石謹(jǐn)瑞

摘要：HXD3型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車是我國重載鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中的主力型機(jī)車。作為HXD3型大功率電力機(jī)車高壓電器的重要組成部件，主斷路器用于接通牽引傳動(dòng)電路，同時(shí)對(duì)機(jī)車進(jìn)行過載以及短路保護(hù)，其可靠性直接影響機(jī)車的安全運(yùn)行。因此，本文針對(duì)HXD3型電力機(jī)車主斷路器可靠性進(jìn)行分析研究，并提出改善主斷路器可靠度的措施。

關(guān)鍵詞：HXD3型電力機(jī)車;主斷路器;可靠性

0 ?引言

2014年4月，在大秦鐵路上，我國成功進(jìn)行了牽引重量為3萬噸的重載列車試驗(yàn)，這標(biāo)志著我國鐵路重載技術(shù)邁入世界領(lǐng)先水平，被視為我國重載鐵路發(fā)展的里程碑。隨著"一帶一路"戰(zhàn)略的實(shí)施，我國與沿線國家的聯(lián)系日趨緊密，商品貨物運(yùn)輸量急劇增加，重載鐵路將迎來發(fā)展的黃金時(shí)期。根據(jù)規(guī)劃，我國將新建專用重載鐵路，同時(shí)對(duì)既有客貨混運(yùn)鐵路進(jìn)行改造，逐步升級(jí)為重載鐵路。2019年9月，全長(zhǎng)1813.5公里的浩吉鐵路建成通車。浩吉鐵路是世界上一次建成、里程最長(zhǎng)的重載鐵路，是新時(shí)代中國重載鐵路的標(biāo)桿工程。目前，在重載鐵路上承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)的主力機(jī)車為和諧型大功率電力機(jī)車，相對(duì)于傳統(tǒng)的直流電力機(jī)車，和諧型大功率電力機(jī)車具有功率大、黏著性能好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，其使用的交流傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力機(jī)車發(fā)展的趨勢(shì)。

HXD3型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車由中車大連機(jī)車車輛有限公司研發(fā)制造，軸式為Co-Co，機(jī)車軸輸出功率7200kW，最高運(yùn)行速度120km/h。機(jī)車滿足環(huán)境溫度在-40°C～40°C，海拔高度在2500m以下的條件，可以3組機(jī)車重聯(lián)控制運(yùn)行[1]。

電力機(jī)車的主斷路器具有多個(gè)組成部分，每一部分的運(yùn)行情況對(duì)于整體的運(yùn)行都有著至關(guān)重要的影響，因此可將HXD3型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的主斷路器視為一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)。楊云聰、王蘊(yùn)等[2-4]以串、并聯(lián)系統(tǒng)為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了可靠性研究分析。王華勝等[5]將可靠性劃分了不同的等級(jí)，采用綜合評(píng)分法對(duì)動(dòng)車組整車可靠性指標(biāo)分配。文獻(xiàn)[6-8]以可靠性為基礎(chǔ)進(jìn)行了建模，考慮了預(yù)防性維修的方式，以可靠度閾值為約束條件，當(dāng)部件可靠度衰減到標(biāo)準(zhǔn)閾值時(shí)進(jìn)行部件的維護(hù)，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 ?HXD3型電力機(jī)車主斷路器的優(yōu)點(diǎn)和工作原理

1.1 HXD3型電力機(jī)車主斷路器的優(yōu)點(diǎn)

HXD3型電力機(jī)車主斷路器在牽引電路的網(wǎng)側(cè)電路中，使用BVACN99型真空斷路器，具有工作狀態(tài)穩(wěn)定、絕緣性好、開斷容器大、使用壽命長(zhǎng)、便于維修等優(yōu)點(diǎn)。（圖1）

1.2 HXD3型電力機(jī)車主斷路器工作原理

當(dāng)主斷路器的控制電源得電時(shí)，電磁閥打開，儲(chǔ)風(fēng)缸中的壓縮空氣通過電磁閥進(jìn)入傳動(dòng)風(fēng)缸，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，連接活塞的高壓主觸頭也隨之發(fā)生位移。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到末端時(shí)，保持線圈通電，高壓主觸頭閉合，傳動(dòng)風(fēng)缸排出壓縮空氣，主斷路器閉合。當(dāng)主斷路器的控制電源失電時(shí)，保持線圈失電，恢復(fù)彈簧推動(dòng)活塞復(fù)位運(yùn)動(dòng)，高壓主觸頭斷開，真空開關(guān)管滅弧。當(dāng)活塞復(fù)位時(shí)，電磁閥關(guān)閉，分閘操作結(jié)束。

2 ?主斷路器可靠性模型

2.1 可靠性框圖

2.2 數(shù)學(xué)模型

從可靠性框圖可以看出，電磁閥、儲(chǔ)風(fēng)缸，傳動(dòng)風(fēng)缸、恢復(fù)彈簧、高壓主觸頭、保持線圈如果任一元件發(fā)生故障，主斷路器系統(tǒng)就無法工作，故主斷路器系統(tǒng)可視為串聯(lián)模型，其所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為：

為提高系統(tǒng)可靠度，可盡可能減少串聯(lián)單元數(shù);提高單元可靠性，降低其故障率λi（t）;縮短工作時(shí)間t[9]。

3 ?主斷路器可靠性預(yù)計(jì)與再分配

經(jīng)過可靠度再分配后，系統(tǒng)滿足了規(guī)定的可靠度指標(biāo)。

綜上所述，為了提高該主斷路器的可靠度，可采取以下措施：①采用剛度和強(qiáng)度較大的恢復(fù)彈簧;②對(duì)保持線圈進(jìn)行必要的技術(shù)的改進(jìn)，提高其運(yùn)行可靠性;③加強(qiáng)對(duì)主斷路器工作狀態(tài)的檢測(cè)，同時(shí)，增加各個(gè)原部件的保養(yǎng)次數(shù)。

主斷路器故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是開展可靠性分析的基礎(chǔ)，尤其是主斷路器在不同環(huán)境中運(yùn)用階段收集的數(shù)據(jù)，反映的問題更為典型，因此需要鐵路各部門協(xié)調(diào)配合，分析研究出故障機(jī)理。同時(shí)，基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以通過極大似然估計(jì)法等方法對(duì)主斷路器壽命可靠性進(jìn)行分析研究，結(jié)合部件維護(hù)模型，制定出高效、安全、綠色、經(jīng)濟(jì)的預(yù)防性維護(hù)策略，從而保證機(jī)車運(yùn)行的安全性。

對(duì)于某一串聯(lián)系統(tǒng)而言，由于其集成度較高，任一單元發(fā)生故障都會(huì)引起系統(tǒng)的無法正常運(yùn)行。本文建立了主斷路器串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型，對(duì)于不同單元的可靠度進(jìn)行了計(jì)算，將系統(tǒng)可靠性與可靠性指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)?shù)陀诖酥禃r(shí)，對(duì)可靠度較低的單元進(jìn)行可靠度調(diào)整。運(yùn)用此種方法，結(jié)合主斷路器工作實(shí)際情況，能夠有效的提高系統(tǒng)其可靠度，降低故障發(fā)生的可能性，保障機(jī)車運(yùn)行的安全性。

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