大秦线SS4改进型机车动轮擦伤分析及对策

大秦线SS4改进型机车动轮擦伤分析及对策

第!"卷，第"期中国铁道科学#$%&!"’$&"

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文章编号：8((89:)"!（!((!）("9((!;9(<

大秦线!!"改进型机车动轮擦伤分析及对策

刘

宝

龙

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（大同铁路分局湖东电力机务段，山西大同

摘

要：根据分析认为，大秦线22:改进型电力机车动轮擦伤主要发生在高速区电阻制动时轮轨粘着平衡

遭到破坏导致动轮小滑行的情况下。同时指出，由于22:改进型电力机车防滑系统主要抑制宏观滑行，因此，要解决动轮擦伤问题，就要进一步改善22:改进型电力机车的电阻制动特性，一方面在进行电阻制动时，要防止励磁电流上升过快；另一方面则要在高速区对制动电流采取限流措施。

关键词：重载；动轮擦伤；电阻制动；改进措施中图分类号：>!)(&"<<：>!?!&?!8

文献标识码：-

（<）有节点电器误动作；

8综述

机车动轮擦伤对线路钢轨、运行安全、机车质量等方面都带来诸多不利的影响，并由此引发运行机车性能不稳定、机车维修成本增加、检修停时加大、运用机车供应紧张等问题。

大秦线是一条以22:改进型电力机车为主型牵引机车的重载单元列车运煤专线，是晋煤外运的主要通道，自8?;?年开通以来，先后开行过<(((@，)(((@及万吨重载列车。大秦线长大坡道多的具体地形特征，对重载列车的操纵以及牵引机车的性能提出了更高的要求。

在重载列车牵引操纵中，22:机车动轮擦伤是我们近来经常遇到问题，动轮擦伤的发生频率一度居高不下，!(((年共发生擦轮)?件，!((8年8至

［8］

《技规》“轮箍)月发生擦轮!!件。8!"条规定：踏面擦伤深度不超8AA，滚动轴承的轮箍踏面擦［8］

伤深度不超过(&=AA”。机车动轮擦伤会带来许多危害。一是擦伤的动轮在运行中会不断打击钢轨，速度越高打击作用越大，导致轨面砸伤；二是运行中的机车在制动调速时，往往在动轮擦伤处引起再次滑行，破坏制动时机车的轮轨粘着；三是机车在运行中的强烈振动给机车质量状态带来严重影响，这些影响主要包括：

（8）牵引电机主极绕组断；（!）齿轮箱裂纹；（"）抱轴箱裂纹；（:）转向架构架裂纹；

!原因分析

不同原因导致的动轮擦伤有其不同的特征，一

般说来，空气制动导致的擦轮，特征为局部或单个轮擦伤，电阻制动导致的擦轮，特征为连续或多个轮擦伤，而由于齿轮固死导致的擦轮，其特征为擦伤度通常较深。在我段发生的22:改机车动轮擦伤

中，由于机车在制动调速中进行电阻制动而导致动轮擦伤的比例最高，大约占到=(B左右。!"#性

长大下坡道上重载列车使用电阻制动的必要重载列车在长大下坡道上运行时，由于列车长、牵引重量大，使重载列车利用空气制动进行调速制动受到了制约：一是列车的最低缓解速度不能

［!］

低于"(CA DE8，否则会发生断钩的危险；二是由于列车缓解时，充风时间长，列车在调速制动时

制动周期不能太短，必须保证列车有充足的充风时间，否则列车的空气制动力将会在连续的周期制动中逐步丧失，危及列车运行安全。列车在长大下坡

收稿日期：!((89(;9!=

作者简介：刘宝龙（8?);—），男，河北张家口人，工程师。

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改进型机车动轮擦伤分析及对策

道上进行周期制动时，电阻制动不仅可以提高最低缓解速度，而且可以延长制动周期，消除空气制动引起断钩及制动力丧失的隐患。!!"改进型电力机车在电阻制动方面进行了技术改造，特别是在低速区（##$% &’(以下）加入了加馈电阻制动的功能，使!!"机车的电阻制动效能大为改善，并且完全能够满足坡道值为)*以下的调速要求。为此，重载列车在长大下坡道上进行调速制动时，必须要以电阻制动为主，以空气制动为辅，充分发挥机车电阻制动在长大下坡道上的调速作用。!"!

电阻制动工况轮轨粘着分析

在长大下坡道上频繁使用电阻制动，既解决了空气制动存在的问题，也给重载列车操纵带来了新的课题，即在高速区进行电阻制动容易引起机车动轮擦伤。

我们知道，机车动力的形成最终依靠的是轮轨之间的粘着平衡，一旦这种平衡被打破，便会发生空转或滑行。以下是导致轮轨间粘着系数降低的常见原因：

表!

$12 &#1$%干燥潮湿

’(

（(）动轮踏面或轨面潮湿；（+）牵引电机特性不均；（#）动轮直径不一致；（"）动轮荷载不均；（,）钢轨下沉或轨面不平；

而在运行中发生的擦轮，多数是由于轮轨之间的粘着平衡被破坏所导致。

以下是列车制动时轨面干燥与轨面潮湿情况下

［"］

制动粘着系数!-的计算公式：

干燥轨面：

",/0.

!-!./.0+""+0."#潮湿轨面：

(#/,,

!-!./.".,"(+."#式中，!-———制动粘着系数；

——列车运行速度1$% &’(。#—

由此可计算出在这两种情况下的最大粘着力，如表(所示。

不同状况下粘着力计算

()"

"../+("#),/4./(+,++,/"

,../+.4#30/4./(+.+(0/"

0../+.,#04/3./((0+.4/+

3../+.(#0+/"./((++.+/.

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(.../()4#"./)./(.+()#/4

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#../++.#40/3./(#(+#0/+

!-%1$5!!-%1$5!

根据表(可得!!"改电力机车在不同轨面条件下的粘着限制曲线（见图(）。

图(为!!"改进型电力机车电阻制动特性曲线及在不同轨面条件下的粘着限制曲线。图中双点线!为轨面干燥时的制动粘着限制曲线；双点线"为

轨面潮湿时的制动粘着限制曲线；实线#为!!"

［"］

改进型电力机车的电阻制动特性曲线。

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卷

水就比较突出，从而导致轨面潮湿，隧道成了因电阻制动而引发擦轮的多发地段。这不仅极大地限制了机车在长大下坡道上电阻制动性能的发挥，而且给安全行车也带来了隐患。

由以上分析可以看出，要防止!!"改进型电力机车动轮擦伤，一是要改善线路条件，加强隧道的维修整治；二是要改善操纵方法，如在电阻制动时提前撒砂就是既有效又简便的方法；三是对!!"改进型电力机车在电阻制动及抑制滑行方面进行相应的改进。!"#

电阻制动工况动轮滑行导致擦轮机理分析如前所述，电阻制动引发的动轮擦伤痕迹，通常是连续性的，擦伤深度也不及空气制动所引发的动轮擦伤。这就说明，电阻制动导致的擦轮并不象因空气制动导致的擦轮那样动轮会被抱死（加速度很大），而是“边转边擦”。“在电机电流对应的牵引力或电阻制动力只稍大于临界粘着值时，轮对可

能发生缓慢发展的小空转或小滑行”［#］。如图$所示，图中!是列车运行速度，"是动轮转动角速

度，#是动轮半径，$%是轮轴电阻制动力，%!是轮轨粘着摩擦力，&为轮轨粘着点，当轮轴电阻制动力恰好只略大于轮轨之间的粘着摩擦力使动轮处于小滑行状态时，擦伤则会发生在动轮转动的过程中，并且"#’!。

此时"并不会迅即大幅度下降，而是在略有降低后维持在一个稍低的水平，使这种小滑行

状态得以维持，从而导致动轮发生连续性擦伤。

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第,期大秦线99"改进型机车动轮擦伤分析及对策

,.

，!"，!"导通。电容#以固定速度经!$（%&%’）

!(（"()*）放电，放电时间常数为

$!"（!(#!$）

积分环节输出%+按固定比例上升，并最终跟

［,］

踪到输入值%，上升速度为

-%+

.&%/! +0.!-&

指令从)上升至最大值的时间大约为1+。为了更加有效地抑制因指令突然上升造成的电流冲击，我们将电阻2$的阻值由原来的%&%’改变为1&1’，这样使电容#的放电时间常数得以延长，为原来的%&1/倍，使指令从)上升至最大值的时间由原来的1+延长到./&3+，励磁电流指令上升速度为

-%+

-&

!)&"(! +0.经测试得到的指令上升时间对照情况如表%所示。

表!

改进前后指令上升时间对照

指令电压4!.%,"/1(改进前4+.&.%%&%,,&%)"&"/

/&%)

1&).

1&.$

改进后4+

,&%.

/&,.

(&""

3&,...&(/.,&$).1&(.

改进后，经过试运行观察，励磁电流上升速度大为缩短，大大减少了在电阻制动时的列车冲动。即使在瞬间将制动级位推到最大位置，机车也比较平稳。这便极大地减少了操纵时由于制动级位给定不当而造成动轮擦伤的可能性。!"!

改进制动附加限制环节

图,中$即为制动附加限制环节。该环节电路

如图/所示［,］

。

*

对于99"改进型电力机车，*?)&),%.。

由此式计算出改造后的制动力特性曲线如图(所示。

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