淺談機(jī)車防寒自控溫電加熱裝置

劉克巖

【摘 要】根據(jù)機(jī)車加裝碳纖維加熱套破損及接地的情況，分析SS4B機(jī)車改進(jìn)原有加熱裝置，加裝自控溫加熱裝置的必要性和可行性。針對自控溫加熱裝置的結(jié)構(gòu)特點，提出了新的安裝方案，裝車使用后，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，并提高了安全的可靠性。

【關(guān)鍵詞】朔黃鐵路;SS4B機(jī)車;防寒;自控溫加熱裝置

中圖分類號： U264.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0058-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.026

1 問題的提出

朔黃鐵路主要擔(dān)當(dāng)神池南至黃驊港的煤炭運(yùn)輸任務(wù)，全線位于北方寒冷地區(qū)，尤其是神池南地區(qū)，冬季極限溫度在-30℃以下，機(jī)車防寒問題非常突出。冬季運(yùn)用中存在的主要問題有：升弓空氣管路中各閥類因積水結(jié)冰而凍結(jié)，造成受電弓不能升起或卡滯;制動機(jī)系統(tǒng)中各閥類因積水結(jié)冰而凍結(jié)，造成制動系統(tǒng)故障;空氣干燥器排污閥及管路凍結(jié)造成干燥器工作不正常。上述故障的發(fā)生，對機(jī)車運(yùn)用造成了極大的安全隱患。因此在機(jī)車制動系統(tǒng)中的關(guān)鍵部位加裝電加熱裝置，防止出現(xiàn)凍結(jié)是很有必要。

為解決重要管路節(jié)點和閥體的凍結(jié)問題，通常采取加裝碳纖維加熱的方式。碳纖維加熱是目前應(yīng)用比較廣泛的一種加熱裝置。其價格低、柔軟性好，容易成型。但其也存在著明顯的不足：一是，絕緣性能不好，易造成輔助回路接地;二是，使用壽命短，使用一個季度后50%以上的加熱裝置需要更換;三是，溫度不能控制，當(dāng)環(huán)境溫度高時，其加熱溫度也高，甚至損壞機(jī)車管路或閥體內(nèi)部的橡膠件，造成其老化失效，影響了機(jī)車性能。在使用中雖然采取了縮短加熱裝置的更換周期，加強(qiáng)小輔修時的檢查等手段，但仍然無法解決上述的問題。因此，需要對原有的加熱裝置進(jìn)行改造，以提高加熱裝置的可靠性。

2 加熱裝置的改進(jìn)方案

近幾年，隨著電加熱材料的技術(shù)進(jìn)步，出現(xiàn)了多種新型電加熱材料和電加熱技術(shù)。其中，用可以自動控制加熱溫度的新型電加熱材料制作的加熱裝置比較合適于機(jī)車制動系統(tǒng)的防寒，可靠性更高。這種新型電加熱裝置就是自控溫電加熱裝置。

2.1 自控溫電加熱裝置的原理及特點

機(jī)車自控溫電加熱裝置以自控溫電伴熱線為發(fā)熱體，通過剪裁和組合，外部包裹橡塑保溫層和PVC塑料，形成各種長度和形狀的保溫護(hù)套，以適應(yīng)機(jī)車管路和閥體安裝的需要。具有以下特點 ：

（1）自控溫電加熱裝置的溫度自動控制，低溫啟動快。隨著溫度的變化，自動調(diào)節(jié)電阻大小。溫度低時，電阻減小，電流增大，發(fā)熱量增大;溫度高時，電阻增大，電流減小，發(fā)熱量減小。在高溫條件下最高65℃，低溫-20℃的條件下，120s內(nèi)可達(dá)到0℃以上。

（2）自控溫電加熱裝置的使用壽命長，其絕緣性能優(yōu)良，使用中不存在短路、接地故障，性能可靠。

（3）自控溫電加熱裝置根據(jù)需要剪裁成各種長度和形狀的保溫護(hù)套使用，安裝使用非常方便。便于各種閥體的拆裝檢修。

（4）自控溫電加熱裝置加熱到一定溫度時，自動降低工作電流，維持溫度恒定，有利于管路中閥體的正常工作，具有節(jié)能降耗的作用。

2.2 機(jī)車自控溫電加熱裝置主要技術(shù)參數(shù)

（1）電源：AC 220V±20% 或DC 110V±20%

（2）功率：26W/米（10℃）

（3）啟動電流：≤5A

（4）-20℃—0℃加熱時間：≤120s

（5）恒定溫度：≤65℃

（6）絕緣電阻：≥20MΩ

2.3 自控溫電加熱裝置的安裝設(shè)計

機(jī)車管路距離比較短，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在管路中還大量存在著各種閥體，需要經(jīng)常拆裝檢修。而自控溫電伴熱線屬于一次性安裝，而且對管路的走向、彎角有一定的要求，因此不便于直接安裝使用。

為保證裝置的安裝需要對自控溫電伴熱線，裁剪成一段一段的使用，對于閥體還要對多段電伴熱線進(jìn)行組合，這樣就破壞了原有的絕緣和防水結(jié)構(gòu)，需要重新對其進(jìn)行防護(hù)處理，防護(hù)處理的重點是電伴熱線的尾端和引線端。

先后采用了兩種方案，第一種方案是采用耐高溫玻璃纖維膠布、自拉伸絕緣膠布、PVC防水膠布、熱縮套管的防護(hù)處理，共分為四層結(jié)構(gòu)。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其密封性能不是很好，長時間使用過程中有開裂現(xiàn)象。同時不美觀，容易形成鼓包，不便于安裝。隨后又試制了第二種方案，即采用專用硅橡膠套，作為尾端和引線端的防護(hù)，密封絕緣效果良好，而 且美觀規(guī)整，使用方便。

經(jīng)過絕緣、防水處理后的電伴熱線，與保溫材料組合在一起，即形成了機(jī)車自控溫電加熱裝置。其分為管路安裝和護(hù)套安裝兩種類型。

其分層結(jié)構(gòu)如下（圖2）所示：

3 裝車后運(yùn)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

（1）2008年機(jī)輛分公司先后在SS4B0035、SS4B0036兩臺大修機(jī)車上進(jìn)行裝車試驗，經(jīng)過一年考核期，性能穩(wěn)定狀態(tài)良好;從2009年開始對其余直流電力機(jī)車全部安裝，截止到2013年4月份，未發(fā)生一起由于自控溫電加熱裝置產(chǎn)生的接地情況。

（2）機(jī)車防寒自控溫電加熱裝置溫度自動控制，溫度低時，功率增大;當(dāng)加熱到一定溫度后，自動降低功率，減少工作電流。比一般的恒功率加熱裝置，具有明顯的節(jié)能效果。其平均功率是碳纖維加熱裝置的50%。

按每臺機(jī)車安裝1000W的機(jī)車防寒自控溫電加熱裝置計算，每年可以節(jié)約電力1000W×100天×24小時=2400KWh（按每臺機(jī)車冬季使用100天計算）

按工業(yè)用電0.95元計算，可以節(jié)約電費(fèi)0.95×2400=1200元

機(jī)輛所屬按100臺機(jī)車計算，可節(jié)約電能1200×100=12萬元。

（3）機(jī)車防寒自控溫電加熱裝置使用壽命長，一般是碳纖維電加熱裝置的5倍，雖然價格比一般產(chǎn)品貴2倍，但折合到每年計算，是碳纖維電加熱裝置的2/5。

如果每臺機(jī)車電加熱產(chǎn)品安裝5000元計算，則每年可以節(jié)約成本：

5000元×2/5×100臺=20萬元。

4 自控溫電加熱裝置應(yīng)用前景

機(jī)車空氣管路上使用自控溫電加熱裝置防寒，可以有效地防止機(jī)車空氣管路凝冰、凍結(jié)、堵塞，保證機(jī)車空氣系統(tǒng)正常使用，保障了冬季機(jī)車行車安全。同時具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長的優(yōu)點。

機(jī)車自控溫電加熱裝置采用了自控溫電伴熱線，硅橡膠護(hù)套防護(hù)等新材料和新工藝，設(shè)計方便靈活，今后可以根據(jù)不同管路和閥體的需要，設(shè)計出多種規(guī)格型號的產(chǎn)品，應(yīng)用到不同型號電力機(jī)車上，具有廣闊的應(yīng)用前景。