王　龍

(1　中國鐵道科學(xué)研究院研究生部， 北京 100081；2　濟(jì)南鐵路局　機(jī)務(wù)處， 山東濟(jì)南 255001)

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DF4C型機(jī)車逆向加載故障的原因分析及防止措施

王龍1,2

(1中國鐵道科學(xué)研究院研究生部， 北京 100081；2濟(jì)南鐵路局機(jī)務(wù)處， 山東濟(jì)南 255001)

通過對(duì)DF4C型機(jī)車的一起逆向加載故障分析，發(fā)現(xiàn)附掛機(jī)車的牽引電動(dòng)機(jī)主觸頭粘連是故障的主要原因，并結(jié)合《機(jī)車操作規(guī)程》提出了相應(yīng)的防范措施。

逆向加載； 輪箍馳緩； 輪箍磨耗； 交直電傳動(dòng)機(jī)車； 機(jī)車操作規(guī)程

通過對(duì)DF4C型機(jī)車故障分析，發(fā)現(xiàn)附掛機(jī)車的牽引電動(dòng)機(jī)主觸頭粘連是故障的主要原因，下面就這一故障進(jìn)行分析。

1　故障概況

2014年8月21日青島機(jī)務(wù)段DF4C型4197號(hào)機(jī)車附掛青島西-淄博間51104次列車。運(yùn)行途中，車站接車人員發(fā)現(xiàn)機(jī)車走行部有火星，司機(jī)制動(dòng)停車后檢查未發(fā)現(xiàn)異狀，繼續(xù)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)機(jī)車不鳴笛。到達(dá)淄博站后，發(fā)生機(jī)車不加載，檢查發(fā)現(xiàn)3C主觸頭粘連、換向器不換向。入庫檢查機(jī)車，左、右第3動(dòng)輪輪箍踏面有嚴(yán)重剝離現(xiàn)象(如圖1所示)，落輪進(jìn)行檢修。

圖1　輪箍踏面剝離現(xiàn)象

2　原因分析

通過分析DF4C型機(jī)車主回路可以看出，3C主觸頭粘連造成第3電機(jī)與牽引主發(fā)電機(jī)的輸出端形成閉合回路，使得3D在靜止?fàn)顟B(tài)下處于電動(dòng)機(jī)工況，具體電路如圖2所示。

該機(jī)車在青島西站與另外1臺(tái)機(jī)車附掛在一起后，柴油機(jī)一直處于空載工況下；此時(shí)牽引主發(fā)電機(jī)由于剩磁存在,其輸出端電壓很低，輸出電流I也很小，根據(jù)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式：

圖2　電路圖

T=CT￠Ia

T為電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩；CT為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；￠為 電動(dòng)機(jī)每極磁通量；Ia為電動(dòng)機(jī)電樞總電流，停車狀態(tài)下與牽引主發(fā)電機(jī)輸出電流I相等；

此時(shí)3D產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T很小，不足以克服輪對(duì)與鋼軌的黏著摩擦力，因此未產(chǎn)生明顯故障現(xiàn)象。

列車啟動(dòng)后，雖然該機(jī)車處于附掛空載狀態(tài)，但由于換向器手柄與機(jī)車附掛運(yùn)行方向相反，3D在牽引主發(fā)電機(jī)輸出電流I的作用下， 由停車時(shí)的電動(dòng)機(jī)工況轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)工況，產(chǎn)生電流i。由于負(fù)載僅為3D與1ZL間的連接線且電流I和i方向一致， 3D的勵(lì)磁電流Ia(其中：Ia=I+i)迅速增加(啟動(dòng)過程中能達(dá)到1 000 A以上)，電機(jī)對(duì)輪對(duì)的電磁轉(zhuǎn)矩T迅速增加，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T大于輪對(duì)與鋼軌的黏著摩擦力時(shí)，輪對(duì)轉(zhuǎn)速下降。根據(jù)電動(dòng)機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)公式：

Ea=Ce￠n

Ea為電動(dòng)機(jī)電樞繞組電動(dòng)勢(shì)；Ce為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；￠為電動(dòng)機(jī)每極磁通量；n為電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)數(shù)；

輪對(duì)轉(zhuǎn)速下降，使得電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)數(shù)n下降，電動(dòng)機(jī)電樞繞組電動(dòng)勢(shì)Ea變小，3D輸出電流及勵(lì)磁電流Ia隨之下降，電磁轉(zhuǎn)矩T減小。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩Tv小于輪對(duì)與鋼軌的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，輪對(duì)轉(zhuǎn)速上升，電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)數(shù)n上升，電動(dòng)機(jī)電樞繞組電動(dòng)勢(shì)Ea變大，3D輸出電流i及勵(lì)磁電流Ia隨之上升，電磁轉(zhuǎn)矩T變大。如此往復(fù)變化數(shù)次，當(dāng)制動(dòng)力矩與輪對(duì)滑動(dòng)摩擦力相等時(shí)，3D勵(lì)磁電流(在正常天氣下200～300 A) 與輪對(duì)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變。此時(shí),第3動(dòng)輪較其他動(dòng)輪轉(zhuǎn)速低，使得該動(dòng)輪處于滾動(dòng)和滑行兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與鋼軌產(chǎn)生劇烈摩擦，造成輪箍踏面損傷。

另外，換向器HKF在失電不能自鎖的情況下，由于機(jī)車運(yùn)行中的振動(dòng)，其換向手柄移動(dòng)到中立位，斷開了第3電機(jī)與牽引主發(fā)電機(jī)的回路，使得逆向加載故障現(xiàn)象消失，這也是途中發(fā)現(xiàn)機(jī)車不鳴笛的原因。

綜上分析，造成本例逆向加載故障的直接原因是3C主觸頭粘連。另外，乘務(wù)員未能按照《機(jī)車操作規(guī)程》(鐵運(yùn)[2012]281號(hào))第三十七條“內(nèi)燃、電力機(jī)車在附掛運(yùn)行中，換向器的方向應(yīng)與列車運(yùn)行方向相同”的規(guī)定作業(yè)，及時(shí)檢查、確認(rèn)換向器手柄方向，是發(fā)生本例逆向加載故障的另外一個(gè)原因。

3　防止措施及意義

逆向加載通常是因機(jī)車乘務(wù)員誤操作司機(jī)控制器而造成的，俗稱逆電操作。本例機(jī)車故障中，雖然機(jī)車乘務(wù)員對(duì)司機(jī)控制器未進(jìn)行任何操作，但因3C主觸頭發(fā)生粘連故障，使得3D在機(jī)車附掛運(yùn)行途中同樣處于發(fā)電機(jī)工況，因此也屬于逆向加載故障的一種。

在機(jī)車實(shí)際運(yùn)用中，本例逆向加載故障不但具有極強(qiáng)的隱蔽性、不易被乘務(wù)員發(fā)現(xiàn)，而且對(duì)行車安全也構(gòu)成極大的威脅。故障發(fā)生時(shí)，故障關(guān)系動(dòng)輪與鋼軌間的劇烈摩擦將造成輪箍磨耗加快，極易出現(xiàn)輪箍剝離現(xiàn)象，長時(shí)間運(yùn)行還會(huì)造成輪箍馳緩，甚至造成列車顛覆事故的發(fā)生。

鑒于目前我國國產(chǎn)DF系列交直電傳動(dòng)機(jī)車的主回路電路原理具有相似性，該故障原因的存在具有極大的普遍性，因此在機(jī)車實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)加強(qiáng)注意防范。

為防止機(jī)車附掛運(yùn)行中逆向加載故障的發(fā)生，結(jié)合《機(jī)車操作規(guī)程》的規(guī)定，可采取以下措施：

(1)機(jī)車小輔修時(shí)，加強(qiáng)對(duì)電空接觸器1-6C和換向器的檢修，保證主觸頭接觸密切，有足夠的預(yù)緊力。

(2)機(jī)車運(yùn)行途中，機(jī)車乘務(wù)員應(yīng)利用機(jī)械間巡檢時(shí)機(jī)，加強(qiáng)對(duì)電空接觸器1-6C和換向器的日常動(dòng)態(tài)檢查；發(fā)現(xiàn)主觸頭有拉弧、燒損現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)修、檢查、處理。

(3)附掛機(jī)車始發(fā)前，乘務(wù)員要嚴(yán)格作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將司機(jī)控制器換向手柄與附掛運(yùn)行方向保持一致?？赏ㄟ^閉合機(jī)控、提主手柄，確認(rèn)機(jī)車加載是否正常；否則應(yīng)確認(rèn)換向器的換向手柄是否與附掛運(yùn)行方向一致，不一致時(shí)須進(jìn)行人工轉(zhuǎn)換。

(4)附掛機(jī)車途中運(yùn)行，乘務(wù)員須保持控制器換向手柄與附掛運(yùn)行方向保持一致，并加強(qiáng)對(duì)各牽引電機(jī)分流表顯示的監(jiān)視；發(fā)現(xiàn)個(gè)別牽引電機(jī)分流表上下波動(dòng)異常時(shí)，應(yīng)立即檢查確認(rèn)換向器的換向手柄是否與附掛運(yùn)行方向一致，不一致時(shí)須及時(shí)停車處理。

(5)附掛機(jī)車途中發(fā)生逆向加載故障時(shí)，乘務(wù)員應(yīng)在前方停車站重點(diǎn)檢查動(dòng)輪是否發(fā)生輪箍馳緩現(xiàn)象；遇逆向加載故障持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)在前方站停車或立即停車檢查，避免因輪箍馳緩而發(fā)生列車脫軌、顛覆事故。

(6)加強(qiáng)附掛機(jī)車日常運(yùn)用管理。一是將防止逆向加載故障的有關(guān)措施納入到乘務(wù)員趟車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；二是將逆向加載故障的原理知識(shí)作為機(jī)車乘務(wù)員的日常培訓(xùn)內(nèi)容，使其充分了解故障的危害性，熟悉掌握防止故障發(fā)生的措施；三是附掛機(jī)車LKJ裝置須全程運(yùn)轉(zhuǎn)、采用補(bǔ)機(jī)模式，并將始發(fā)前的加載確認(rèn)作業(yè)列入LKJ記錄文件日常檢索的重要項(xiàng)點(diǎn)；四是重視附掛機(jī)車視頻記錄文件的檢索工作，督促乘務(wù)員認(rèn)真執(zhí)行趟車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)附掛運(yùn)行途中對(duì)機(jī)車狀態(tài)的監(jiān)視。

上述措施規(guī)范和細(xì)化了附掛機(jī)車乘務(wù)員的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和非正常行車作業(yè)流程，實(shí)踐證明措施可靠有效，為附掛機(jī)車的行車安全提供了有力保障。

[1]陳純北,等. 內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)用典型故障案例分析[M].北京: 中國鐵道出版社，2012.

[2]王龍,王志芳.防止DF4電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車逆向加載的措施[J].鐵道機(jī)車車輛工人, 2003,(7):4-7.Failure analysis and Countermeasures of the Reverse Loading for DF4CDiesel Locomotive

WANGLong1,2

(1Postgraduate Faculty of China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081,China; 2Locomotive Department of Jinan Railway Bureau, Jinan 255001 Shandong, China)

This paper analyzes a failure of the reverse loading for DF4Cdiesel locomotive, finds out main reason is the adhesion of traction electric's main contactor when the locomotive is running and suspended with others，and combining 《the locomotive operation procedures》， puts forward the corresponding preventive measures.

reverse loading; delays of wheel tyres; abrasion of wheel tyres; DC electric drive locomotive; the locomotive operation procedures

1008-7842 (2016) 04-0065-02

男，高級(jí)工程師(

2016-02-12)

U260.17+1

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.16