極寒環境下HXD3D型機車適應性研究

方坤榮

摘要：本文通過對HXD3D型機車運用現場實際情況進行考察，了解HXD3D型機車在極寒天氣下的運用性能，發現運用中出現的問題，便于后續機車的改進，提升用戶滿意度。

關鍵詞：極寒；HXD3D；適應性

引言：

HXD3D型交流傳動快速客運電力機車是在HXD3型和HXD3B 型電力機車基礎上研制的六軸7200kW干線客運電力機車，其滿足環境溫度在-40℃～+40℃的條件下平穩運行。[1]2017年12月，哈爾濱至滿洲里區間濱洲線電氣化鐵路全線開通，其客運線主要由配屬哈爾濱局三棵樹機務段HXD3D型機車擔當交路，該地區冬季最低氣溫可達-50℃以下，這是我公司生產HXD3D型機車首次在如此高寒地區運行，特對其適應性做出調研。

1機車適應性調查

1.1 空轉問題

冬季鋼軌由于其導熱散熱能力較好，極易結冰。對于客運線，在早上第一趟車運行時，由于一夜的空置，鋼軌會結一層薄冰，其輪軌關系最差，摩擦系數最小，很容易發生空轉，尤其遇到上坡道，極可能造成機車空轉嚴重，無法正常爬坡。三棵樹機務段HXD3D機車多臺機車因空轉問題，牽引力不足，造成機破。

在發生空轉時，一般司機為抑制空轉會進行將級位手柄拉回零位并進行點踩撒砂操作。此種操作在空轉不是很嚴重時能夠進行抑制，但在發生嚴重空轉時，其抑制效果甚微。HXD3D型機車為抑制空轉，其微機（TCMS）程序內能自行監測并發出指令控制牽引力輸出進行抑制緩解，所以建議在發生空轉時，不要進行回手柄操作。同時，由于撒砂系統管路為由機車中間部位向兩端排列，充風建立壓力時間較長，點踩撒砂將很難為管路建立壓力，可能造成無法正常撒砂。所以，在發生空轉時，建議司機不要操作級位手柄，并且踩住撒砂超過30秒直至空轉消失。

1.2 橡膠產品性能

機車上橡膠產品較多，多用于各種密封件及防護件。同時，橡膠件對溫度較敏感，超出其工作范圍很容易發生變質。由于HXD3D型機車能滿足-40℃溫度下運行，而濱州線西北部部分線路環境溫度最低已低于-40℃，高速運行時溫度將會更低，一般會比環溫還要低10℃以上。

受電弓阻尼器防護套為波紋式可伸縮橡膠產品。其位于機車車頂受電弓中組件，在進行升降弓時，隨阻尼器進行伸縮，起到防塵防護作用。其工況較為惡劣，運行中直接暴露在外，在哈局冬季環境中運行，車頂溫度可達到-50℃以下。機車回段整備時，時常發現部分防護套已經變質，變得非常脆，在升降弓過程中，極易發生斷裂。此處有防塵、防護作用，并不會對機車行車安全造成影響，但會對用戶日常檢修造成很多麻煩，在冬季將會增加很多檢修成本，建議對該防護套進行改造，使其適應高寒地區的運行工況。

安全閥，機車風管路中重要的組成部分，其通過彈簧的形變與橡膠密封圈的密封達到當超過規定風壓值時排風的目的。機車上常用的有1100kpa、950kpa和450kpa安全閥。在實際運用過程中，由于2017年冬的極寒天氣，對于橡膠密封件的考驗非常大，有部分機車出現450kpa安全閥在橡膠密封圈密封面處漏風現象。通過拆解發現橡膠密封圈相較原來存在變硬的現象，致使密封不嚴，出現漏風。應急處理可通過調大其整定值，使其密封處壓接更牢固進行處理，但機車回段后務必更換新的安全閥。由于本次極寒天氣為多年難遇的特殊情況，并且HXD3D型機車為首次在極寒天氣中運行，所以在做防寒加熱時未考慮到安全閥處的防寒問題，在今后做防寒時，可考慮在安全閥上，尤其是450kpa安全閥上增加加熱套，以保護其密封圈橡膠的性能。

制動軟管，位于機車走行部部分，分為制動缸軟管、停放缸軟管，型號共計6種，每臺車24根。在2018年2月，經過整個極寒天氣，在逐漸回暖時，發現車下制動軟管出現漏風現象，并且大范圍機車都存在一定程度的漏風。通過對多臺機車的普查，發現漏風處全部為風管壓接處。此種漏風尚未影響機車保壓，但無法排除進一步擴大漏風的風險，尤其停放制動管路，一旦漏風嚴重，達到無法充風保壓的情況，將會造成運行中停放制動抱閘，機車無法正常緩解，造成機破等一系列問題。為降低風險，將車下制動軟管進行全范圍的更換。對于出現漏風的制動軟管，將其返回生產廠家進行拆解分析，發現漏風處為橡膠密封圈與管路壓接實現密閉，此時該處密封圈已出現不同程度的龜裂，造成密封不良，出現漏風。通過了解，該處制動軟管在全國其他地區應用過程中并未出現過類似以上情況，并且2016年冬該批車在哈局運用時同樣沒有出現以上情況，而唯一不同的是2017年冬開通了濱州線，走進了我國北部極寒地帶。極低的溫度造成此處橡膠密封圈龜裂，出現漏風。

機車上橡膠產品一般適用溫度能達到-50℃，當超出其適用溫度，其將以很快速度發生變質，尤其以密封件體現最為明顯，將出現漏風、滲油等密閉不良的情況。對于在高寒地區運用的機車，在機車生產過程中如果能對橡膠產品的型號進行調整，以使其能適應極端溫度環境，將會大大提高機車在冬季的穩定性。

1.3 風管路中存水問題

在空氣壓縮機進行打風時，會將空氣中的水汽同樣打進總風中，在進入總風前通過干燥器將大部分水汽進行干燥，保障總風中基本不含水汽。但干燥器干燥效果不會達到100%，總會有部分水汽進入總風，并到達各支路中，主要存于制動管路及升弓管路中。

在制動管路中，由于總風到制動管路最先經過制動柜，并且制動柜處管路彎曲復雜，若有多余水汽大多存于此處。常見存水處為制動柜上壓力開關模塊處，在冬季，若該處不做防寒處理，壓力開關處通道將逐漸因水汽在管壁處析出冷凝水并凍結，使通道直徑變小，過風較慢，造成壓力值與實際值不符。出現在總風達到900kpa還繼續打風造成安全閥動作或當總風低于750kpa時空壓機也不進行打風等一系列反常現象。在制動柜各閥件模塊處，增加防寒加熱套可有效緩解制動柜處結冰情況。

在升弓管路中，由于管路要由機械間向車頂排列，到達受電弓，所以管路中存水的話將主要存于管路最低點，水會流到升弓氣路板上的壓力開關處，若此處凍結，將會造成升弓回路過風慢，受電弓氣囊壓力建立慢，嚴重時將會造成超出升弓時間，造成“自動降弓裝置動作”，使受電弓無法升起。若想使管路通暢，可在存水點管路設置一排水旁通及塞門，定期對升弓風回路進行排水，將有效解決此問題。

1.4 機車段備存放

機車除在線上運行外，一部分機車回段后會在段內停留較長時間，如果冬季機車長期處于室外冷機停放狀態，車頂受電弓等活動件將極易被凍住，造成想再次動作時，無法正常啟動。所以在冬季，機務段一般對電力機車打溫提出一定要求。

打溫時，一般要求打溫司機升弓使車上設備全部投入工作，使其處于熱機狀態，并將防寒加熱全部打開，一段時間后交替升另一個受電弓，確定兩個弓都處于可升起狀態，總打溫時間一般不低于20分鐘。并且當環境溫度在-20℃以下時，每隔2小時進行一次打溫，環境溫度在-20℃及以上時，每隔3小時進行一次打溫作業。此種方式很好的使機車一直處于熱備狀態，當臨時想用車時，可直接運用，極大的滿足用戶的使用要求。

結語：

通過此次調研，發現HXD3D型機車在高寒地區運行相對較為穩定，但暴露出的問題同樣很多，一些問題亟待解決。這只是HXD3D型機車度過的第一個極寒冬季，相信在今后的逐步改造改進中，該型車會越來越適應此環境下的運用，提高用戶運用滿意度。

參考文獻

[1]HXD3D型交流傳動快速客運電力機車使用說明書.中國北車集團大連機車車輛有限公司，2012.

（作者單位：中車大連機車車輛有限公司）