曲建國(guó)

摘要：近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越迅速。在電力機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，輪軌接觸狀態(tài)突然惡化時(shí)需采用增黏劑以改變輪軌黏著狀態(tài)，撒砂是最常見(jiàn)的方法。為了使機(jī)車更好發(fā)揮牽引、制動(dòng)性能，采用機(jī)車速度、蠕滑速度和輪緣加速度作為自動(dòng)撒砂控制指標(biāo)，以機(jī)車速度、蠕滑速度和輪緣加速度作為系統(tǒng)輸入，以撒砂動(dòng)作信號(hào)作為輸出，建立模糊撒砂控制系統(tǒng);然后根據(jù)系統(tǒng)的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)撒砂裝置閥門，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撒砂。

關(guān)鍵詞：HXD3B型;電力機(jī)車;撒砂系統(tǒng);優(yōu)化試驗(yàn)研究

以HXD3B型電力機(jī)車為研究對(duì)象，現(xiàn)有撒砂量要求為0～1.5L/min，出砂口距離軌面50±25mm的范圍比較寬泛，通過(guò)在試驗(yàn)軌道和正線上進(jìn)行不同撒砂量、不同出砂位置、不同軌面狀態(tài)、不同自動(dòng)撒砂截止速度等條件組合工況下的一系列啟動(dòng)與制動(dòng)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，來(lái)驗(yàn)證撒砂性能對(duì)機(jī)車牽引性能及制動(dòng)距離的影響，并提出能夠滿足機(jī)車輪軌增黏要求且合理的出砂位置、出砂量及自動(dòng)撒砂速度建議。

1重要性

隨著鐵路的不斷發(fā)展，電力機(jī)車不斷地投入運(yùn)營(yíng)，對(duì)機(jī)車的性能要求也越來(lái)越高，由于機(jī)車需要的牽引力大，因此也要確保輪軌之間有好的黏著狀態(tài)以發(fā)揮出足夠的黏著率。在電力機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)車依靠輪軌間的黏著產(chǎn)生黏著力，從而列車實(shí)現(xiàn)牽引與制動(dòng)，機(jī)車黏著力的發(fā)揮與輪軌之間的黏著水平息息相關(guān)。輪軌黏著性能受到諸多因素的影響，比如樹(shù)葉、油脂、冰、雪和水等。當(dāng)這些影響?zhàn)ぶ阅艿奈廴疚锔街阡撥壉砻鏁r(shí)，會(huì)使輪軌黏著特性急劇下降，從而導(dǎo)致機(jī)車輪對(duì)發(fā)生空轉(zhuǎn)或滑行，造成輪軌擦傷甚至脫軌等事故。在輪軌干燥、清潔的情況下，機(jī)車黏著力的發(fā)揮往往是足夠的，而在軌面濕滑的情況下，黏著系數(shù)往往會(huì)大大降低，不能滿足機(jī)車運(yùn)行的要求。改變輪軌之間的狀態(tài)可以有效地增強(qiáng)黏著，可以通過(guò)噴射水流或者空氣去除軌道上的污染物。此外，還可以使用輪軌增黏劑的方法提高輪軌黏著性能，如通過(guò)噴射砂?；蛘咛沾闪Ｗ痈纳戚嗆夝ぶ鵂顟B(tài)，撒砂是最常見(jiàn)的黏著劑。在軌面存在污染物的情況下，撒砂對(duì)于提高黏著系數(shù)，改善軌面黏著性能的效果往往是明顯的。但是在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，撒砂會(huì)造成如下問(wèn)題：影響信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行;增加鐵路維護(hù)成本和維護(hù)量;撒砂過(guò)量會(huì)造成砂子浪費(fèi)以及埋軌現(xiàn)象等。

2研究目的

和諧型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車具有啟動(dòng)牽引力大、加速快的特點(diǎn)，為充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，要保證足夠的輪軌黏著力，避免在啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)發(fā)生輪軌空轉(zhuǎn)及滑行。機(jī)車撒砂的性能的發(fā)揮對(duì)輪軌增黏有很大影響，撒砂量過(guò)大，不足以保證輪軌黏著力，撒砂量過(guò)大又容易導(dǎo)致砂粉覆蓋軌面造成輪軌接觸瞬間分離，造成機(jī)車信號(hào)絕緣。以HXD3B型電力機(jī)車為9600kW大功率交流傳動(dòng)貨運(yùn)電力機(jī)車為研究對(duì)象。通過(guò)對(duì)不同撒砂量和不同出砂口位置工況時(shí)機(jī)車牽引能力、不同撒砂量和不同撒砂速度范圍時(shí)單機(jī)緊急制動(dòng)能力進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析得出撒砂量和出砂口位置對(duì)機(jī)車牽引能力發(fā)揮的影響、撒砂量和撒砂速度范圍對(duì)單機(jī)緊急制動(dòng)能力的影響。

3優(yōu)化措施分析

3.1輔助撒砂功能

HXD3B系列機(jī)車撒砂裝置還有兩個(gè)輔助撒砂功能，一是安裝了筒加熱器，天氣潮濕時(shí)，打開(kāi)交流撒砂加熱開(kāi)關(guān)，筒加熱器給燒結(jié)板加熱，防止燒結(jié)板上面的砂子潮濕板結(jié);二是設(shè)計(jì)有干燥風(fēng)源，天氣潮濕時(shí)，打開(kāi)直流撒砂加熱開(kāi)關(guān)，加熱后的壓縮空氣從干燥氣阻氣門dT流經(jīng)燒結(jié)板，干燥砂箱內(nèi)的砂子，防止砂箱內(nèi)砂子板結(jié)并疏松砂子。此時(shí)，砂箱內(nèi)的壓縮空氣壓力增大，撒出的砂子的砂量相應(yīng)增加。

3.2故障維修方面

HXD3B系列機(jī)車撒砂裝置出現(xiàn)不撒砂情況后，故障處理非常麻煩，需要檢修人員先將對(duì)撒砂閥從砂箱上拆解下來(lái)進(jìn)行檢查和檢修，然后由整備人員將砂箱內(nèi)機(jī)砂進(jìn)行回收，撒砂閥檢修完畢并安裝到砂箱上，由整備人員重新進(jìn)行上砂、試驗(yàn)。1個(gè)撒砂閥故障處理時(shí)間大概況需要30～40min，如全車撒砂閥故障，整臺(tái)機(jī)車故障處理時(shí)間大概需要4～5h，極大的增加了檢修、整備人員的工作量，而且嚴(yán)重影響機(jī)車運(yùn)用。

3.3試驗(yàn)要點(diǎn)

（1）潮濕軌面撒砂之后機(jī)車輪周牽引力平均比濕軌不撒砂時(shí)的輪周牽引力有所提高，但恢復(fù)不到干燥軌面時(shí)狀態(tài);說(shuō)明撒砂能夠改善機(jī)車輪軌間的粘著狀態(tài)，對(duì)于機(jī)車起動(dòng)加速的優(yōu)化效果明顯，但恢復(fù)不到干燥軌面的粘著狀態(tài)。（2）在潮濕軌面下，不同撒砂量和出砂口位置時(shí)的機(jī)車輪周牽引力發(fā)揮總體上無(wú)明顯差異，撒砂量和出砂口位置對(duì)機(jī)車輪周牽引力的影響無(wú)明顯規(guī)律。HXD3B機(jī)車在潮濕軌面各工況中輪周牽引力差異不大。（3）不同撒砂量和不同撒砂速度范圍內(nèi)的單機(jī)緊急制動(dòng)距離差異較小。由于機(jī)車單機(jī)緊急制動(dòng)性能也受制動(dòng)系統(tǒng)以及制動(dòng)盤片間狀態(tài)影響，實(shí)測(cè)各種工況下的制動(dòng)距離差異屬于正常變化誤差范圍之內(nèi)。因此撒砂對(duì)單機(jī)緊急制動(dòng)性能的影響較小。（4）各撒砂方案正線對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)濕軌狀態(tài)下，滿級(jí)牽引時(shí)機(jī)車空轉(zhuǎn)比較嚴(yán)重，通過(guò)撒砂能夠有所抑制空轉(zhuǎn)，但機(jī)車牽引力恢復(fù)不到牽引特性要求值?？傮w上說(shuō)，各工況下機(jī)車發(fā)揮的粘著牽引力差異不明顯。單機(jī)緊急制動(dòng)后，各種工況下的單機(jī)實(shí)施緊急制動(dòng)停車后其前后信號(hào)燈均顯示正常。

3.4HXD3B系列機(jī)車撒砂管撒砂不良解決措施

為解決該型機(jī)車撒砂閥不撒砂的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)其它路局撒砂閥改造方案情況進(jìn)行了咨詢。通過(guò)咨詢發(fā)現(xiàn)，由于原車裝置的壓差式撒砂閥故障率高、維修困難、影響機(jī)車運(yùn)用，對(duì)HXD型機(jī)車撒砂閥進(jìn)行了大批量改造，目前使用重力式撒砂閥而且將原車撒砂管進(jìn)行了加粗改造，撒砂故障明顯減少，檢修維護(hù)也十分方便，該撒砂閥雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是有缺點(diǎn)：一是重力式撒砂量很大，撒砂量為1～1.5L/min且調(diào)整困難，逢雨、雪天氣耗砂量大，不適合機(jī)車長(zhǎng)途運(yùn)行;二是由于該撒砂閥進(jìn)風(fēng)管路上未安裝逆止閥，機(jī)車撒砂停止后，撒砂電磁閥回風(fēng)易造成機(jī)砂從閥內(nèi)出風(fēng)縮堵向來(lái)風(fēng)管路逆流，造成出風(fēng)縮堵或來(lái)風(fēng)管堵塞。

4結(jié)語(yǔ)

模糊控制規(guī)則時(shí)模糊系統(tǒng)的核心。模糊控制的規(guī)則庫(kù)是由一系列的“IF-THEN”型的模糊條件句所構(gòu)成的。條件句的前件為輸入變量，后件為輸出變量。本文通過(guò)總結(jié)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)知識(shí)建立模糊規(guī)則庫(kù)。機(jī)車速度越高，撒砂對(duì)改變輪軌黏著的影響不明顯，因此撒砂的傾向越小;蠕滑速度衡量輪對(duì)空轉(zhuǎn)/滑行的程度，蠕滑速度越大，即代表空轉(zhuǎn)/滑行的程度越大，越需要撒砂;輪緣加速度是衡量空轉(zhuǎn)變化快慢的指標(biāo)，輪緣加速度越大，越傾向于撒砂。

參考文獻(xiàn)：

[1]HX3D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車運(yùn)用保養(yǎng)說(shuō)明書(shū)[Z].中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司，2007.

[2]HX3D型交流傳動(dòng)電力機(jī)車檢修手冊(cè)[Z].中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司，2007.

（作者單位：中國(guó)鐵路哈爾濱集團(tuán)有限公司（哈爾濱機(jī)務(wù)段））