HXD3型機車制動系統及防滑技術思考

李輝

摘 要：近幾年，隨著我國經濟飛速增長，鐵路等交通基礎設施也得到相應發展。各種類型的機車被研發出來并應用于交通運輸領域。但是由于科技水平的不完善，使得提速后的機車，在制動工況下因為滑行而造成脫軌。本文以HXD3型機車為例，對其制動系統和防滑技術進行分析，旨在為機車防滑控制的研究提供一些幫助。

關鍵詞：HXD3；機車；防滑；制動系統

進入21世紀后，隨著我國經濟迅猛發展，鐵路、公路等等交通基礎設施建設也有了較大發展，開始走高速化、優質化道路。經濟發展帶動了交通運輸領域的發展，交通運輸發達又給經濟發展提供便利。為適應國民經濟的高速發展，HXD3、HXD3B、HXD3C、HXD3D等型號的機車投入使用也在不斷提高鐵路運輸能力和運輸速度。但是機車速度的提升需要輪軌之間有足夠的粘著力，而粘著力又隨速度的提高，可供利用率下降，容易使機車在運行中，因粘著系數的減小，使車輪空轉、滑行造成動輪擦傷，出現種種事故。如何加大研發力度，完善機車制動系統和防滑技術，是我們當前亟待解決的重要課題。本文以HXD3型號機車為研究對象，簡要探析如何進一步完善其制動系統和防滑技術。

1 機車制動防滑系統整體概述

近年來，隨著我國經濟發展，交通貨運需求也隨之增加。為解決貨運需求，大連機車開始研發大功率交流傳動貨運電力機車。在與日本東芝合作后，首臺原型車編號SSJ3-0001，后改名為DJ3，于2003年年底完成。這也是HXD3型號機車的原型。這些機車為我國經濟發展提供了有力的運輸保障。但是隨著經濟發展，對機車速度和貨運量的要求不斷增加，高速化成為未來的發展方向。如何在保證安全的情況下，最大限度的提升機車的運營速度和運營效率成為我國交通運輸發展的需要思考的重要課題。針對這些問題國內外相關領域的專家學者進行了長期、大量的研究實踐。

1.1 機車防滑的必要性

不論那種型號的機車，在其運營過程中，有效防滑都是亟待解答的重要問題。首先，在機車運行中，滑行會造成車輪擦傷。在機車高速行駛期間，擦傷的車輪會引發一系列隱患，使得軸承溫度過高、損害軌道，甚而危機行車安全。因此，機車運營中，制動防滑是十分必要的。要在機車安裝防滑器，防止車輪因滑行擦傷，并盡量使制動力接近粘著力，為行車安全提供最大限度的保障。

1.2 國外機車制動防滑技術研究現狀

由于機車運行過程中，因為種種因素，會出現滑行，進而擦傷車輪，威脅行車安全。科學家開始研發制動防滑裝置。1948年，美國的WestinghouseAir Brake公司研發了鐵路機車專用的ABS裝置用以防治車軸磨損情況的發生。之后，世界其他國家也相繼用撒沙等方式來防滑，但效果不明顯。但隨著科技手段進步，國外專家學者不懈努力，經過大量研究實驗，針對本國實際，在總結適合本國的粘著系數推薦值基礎上，研發出適合本國的防滑制動系統，取得良好效果。經過十幾年發展，機車制動防滑系統有了極大進步，例如日本運用滑行檢測再粘著裝置等提高粘著力。

1.3 國內機車制動防滑技術研究現狀

針對機車運行中車輪的滑行擦傷現象，我國專家學者也進行了大量的研究實踐，提出了切實可行的解決方案。60年代中期，我國研發出機械-空氣式；80年代，對單板機制動防滑系統進行研究。到1985年，我國進入危機控制防滑器的時代。1992年鐵科院研制成功TFXl型防滑器，廣泛應用于鐵路機車。而進入新世紀后，所有旅客列車都按照鐵道部要求，安裝了電子防滑器。機車運行過程中車輪滑行擦傷問題得到很大解決。但是我國在這方面的研究與國外先進水平還有一定差距，理論不完善。技術也相對落后，需要借鑒國外先進經驗，繼續努力。

2 HXD3型機車的制動系統

2.1 HXD3型機車的技術采用

（1）真空斷路器。這項技術是利用真空來作為絕緣和滅弧的介質。在真空狀態下的，絕緣度強，電弧擴散能力大，利用這兩者的去游離作用來進行滅弧的。真空斷路器比空氣斷路器具有更多的優點，如結構監督、速度快、絕緣度高等等。且由于真空滅弧室不用檢修，給整機維修工作帶來很大便利。

（2）主變壓器特點。HXD3型機車采用法國NEXANS公司的端子制作高壓線。在低壓套管出線裝置中采用了新型合成樹脂的出線裝置，使得拆裝便利，且使用時間長久。除此之外，其變壓器還具備抗震等等特點。維修保養方便。

（3）受電弓。HXD3機車采用的受電弓更加先進。對受電弓磨損電網的情況有極大改善。保障了機車的良好運行。

（4）復合冷卻器。HXD3型復合冷卻器設計上采用上部水散熱器，油散熱器，使得性能更加優良，且體積小、重量輕。與之相比，空氣冷卻復合冷卻器，散熱效果差，維修過于繁瑣。

（5）牽引電動機。HXD3型機車，采用日本東芝公司研發設計的交流電引動機。負載軸相對輕，對軌道壓力小，有利于機車的良好運行。

（6）制動系統。HXD3型機車采用的是CCBⅡ空氣制動機。這款制動機已經在全國范圍內得到推廣。

3 HXD3型機車防滑控制技術

防滑控制系統是HXD3型機車制動系統的重要組成部分，能夠防止機車在運行過程中，由于車輪滑動，造成事故。

3.1 HXD3型機車的結構分析

（1）防滑控制系統基本組成。由圖1 可見防滑控制系統包括防滑排風閥、滑行檢測器、速度傳感器等等部分。其中滑行檢測器是防滑控制系統的核心。

（2）工作原理。當機車啟動制動系統時，受當時天氣、線路等等因素的影響，粘著力也產生變化。當粘著力比制動力消失，車輪就會出現滑動的現象，轉速降低。速度檢測傳感器檢測到這一變化，經由滑行檢測器計算后，發出指令，制動缸會降低制動力，緩解車輪滑動情況，達到避免機車事故的效果。

3.2 HXD3型機車的參數分析

當機車的制動力大于粘著力時，車輪則會滾動，免于滑行，造成行車危險。因此滑行檢測的關鍵環節在于判斷防滑器滑行的時機。如果過早，則造成制動距離延長，過晚，則會產生車輪滑行，造成行車事故。所以，要選擇正確的防滑器控制參數。主要有以下幾方面數據參考：（1）基準速度的確定。（2）速度差判斷。（3）滑移率判據。（4）減速度和減速度微分判據。

3.3 HXD3型機車防滑控制的基本要求

想要使得機車防滑控制系統良好運行，有幾下幾方面基本要求，需要工作人員加以重視。（1）高靈敏度。一般情況下，機車運行速度較快，飛速的轉動的車輪粘著系數本身較低。一旦某一車輪發生滑動，要被及時、迅速的檢測出來。因此，防滑器必須十分靈敏，才能在危機情況下迅速做出反應。（2）防滑性能好。我們說的防滑性能實際就是指在機車行車中，車輪發生滑動現象，防滑檢測器檢測到之后，迅速做出反應，切斷動力制動的同時使制動缸壓力降低，在車輪恢復正常運轉后，制動缸再度充氣的過程。這需要各個部件具備高度靈敏反應，在危機發生時迅速采取措施，保證行車安全。

4 結語

有關HXD3型機車的制動系統和防滑技術方面的開發研究不是一蹴而就的，這是一個長期的、具有極強綜合性的過程，是由多個不同學科交叉而成的基礎性課題。隨著科技發展，HXD3機車應用的普及，對機車的制動系統和防滑技術提出了新的更高的要求。因此，我們應當在現有研究的基礎上，進一步完善模糊控制系統、研究高性能的防滑排風閘等等，為我國鐵路、公路等交通發展做出貢獻。

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