夫公司）是专业生产道岔电加热融雪系统的德国公司。加热元件采用瑞士伊莱克斯公司产品，道岔加热融雪系统的加热元件可以承受极端恶劣的铁路工作环境，如连续、剧烈的铁轨震动，冰水、积雪、除草剂、柴油、润滑油、草酸和融雪剂等的侵蚀，同时，系统还配以自动控制系统，通过采集铁轨温度、空气温度及湿度和积雪3个传感器的信号，控制道岔加热系统的工作，并可通过光缆实现远程集中监控，动态监测环境温度及湿度、铁轨温度、降雪状态和加热融雪系统的工作状态等参数。适应现代铁路高速、安全、高度自动化等要求，但引进价格相对较高。
1.2 国内道岔融雪装置
国内在铁路道岔融雪设备的开发和应用起步较晚，到20世纪90年代，冬季道岔除雪基本是靠人工清扫方式，在人员投入和管理成本上消耗巨大。1996年开始，国内一些企业就开始考虑利用融雪设备进行除雪，并开始了融雪设备的研制。
国内融雪系统主要有2种安装方式：一种是产品预装在滑床板内，另一种是加热元件固定在基本轨上。加热元件装在滑床板内不能在道岔尖轨整个长度上实现有效加热融雪，特别是枕木间尖轨的积雪会残留较长时间。滑床板结构加热元件若损坏，更换困难，费时费力。加热元件固定在基本轨上的加热方式安装、更换方便，能提高融雪效率，为国家节省电力能源。但是加热元件全部由国外进口。这样会导致加工周期长，成本高。
电热式元件的出现使融雪效率得到了很大提高，它利用安装在道岔基本轨轨腰或轨底上部或安装在滑床板上的加热条（棒）或加热管，加热道岔化雪，可实现全自动遥控。人员不必到达现场，设备通过感应外界温度、湿度等信息就可以自动控制加热与否。从人力和管理上大大节约了成本，因此它成为目前广泛认可的加热方式。
2 道岔融雪系统的工作原理
2.1 总体结构
道岔电加热融雪系统总体结构一般分为远程监控、车站控制终端、室外控制柜三级控制系统，由远程监控车站中心的控制终端、各车站安装的车站计算机终端、室外控制柜、环境检测装置、轨温传感装置、隔离变压器、接线盒、电加热元件、电力电缆和信息通道等构成，具有手动、自动和远程控制3种方式，可以适合不同环境和不同的使用需求。所有室外控制柜和车站控制室通过CAN总线组成监控网络，各车站通过以太网实现远程通信。
2.2 工作原理
降雪时，系统进入加热状态的情况。雪在传感器的表面融化成水，传感器检测到模拟量变化，将数据发送给主控制模块，并且将温度和湿度数据发送给主控制模块，主控制模块根据用户设置的温度门限值判断下雪状态温度是否满足融雪条件，如果满足则进入加热状态。
不下雪时系统进入加热状态的情况。当环境温度较低，空气湿度很大时，有些地方可能会出现钢轨结霜或者冻雨现象，此时，道岔也需要加热。用户可根据当地的实际情况设置启动加热的温湿度门限，系统将根据门限自动进入加热状态。
加热过程，轨温应保持恒定温度。当系统进入加热过程，轨温传感器将钢轨温度的实时数据发送给主控制模块，主控制模块根据用户的设置接通或断开加热回路，使钢轨维持在可以融雪的温度范围，以达到节能效果。
降雪结束后系统延时加热。降雪结束后钢轨上的积雪不会立刻融化，设置停雪后的加热延时时间，系统将自动判断并且按照设置的延时时间进行延时加热。
雪停后检测钢轨上积雪。雪停后系统进入停止加热状态，当钢轨上传感器检测到有雪时，重新进入加热状态，按照设定的延时时间进行延时加热。
3 需要研究解决的问题
高速道岔是高速铁路轨道结构的重要组成部分，其机构与状态对列车运行的安全性、平稳性、旅客的舒适性具有重要的影响。电加热元件是道岔融雪系统的关键部件，直接关系到融雪效果和能源消耗，加热元件设计中最重要的就是如何提高加热效率和速率，在岔尖和钩锁部位加热时，如何提高辐射效率是加热元件设计的关键。物理教具制作
道岔电加热融雪方式是将电加热元件安装在道岔需要加热融雪的部位或其附近，通过电加
热元件将电能转化成热能，传递给道岔需要融雪的部位，使之温度提高以融化积雪。另外，岔尖和基本轨的间隙也是融雪的关键部位。由于加热元件和道岔钢轨均由金属构成，因此，热量传递过程中的热传导方式起了主要作用，但是，在融化岔尖和基本轨间隙中的积雪时，辐射起主要作用，提高热辐射效率是目前研究的主要内容。
远红外技术在其他领域已表现出其明显的热辐射效果。经实验，远红外技术应用于加热线，也极大地提高了加热线的热辐射效果。热辐射效率的提高，使得岔尖与基本轨的间隙处的积雪融化时间减少，从而达到节能的目的。在热传导方式中，热阻决定了热传导过程中热量传递的速率，减小热阻可以缩短对钢轨加热的时间。提高热传导效果的主要因素有以下方面。
3.1 增大加热元件与道岔加热部位的接触面积
增大加热元件和加热部位接触面积也就是增大了热传导通道的截面积，可以提高加热元件和道岔加热部位间热传导的速率，缩短融雪部位达到融雪温度的时间，节约电能消耗。
