哈尔滨南编组站道岔除雪系统设计

李晓兵

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

哈尔滨南编组站道岔除雪系统设计

李晓兵

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

鉴于寒冷及严寒地区铁路线路上积雪干扰道岔的正常转换，影响正常的行车安全；研究既有哈尔滨南编组站道岔除雪现状及存在问题，分析目前国内外铁路车站内各种道岔除雪方式优缺点，对道岔除雪的3种方式从经济性、安全性进行分析比较，确定道岔风力自动除雪系统为铁路编组站内适合的道岔除雪方式。

铁路编组站；道岔除雪系统；设计

1 概述

在铁路运输设备中，道岔是其重要组成部分。作为关键设备，道岔的密贴情况对于铁路运输的安全运行有着至关重要的影响。

在我国许多地区，特别是东北等寒冷及严寒地区，积雪问题较为突出，冰雪经常影响着道岔的转换。当冬季有冰冻或者降雪发生时，如果积雪没有得到及时与彻底的清除，在道岔可动部位与道床板上所积聚的降雪会发生冻结，当道岔需要转换时，转辙机的动作也会将道岔尖轨处的积雪挤压成冰状，致使道岔转换困难，尖轨尖端与基本轨之间不能密贴，直接影响了列车的接发车作业，甚至可能中断铁路正常运输，影响行车安全，成为铁路运输安全的一项重大隐患[1]。

2 既有哈尔滨南编组站道岔除雪现状及存在问题

2.1 既有哈尔滨南编组站道岔除雪现状

哈尔滨南站为双向三级六场站型，道岔类型主要为9号、12号单开及复式交分道岔；既有道岔吹雪系统为人工辅助吹雪，其一场全场、二场全场、五场东侧、六场西侧道岔除雪风管道的供风由哈尔滨车辆段列检所的供风设备提供，三场全场、四场全场、五场西侧、六场东侧道岔除雪风管道的供风由哈尔滨电务段空压工区的供风设备提供，以满足全场590组道岔(折合单开道岔)的除雪需求。

具体设置情况见图1。

2.2 既有道岔除雪系统存在问题

(1)车站除雪人员少，除雪能力有限；在突发降雪时，车站日常作业人员还需保证正常接发列车和调车作业，现场能投入到除雪的人员不能满足应急需要。

(2)除雪用风来源于车辆列检供风系统或电务驼峰供风系统，由于供风能力有限，特别是车辆列检的供风系统，当所有道岔除雪装置用风点同时打开后，车辆列检供风系统或电务驼峰供风系统内的风压不能满足使用要求。

图1 既有道岔除雪设置情况示意

(3)车辆列检供风系统用于道岔除雪供风时，无法进行车辆的试风作业，需要本务机车提前出库或推后入库，由本务机车对车辆进行试风，对运输生产效率及机车周转影响较大。

(4)电务驼峰供风系统用于道岔除雪供风时，无法保证调车场内缓行器正常用风。

3 国内外道岔除雪方式概况

3.1 国外应用情况(图2～图7)

在欧洲等国，由于特殊的地理环境和技术发展等因素，对于道岔除雪推广使用较早，其除雪方式主要有电热、燃气加热、热水循环、蒸汽加热，压缩冷空气吹扫、盐水喷射等方式。

日本、美国多使用盐水、热水循环加热等除雪方式，而盐水喷射方式易对钢轨造成腐蚀、影响轨道电路性能、不利于环保。目前，德国、瑞士、法国、意大利及俄罗斯等国家主要采用电加热融雪方式；其他方式也有应用案例[2]。

图2 电加热道岔融雪图3 燃气加热道岔融雪图4 热水循环道岔融雪图5 蒸汽加热道岔融雪图6 压缩冷空气道岔除雪图7 盐水喷射道岔融雪

3.2 国内应用情况(图8～图12)

图8 电加热融雪

国内道岔除雪主要方式有电热式、压缩冷空气式、盐水喷射式等。

图9 风力自动吹雪

我国铁路电加热道岔融雪设备广泛应用于国内0度等温线(秦岭—淮河)以北地区，且20年平均降雪日在10 d及以上的客运专线车站，因电加热融雪设备一次性投资、用电成本及后期维护费用较高，国内部分车站采用了较为经济的除雪方式：例如鞍钢站使用高压液体(盐水等融雪液体)喷射式除雪系统；哈局管内让湖路西站、哈尔滨大功率检修基地使用风管路自动吹雪系统；其他大部分小型车站均使用风管路人工辅助吹雪系统。以上除雪设备的应用，一定程度上缓解了车站工作人员人工除雪的压力，为道岔灵活、正常转换提供了保证[3]。

图10 风力人工辅助吹雪

图11 森林灭火器风力吹雪

图12 人工清扫道岔积雪

这几种道岔除雪方式的优缺点比较见表1。

表1 道岔除雪方式优缺点比较[4-6]

根据以上除雪方式优缺点的比较，在保证安全、高效率的前提下，本次研究对电加热除雪和道岔风力除雪进行比较。

4 哈尔滨南编组站道岔除雪方案

4.1 道岔风力除雪方案4.1.1 道岔吹雪用风量确定

根据道岔除雪装置厂家提供单个单开除雪装置道岔用风量为0.5 m3/min，除雪间隔时间为10 min，以此确定道岔吹雪用风量。

4.1.2 方案比选

道岔风管路吹雪系统由风源系统、输送系统、末端执行装置组成，此系统由其空压站产生压缩空气经供风管路输送至现场控制箱，通过控制对应的活塞脉冲阀，对安装在道岔尖轨、心轨的风嘴、外锁闭风通道提供风压不小于5.5 bar(1 bar=0.1 MPa)的压缩空气，达到除雪的目的[7]。

4.1.2.1 风源系统

哈南站内道岔吹雪用风源系统来源于既有车辆段列检所和电务段空压站，其空压站内负荷能力已不满足道岔吹雪需求，需对空压站进行扩能设计。

改造方案如图13所示。

图13 道岔除雪供风系统方案示意

(1)利旧方案(表2、图14)

表2 利旧方案

图14 利旧方案除雪供风系统方案示意

(2)新建方案(图15)

根据哈南编组站既有道岔数量和道岔吹雪装置厂家提供的道岔自动吹雪和人工吹雪的用风量，在道岔用风集中处新建2处除雪动力站，其规模均为3×20 m3/ min，并新设相配套的压缩空气管道和储气罐。

图15 新建方案除雪供风系统方案示意

(3)方案比较

由于既有哈尔滨车辆段、电务段空压站内的供风设备老化，风源扩容后，需更换以上供风设备，其投资约500万元，同时对既有的6处空压站房屋进行鉴定接建后才能满足扩容需求。新建供风源方案，仅新建2处空压站，其设备投资约300万元。方案优缺点比较见表3。

表3 两方案优缺点对比

因此，推荐采用新建供风源方案。

4.1.2.2 输送系统

考虑既有压缩空气管道漏点较多，本次设计采用新设压缩空气管道满足道岔供风需要。

4.1.2.3 末端执行装置

除雪末端执行装置分为人工辅助除雪和自动除雪两种。

(1)自动除雪

由哈尔滨铁路局相关研究单位开发的自动除雪装置2012年已通过哈尔滨铁路局的成果鉴定，其自动控制系统具有定时、自动识别、人工操纵3种模式，可根据具体情况，任意设定道岔除雪起、停时间，并自动监测室内外系统工作状态，故障时自动报警。

自动除雪装置主要由风分配器、高压软管、各种风嘴及道岔开口感应元件组成。

①道岔风嘴及风通道

道岔内风嘴为5～7 mm各式风嘴，主要有尖轨前风嘴，滑床板风嘴，锁闭框风嘴等型号；风嘴采用轨枕扣件安装固定方式，与风嘴连接的分支输气配管采用高压软胶管。

②道岔开口感应元件

道岔开口感应元件主要功能识别道岔开口方向和自动感知道岔动作，可以自动对开口方向道岔吹雪；由安装于转辙机动作杆上的磁铁及下方的感应霍尔元件构成。

具体系统组成见图16[8-10]。图17、图18分别为12号复式交分道岔、9号道岔安装自动除雪系统示意。

图16 道岔自动除雪系统结构示意

图17 12号复式交分道岔安装自动除雪系统示意

图18 9号单开道岔安装自动除雪系统示意

(2)人工辅助除雪

人工辅助除雪即为人工手持除雪用软管，利用已经管道送至道岔附近的压缩空气将道岔间的积雪吹散，以达到除雪目的。

人工辅助吹雪方案与自动吹雪方案的区别在于取消除雪控制室主控设备、道岔除雪现地控制设备、道岔吹雪执行系统和传输电缆，具体见图19。

图19 道岔人工辅助除雪系统结构示意

(3)方案比较

①运营成本

自动除雪装置用电量为300 W(单组道岔)，按日平均运行24 h，年下雪45 d计，自动道岔数373组，年耗能增加120 852 kW·h(48.34万元，电费按0.8元/kW·h计)，维修成本较低。

人工辅助除雪无能耗，维修成本可忽略不计；根据现场调查资料，在年下雪45 d中，哈南编组站区总计平均投入除雪职工20 000人次，给职工增加了巨大的劳动强度，增加的人员工资成本为：20 000×150元/d(日平均工资)=300万元。

②工程投资(表4)

表4 两方案工程投资对比

③安全性

人工辅助除雪时，由于气候的影响，现场视线差、可视距离小，在人身安全上存在较大隐患，哈尔滨铁路局近年除雪中均发生过职工死亡、伤害事故。

自动除雪时无人身安全等问题。

④综合比选(表5、表6)

表5 两方案综合成本对比

表6 方案优缺点对比

因此，从安全、高效等方面，本次设计道岔除雪末端执行装置推荐采用自动除雪方式。

4.2 道岔电加热融雪方案

电加热道岔融雪系统由车站控制终端，现场执行设备以及连接通道组成；在车站运转室内设控制终端，对站内所有电气控制柜及其加热电路进行实时监控；室外岔区设电气控制柜、轨温传感器、接线盒、隔离变压器和电加热元件及卡具等执行设备。电气控制柜是整个系统的主要部件，内置1个可编程控制的计算机。从接触网或电力贯通线引入电力电源到控制柜，同时轨温传感器将采集的相关信息传送到控制柜，通过可编程控制计算机进行自动分析处理。加热电源从控制柜输出，通过隔离变压器或接续盒送出至安装在道岔铁轨上的加热条，通过热辐射或热传导的方式使道岔上的积雪融化，从而达到除雪目的[11，12]。

具体系统组成见图20。

图20 道岔融雪系统结构示意

4.3 方案比较及推荐意见4.3.1 运营成本(表7)

除雪时间按日平均运行24 h，年下雪45 d计。

表7 两方案工程运营成本对比

注：道岔数为373组。

4.3.2 工程投资比较(表8)

表8 两方案工程投资对比 万元

4.3.3 使用效果

从让湖路编组站、牡丹江编组站、哈尔滨大功率检修基地及王岗车站风力道岔的实际使用效果来看，除雪效果较好。

哈西站使用的电加热融雪装置能够彻底清除积雪，安全性和使用效果良好。

4.3.4 方案推荐意见

风力自动吹雪方案和电加热融雪方案均能满足哈尔滨南编组站道岔除雪的需求；但风力自动吹雪方案消耗电能较少，电力系统扩容改造工作量小，一次性投入费用低，后期养护、维修费用低。电加热融雪方案电力需进行大幅扩容改造，加热时间不足时容易结冰，加热条容易脱落影响道岔密贴，更换加热条等后期维护费用相对较高，工程投资高，运营成本高。

综上，从工程投资、运营成本、维护管理及使用效果等方面，结合哈尔滨南编组站为普速铁路，无大号码道岔的实际情况，设计除雪方案推荐采用风力自动吹雪方案。

5 结语

道岔风力自动除雪系统由于运营成本投入低，能量消耗经济，使用维修简便等优点，适用于各种车站道岔除雪的需要，目前已应用于哈局内让湖路编组站、牡丹江编组站、哈尔滨大功率检修基地及王岗车站，应用效果良好，可在寒冷地区铁路运输系统中推广应用。

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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

李晓兵(1975—)，男，高级工程师，2004年毕业于西南交通大学机械电子工程专业，工学硕士，E-mail:lxb75108@163.com。

1004-2954(2015)10-0054-07

U291.4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.10.013