寒冷地區(qū)冬季庫外洗車技術(shù)研究

王義成，趙剛，薛強

(1．北京厚德力拓軌道科技有限公司，北京 100068;2．北京中鐵科節(jié)能環(huán)保新技術(shù)有限公司，北京 100081)

1 概述

當(dāng)前傳統(tǒng)的鐵路機車車輛(動車)表面清潔工藝，在北方需建洗車庫，庫內(nèi)需有替代動力［1-4］。洗車作業(yè)繁瑣，效率低，增加整備作業(yè)時間，安全隱患多［5］。多年來，有關(guān)專家一直在研究解決寒冷地區(qū)不建庫洗車的方法。如:熱水沖洗、高壓蒸汽沖洗、刷子干刷等，但效果均不佳。存在的主要問題是:(1)熱水按常規(guī)水壓水量噴在冰點溫度以下的車外皮上，很快發(fā)生結(jié)冰，無法實現(xiàn)洗刷效果。(2)高壓蒸汽噴出遇到寒冷空氣迅速凝結(jié)成水而結(jié)冰，無法實現(xiàn)洗刷效果。(3)采用泡沫刷毛的刷子干刷，只能刷掉外皮表面浮灰，無法刷掉附著在表面的油污漬。如改變刷毛材質(zhì)，提高刷弓的轉(zhuǎn)速，刷掉油污漬的同時損壞了車外皮的油漆和光澤。要實現(xiàn)寒冷地區(qū)冬季不建庫洗車，核心問題是解決氣溫冰點以下洗車時水結(jié)冰的問題。在對現(xiàn)場進行深入調(diào)查研究和技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，研究出了解決氣溫冰點以下水結(jié)冰的方法，實現(xiàn)了寒冷地區(qū)冬季不建庫洗車的技術(shù)難題。

2 冰點洗車試驗及技術(shù)原理

2．1 冰點洗車試驗

在氣溫冰點以下條件(-15℃至-25℃)進行大量的洗車試驗，觀察、記錄水的形態(tài)細(xì)微變化。試驗結(jié)果表明，噴灑在車表面的水隨著水溫、水壓、水量的變化改變其結(jié)冰點，即:水溫、水壓、水量達(dá)到一定條件時不立即結(jié)冰。這個水結(jié)冰的特性，改變了對水在寒冷環(huán)境里滴水即成冰一般規(guī)律的認(rèn)識，為解決寒冷地區(qū)不建庫洗車找到了方法。

根據(jù)反復(fù)實驗得出的結(jié)果，測定不同冰點氣溫條件水結(jié)冰的臨界點，最終總結(jié)固化結(jié)冰臨界曲線。冰點洗車工藝按結(jié)冰臨界曲線，設(shè)定噴水溫度、量、壓力。按以上理論數(shù)據(jù)設(shè)計制造的冰點洗車樣機，經(jīng)反復(fù)在氣溫冰點以下(-15℃至-25℃)進行洗車試驗，完全達(dá)到水噴灑到車表面不立即結(jié)冰的實際效果，為冰點洗車工藝設(shè)計奠定了理論和實際基礎(chǔ)。

2．2 冰點洗車技術(shù)原理

水的熱傳導(dǎo)系數(shù)0．5 W/(m·k)，車外皮(鋼板)的熱傳導(dǎo)系數(shù)80 W/(m·k)，水的熱傳導(dǎo)系數(shù)低于車外皮160倍;水的比熱容4 200 J/(kg·K)，車外皮(鋼板)的比熱容450 J/(kg·K)，水的熱容量高于車外皮10倍。由于熱傳導(dǎo)速度、熱容量的懸殊差異，水與車外皮不會同步降溫。因此，氣溫冰點以下洗車時，當(dāng)水的溫度、壓力、量達(dá)到一定條件時，雖然車外皮溫度在冰點以下，但水溫不會很快降至冰點而結(jié)冰。

為了進一步驗證該原理，進行了試驗驗證:把直徑1．5 mm、水溫12℃的水珠滴在鋼板上，在-23℃的環(huán)境中進行觀察。結(jié)果，鋼板5s達(dá)到-23℃，水珠30s才開始結(jié)冰。

據(jù)此，在總結(jié)多年積累的寒冷環(huán)境下洗車經(jīng)驗基礎(chǔ)上，進行多次試驗研究，開發(fā)了冰點洗車工藝和技術(shù)設(shè)備。

3 冰點洗車工藝及現(xiàn)場試驗

3．1 冰點洗車工藝

(1)在特定氣溫(冰點以下)條件下，依據(jù)測定固化的水結(jié)冰臨界曲線，設(shè)定噴水溫度、量、壓力，實現(xiàn)水噴灑到車表面不立即結(jié)冰。

(2)水噴灑車表面不結(jié)冰只是瞬間。采用特殊技術(shù)的熱風(fēng)刀，利用柯恩達(dá)效應(yīng)(風(fēng)量增加30～40倍)，對水的熱傳導(dǎo)和比熱容數(shù)據(jù)計算，結(jié)合冰點洗車實際經(jīng)驗，采用向車外皮表面水膜送一定的熱，使水膜始終保持冰點以上溫度，實現(xiàn)水在液態(tài)下完成洗車過程。

(3)洗車時車外皮水膜經(jīng)毛刷旋轉(zhuǎn)形成細(xì)水珠，與寒冷空氣混合后出現(xiàn)結(jié)冰。采用熱風(fēng)幕隔熱技術(shù)，在刷弓周圍制造一個保溫環(huán)境(半封閉溫室)。水形成細(xì)水珠后不能與寒冷空氣混合，在洗車區(qū)保持一定的溫度，不發(fā)生細(xì)水珠結(jié)冰。

(4)由于水與車外皮熱傳導(dǎo)速度、熱容量相差懸殊，冰點洗車供熱計算，要充分利用水與車外皮熱傳導(dǎo)速度、熱容量的懸殊差，不需計算車外皮溫度，只計算水膜溫度保持在0℃以上即可。

3．2 冰點洗車工藝流程

在多次試驗的基礎(chǔ)上，開發(fā)了冰點洗車設(shè)備，洗車工藝流程如圖1所示:

圖1 冰點洗車工藝流程

(1)機車車輛(動車)進入洗車區(qū)，半封閉室的封閉門自動打開，供熱系統(tǒng)向封閉室和車外皮上送熱風(fēng)，熱風(fēng)幕(風(fēng)刀)向車外皮噴高壓風(fēng)，隔離封閉室與外界熱對流。

(2)刷弓移動靠近被洗車外皮，水嘴向外皮噴灑清潔劑、溫水。清洗流程:回用水清洗浮垢—洗滌劑溶解固著污垢—回用水清洗—凈水清潔—熱風(fēng)吹干。各道刷弓按工藝要求，使用不同水質(zhì)的水進行作業(yè)。

(3)清洗的污水經(jīng)沉淀過濾后形成污泥處理。

(4)機車車輛(動車)離開洗車區(qū)，刷弓停止旋轉(zhuǎn)，刷弓移動歸到原位，半封閉室的封閉門自動關(guān)閉，停止向封閉室和車外皮上送熱風(fēng)和噴高壓風(fēng)。

(5)洗車機長時間停止作業(yè)時，利用管路排空裝置將水管路內(nèi)水排凈防凍。半封閉室加熱器降到最低點，僅夠維持不凍刷毛即可。

3．3 冰點洗車現(xiàn)場試驗

2014年1月18日在蘭西機務(wù)段進行了冰點(-18℃)機車洗車實際試驗，效果良好。2015年1月9、12、21日在公司的生產(chǎn)基地(遼寧阜新市)分別進行了-15℃至-25℃的樣機洗車試驗，效果完全達(dá)到設(shè)計要求。

4 結(jié)論

從現(xiàn)場洗車和試驗驗證，氣溫冰點以下洗車時，當(dāng)水的溫度、壓力、量達(dá)到一定條件時，雖然車外皮溫度在冰點以下，但水溫不會很快降至冰點而結(jié)冰。依據(jù)此技術(shù)原理開發(fā)的冰點洗車技術(shù)經(jīng)現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，該技術(shù)能夠滿足現(xiàn)場的實際需要，可以解決目前北方地區(qū)建庫洗車繁瑣、安全隱患多等一系列問題。

［1］ 張勇．沃爾新:執(zhí)軌道交通列車自動清洗系統(tǒng)之牛耳［J］．城市軌道交通研究，2010(5):1-2．

［2］ 李建剛，魏杰．機車車體清洗裝置［J］．鐵道機車車輛，1996(1):64-68．

［3］ 謝加紅，劉杰．智能型多功能機車外皮清洗設(shè)備［J］．世界軌道交通，2004(4):47-49．

［4］ 陳潔．車輛清洗設(shè)備［J］．國外機車車輛工藝，2001(5):13．

［5］ 徐位練．動車組外皮清洗設(shè)備存在的問題與建議〔J〕．鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，2009，36(4):188-190．