HXD3B型電力機車撒砂系統優化試驗研究

曲建國

摘要：近年來，隨著社會的發展，我國的科學技術的發展也越來越迅速。在電力機車運行過程中，輪軌接觸狀態突然惡化時需采用增黏劑以改變輪軌黏著狀態，撒砂是最常見的方法。為了使機車更好發揮牽引、制動性能，采用機車速度、蠕滑速度和輪緣加速度作為自動撒砂控制指標，以機車速度、蠕滑速度和輪緣加速度作為系統輸入，以撒砂動作信號作為輸出，建立模糊撒砂控制系統;然后根據系統的輸出信號驅動撒砂裝置閥門，實現自動撒砂。

關鍵詞：HXD3B型;電力機車;撒砂系統;優化試驗研究

以HXD3B型電力機車為研究對象，現有撒砂量要求為0～1.5L/min，出砂口距離軌面50±25mm的范圍比較寬泛，通過在試驗軌道和正線上進行不同撒砂量、不同出砂位置、不同軌面狀態、不同自動撒砂截止速度等條件組合工況下的一系列啟動與制動試驗，經過試驗數據的對比分析，來驗證撒砂性能對機車牽引性能及制動距離的影響，并提出能夠滿足機車輪軌增黏要求且合理的出砂位置、出砂量及自動撒砂速度建議。

1重要性

隨著鐵路的不斷發展，電力機車不斷地投入運營，對機車的性能要求也越來越高，由于機車需要的牽引力大，因此也要確保輪軌之間有好的黏著狀態以發揮出足夠的黏著率。在電力機車運行過程中，機車依靠輪軌間的黏著產生黏著力，從而列車實現牽引與制動，機車黏著力的發揮與輪軌之間的黏著水平息息相關。輪軌黏著性能受到諸多因素的影響，比如樹葉、油脂、冰、雪和水等。當這些影響黏著性能的污染物附著在鋼軌表面時，會使輪軌黏著特性急劇下降，從而導致機車輪對發生空轉或滑行，造成輪軌擦傷甚至脫軌等事故。在輪軌干燥、清潔的情況下，機車黏著力的發揮往往是足夠的，而在軌面濕滑的情況下，黏著系數往往會大大降低，不能滿足機車運行的要求。改變輪軌之間的狀態可以有效地增強黏著，可以通過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，如通過噴射砂粒或者陶瓷粒子改善輪軌黏著狀態，撒砂是最常見的黏著劑。在軌面存在污染物的情況下，撒砂對于提高黏著系數，改善軌面黏著性能的效果往往是明顯的。但是在機車運行過程中，撒砂會造成如下問題：影響信號系統的正常運行;增加鐵路維護成本和維護量;撒砂過量會造成砂子浪費以及埋軌現象等。

2研究目的

和諧型大功率交流傳動電力機車具有啟動牽引力大、加速快的特點，為充分發揮其性能優勢，要保證足夠的輪軌黏著力，避免在啟動或制動時發生輪軌空轉及滑行。機車撒砂的性能的發揮對輪軌增黏有很大影響，撒砂量過大，不足以保證輪軌黏著力，撒砂量過大又容易導致砂粉覆蓋軌面造成輪軌接觸瞬間分離，造成機車信號絕緣。以HXD3B型電力機車為9600kW大功率交流傳動貨運電力機車為研究對象。通過對不同撒砂量和不同出砂口位置工況時機車牽引能力、不同撒砂量和不同撒砂速度范圍時單機緊急制動能力進行試驗研究，對試驗結果進行對比分析得出撒砂量和出砂口位置對機車牽引能力發揮的影響、撒砂量和撒砂速度范圍對單機緊急制動能力的影響。

3優化措施分析

3.1輔助撒砂功能

HXD3B系列機車撒砂裝置還有兩個輔助撒砂功能，一是安裝了筒加熱器，天氣潮濕時，打開交流撒砂加熱開關，筒加熱器給燒結板加熱，防止燒結板上面的砂子潮濕板結;二是設計有干燥風源，天氣潮濕時，打開直流撒砂加熱開關，加熱后的壓縮空氣從干燥氣阻氣門dT流經燒結板，干燥砂箱內的砂子，防止砂箱內砂子板結并疏松砂子。此時，砂箱內的壓縮空氣壓力增大，撒出的砂子的砂量相應增加。

3.2故障維修方面

HXD3B系列機車撒砂裝置出現不撒砂情況后，故障處理非常麻煩，需要檢修人員先將對撒砂閥從砂箱上拆解下來進行檢查和檢修，然后由整備人員將砂箱內機砂進行回收，撒砂閥檢修完畢并安裝到砂箱上，由整備人員重新進行上砂、試驗。1個撒砂閥故障處理時間大概況需要30～40min，如全車撒砂閥故障，整臺機車故障處理時間大概需要4～5h，極大的增加了檢修、整備人員的工作量，而且嚴重影響機車運用。

3.3試驗要點

（1）潮濕軌面撒砂之后機車輪周牽引力平均比濕軌不撒砂時的輪周牽引力有所提高，但恢復不到干燥軌面時狀態;說明撒砂能夠改善機車輪軌間的粘著狀態，對于機車起動加速的優化效果明顯，但恢復不到干燥軌面的粘著狀態。（2）在潮濕軌面下，不同撒砂量和出砂口位置時的機車輪周牽引力發揮總體上無明顯差異，撒砂量和出砂口位置對機車輪周牽引力的影響無明顯規律。HXD3B機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的單機緊急制動距離差異較小。由于機車單機緊急制動性能也受制動系統以及制動盤片間狀態影響，實測各種工況下的制動距離差異屬于正常變化誤差范圍之內。因此撒砂對單機緊急制動性能的影響較小。（4）各撒砂方案正線對比驗證試驗濕軌狀態下，滿級牽引時機車空轉比較嚴重，通過撒砂能夠有所抑制空轉，但機車牽引力恢復不到牽引特性要求值。總體上說，各工況下機車發揮的粘著牽引力差異不明顯。單機緊急制動后，各種工況下的單機實施緊急制動停車后其前后信號燈均顯示正常。

3.4HXD3B系列機車撒砂管撒砂不良解決措施

為解決該型機車撒砂閥不撒砂的問題，通過對其它路局撒砂閥改造方案情況進行了咨詢。通過咨詢發現，由于原車裝置的壓差式撒砂閥故障率高、維修困難、影響機車運用，對HXD型機車撒砂閥進行了大批量改造，目前使用重力式撒砂閥而且將原車撒砂管進行了加粗改造，撒砂故障明顯減少，檢修維護也十分方便，該撒砂閥雖然結構簡單，但是有缺點：一是重力式撒砂量很大，撒砂量為1～1.5L/min且調整困難，逢雨、雪天氣耗砂量大，不適合機車長途運行;二是由于該撒砂閥進風管路上未安裝逆止閥，機車撒砂停止后，撒砂電磁閥回風易造成機砂從閥內出風縮堵向來風管路逆流，造成出風縮堵或來風管堵塞。

4結語

模糊控制規則時模糊系統的核心。模糊控制的規則庫是由一系列的“IF-THEN”型的模糊條件句所構成的。條件句的前件為輸入變量，后件為輸出變量。本文通過總結實際工程經驗以及相關知識建立模糊規則庫。機車速度越高，撒砂對改變輪軌黏著的影響不明顯，因此撒砂的傾向越小;蠕滑速度衡量輪對空轉/滑行的程度，蠕滑速度越大，即代表空轉/滑行的程度越大，越需要撒砂;輪緣加速度是衡量空轉變化快慢的指標，輪緣加速度越大，越傾向于撒砂。

參考文獻：

[1]HX3D型交流傳動電力機車運用保養說明書[Z].中國北車集團大連機車車輛有限公司，2007.

[2]HX3D型交流傳動電力機車檢修手冊[Z].中國北車集團大連機車車輛有限公司，2007.

（作者單位：中國鐵路哈爾濱集團有限公司（哈爾濱機務段））