SS3型電力機(jī)車假空轉(zhuǎn)故障原因分析及處理

鄭 平，張惠山

（南昌鐵路局 福州機(jī)務(wù)段，福建福州350014）

SS3型電力機(jī)車假空轉(zhuǎn)故障原因分析及處理

鄭 平，張惠山

（南昌鐵路局 福州機(jī)務(wù)段，福建福州350014）

通過分析SS3型電力機(jī)車發(fā)生假空轉(zhuǎn)故障的原因，提出相應(yīng)的處理方法。為降低假空轉(zhuǎn)故障發(fā)生的次數(shù)，提出了一些建議。

電力機(jī)車；假空轉(zhuǎn)；原因分析；處理方法；建議

SS3型電力機(jī)車在運(yùn)行途中，牽引電機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩通過齒輪傳遞給車軸，再通過輪軌間的黏著產(chǎn)生縱向驅(qū)動力使機(jī)車向前運(yùn)行。司機(jī)操作不當(dāng)或軌面狀態(tài)不良等原因使機(jī)車驅(qū)動力大于輪軌間黏著力時，黏著將被破壞，在輪軌接觸點(diǎn)處出現(xiàn)車輪與鋼軌間的相對滑動，車輪在驅(qū)動力矩的作用下產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)而發(fā)生空轉(zhuǎn)（真空轉(zhuǎn)）。發(fā)生空轉(zhuǎn)時，機(jī)車速度傳感器反饋的速度差、加速度、加速度變化率中某個值會超過空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定值，系統(tǒng)就判斷機(jī)車發(fā)生了空轉(zhuǎn)，自動進(jìn)行減載、撒沙來抑制空轉(zhuǎn)，從而防止擦傷輪軌、減少空轉(zhuǎn)引起的牽引力損失，這種情況屬于發(fā)生真空轉(zhuǎn)時系統(tǒng)的正常動作。有時電力機(jī)車空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)速度傳感器、連接線路、空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板等部件發(fā)生故障會引起系統(tǒng)誤動作，即沒有發(fā)生輪對高速旋轉(zhuǎn)的空轉(zhuǎn)也進(jìn)行減載、撒沙等動作，這種情況俗稱為假空轉(zhuǎn)。頻繁發(fā)生假空轉(zhuǎn)會影響司機(jī)正常操縱機(jī)車，因此有必要分析電力機(jī)車發(fā)生假空轉(zhuǎn)故障的原因，并提出相應(yīng)的處理方法。

1 假空轉(zhuǎn)故障原因分析

1.1 速度傳感器故障

早期的SS3型電力機(jī)車是使用無源磁電式速度傳感器，由于磁電式速度傳感器故障率較高，因此近幾年已被有源光電轉(zhuǎn)速傳感器（簡稱速度傳感器）代替。2013年上半年福州機(jī)務(wù)段有多臺電力機(jī)車在運(yùn)行途中發(fā)生無名跳主斷路器故障，其中SS34125電力機(jī)車在運(yùn)行途中多次發(fā)生無名跳主斷路器故障影響機(jī)車正常運(yùn)行，技術(shù)人員多次上該車檢查后判斷是微機(jī)控制柜收到機(jī)車速度超過110 km/h的信號而切斷主斷路器。SS3型電力機(jī)車實(shí)際運(yùn)行速度不會超過110 km/h，微機(jī)控制柜發(fā)出切斷主斷路器的信號是速度測量誤差大導(dǎo)致的。由于福州機(jī)務(wù)段一時無法確定機(jī)車速度測量誤差大的原因，就將此情況反饋給微機(jī)控制柜制造公司，公司派來的技術(shù)人員添乘記錄了該車運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過查看該車運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)超速信號是第4輪對上速度傳感器發(fā)出的，該速度傳感器發(fā)出的異常速度信號還多次引起機(jī)車過曲線或道岔時發(fā)生假空轉(zhuǎn)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)SS34125電力機(jī)車第4輪對速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片磨損都較大，當(dāng)機(jī)車通過曲線或道岔時速度傳感器傳動軸受到額外的沖擊力，使速度傳感器傳動軸產(chǎn)生與機(jī)車輪對軸不同步的轉(zhuǎn)動，不同步轉(zhuǎn)動導(dǎo)致空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)測得的機(jī)車速度與機(jī)車實(shí)際速度產(chǎn)生差異，這種差異較大時就會發(fā)生假空轉(zhuǎn)故障。

1.2 連接線路不良

速度傳感器發(fā)出的信號需經(jīng)過插頭、接線盒插座、接線盒與車上端子排間的連線等才能輸送到空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)，其中裸露在機(jī)車車體外的部分容易出現(xiàn)故障。例如，機(jī)車運(yùn)行途中轉(zhuǎn)向架與車體間的位移、洗車用清洗劑滲入接插件等都可能引起連接線路不良的故障。

1.3 空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板

SS3型電力機(jī)車空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)電路原來是由頻率變換插件板與空轉(zhuǎn)控制插件板組成，伴隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，后來就用一塊空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板代替了原有的2塊插件板?？辙D(zhuǎn)保護(hù)插件板保留了頻率變換插件板的基本功能，將速度傳感器輸出的頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，但此時的電壓信號僅用于判斷轉(zhuǎn)速傳感器是否存在故障，不作為速度信號提供給空轉(zhuǎn)保護(hù)控制電路，這一點(diǎn)與2塊插件板的空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)不同，應(yīng)引起機(jī)車檢修技術(shù)人員注意。空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板空轉(zhuǎn)控制部分是由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來完成的，速度傳感器輸出的信號經(jīng)整形后送往單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)計算出速度差、加速度、加速度變化率等3個數(shù)值，當(dāng)其中某個數(shù)值超過空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定值時，就實(shí)施空轉(zhuǎn)保護(hù)動作。采用空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板后，SS3型電力機(jī)車對空轉(zhuǎn)的響應(yīng)速度提高了，空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)插件板的故障率也降低了，因此在處理假空轉(zhuǎn)故障時應(yīng)先檢查速度傳感器及連接線路等零部件是否存在故障，當(dāng)這些零部件都沒有故障時，再拆下空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板到地面試驗(yàn)臺檢測是否存在故障。

2 處理方法

2.1 速度傳感器

SS3型電力機(jī)車小修工藝要求速度傳感器做性能試驗(yàn)，但是試驗(yàn)臺無法測試速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片的磨損量，檢修工藝也沒有明確允許的磨損量，因此造成傳動萬向軸與彈簧片磨損量較大的速度傳感器還在使用中。為此在處理假空轉(zhuǎn)故障時，可以通過測量速度傳感器傳動萬向軸周向間隙的方法判斷磨損量，周向間隙大于15°時應(yīng)該更換（上述SS34125電力機(jī)車第4輪對速度傳感器周向間隙約為30°），小修時還應(yīng)在萬向軸處添加適量的油脂。

2.2 方孔套與傳動軸的間隙

電力機(jī)車在運(yùn)行中是通過輪對軸端方孔套帶動速度傳感器方形傳動軸轉(zhuǎn)動的，傳動軸與方孔套的間隙會造成速度傳感器傳動軸與機(jī)車輪對不同步轉(zhuǎn)動。為減少傳動軸與方孔套的間隙帶來的測速誤差，在處理假空轉(zhuǎn)故障時應(yīng)檢查傳動軸與方孔套的周向間隙，周向間隙應(yīng)小于10°，傳動軸及方孔套方孔四壁應(yīng)涂適量的油脂。

2.3 連接線路

為檢查連接線路狀態(tài)自制了簡易機(jī)車速度模擬信號發(fā)生器（簡稱信號發(fā)生器），信號發(fā)生器主要由直流電壓變換器ICL7660、14級二進(jìn)制分頻器/振蕩器CD4060、32768 Hz石英晶體振蕩器及一些電阻電容等組成。9 V電池經(jīng)ICL7660倍壓電路轉(zhuǎn)換成約15 V的電源，供方波發(fā)生電路使用，方波發(fā)生電路輸出的信號頻率為1 024 Hz。1 024 Hz的機(jī)車速度模擬信號相當(dāng)于機(jī)車輪對直徑1 250 mm、速度72.4 km/h時，速度傳感器輸出信號的頻率，該頻率速度信號變換的電壓值由空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)頻率變換電路特性確定，例如Z317空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板變換的電壓值為3.62 V。

通過手動目測檢查連接線路接插件、線鼻子等接觸狀態(tài)，檢查連接線是否有破損，如果目測檢查未發(fā)現(xiàn)異常可以使用信號發(fā)生器作進(jìn)一步檢測。信號發(fā)生器通過車體外接線盒代替速度傳感器向空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)輸送模擬信號，然后在機(jī)車上用數(shù)字萬用表測量相關(guān)測試孔（例如Z317空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板2B、3B、4B、5B測試孔）電壓，當(dāng)所測電壓與空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)頻率變換電路正常輸出值相同時，可認(rèn)為連接線路基本正常。

圖1 簡易機(jī)車速度模擬信號發(fā)生器

2.4 空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板

空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板空轉(zhuǎn)控制電路故障引起假空轉(zhuǎn)的可能性很小，但是空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板頻率變換電路故障會影響假空轉(zhuǎn)故障原因的判斷，為此可用信號發(fā)生器向空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板相關(guān)測試孔（例如Z317空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板2A、3A、4A、5A測試孔）輸送1 024 Hz方波信號，用數(shù)字萬用表測量對應(yīng)測試孔（例如Z317空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板2B、3B、4B、5B測試孔）電壓的方法來判斷是否存在故障。例如Z317空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板，如果數(shù)字萬用表測得的電壓與3.62 V相差較大或者測試孔之間最大差值大于0.2 V，該插件板就可能存在故障，應(yīng)該卸下到地面試驗(yàn)臺做進(jìn)一步的檢測或維修。

空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板頻率變換電路通常采用LM2917、LM231等單片集成頻率電壓轉(zhuǎn)換器，其中采用LM2917的頻率變換電路故障相對多些，LM2917頻率電壓轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。LM2917芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運(yùn)算放大器，能將頻率信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，內(nèi)部有一只穩(wěn)壓管用于提高電源的穩(wěn)定性，LM2917頻率電壓轉(zhuǎn)換電路輸出電壓U與輸入頻率f的關(guān)系如式（1）。

式中VCC為LM2917內(nèi)部穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值（等于7.56 V）；R×C為充電泵的時間常數(shù)（Z317空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板R等于47 kΩ，C等于0.01μF）。

圖2 頻率電壓變換電路

當(dāng)發(fā)現(xiàn)空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)頻率變換電路某通道輸出電壓異常時，應(yīng)該先檢測LM2917芯片第9腳輸出電壓，如果電壓值與7.56 V差異較大該芯片就應(yīng)該更換，如果差異不大則可以通過調(diào)整R的阻值使該通道輸出電壓恢復(fù)正常。

3 建 議

3.1 修改中修工藝

SS3型電力機(jī)車中修工藝規(guī)定輪對軸端方孔套邊長不得大于21 mm，速度傳感器方形傳動軸邊長不得小于18 mm。邊長18 mm傳動軸在邊長21 mm方孔套中會產(chǎn)生約21.2°周向間隙，這個周向間隙太大，因此建議修改SS3型電力機(jī)車中修工藝，縮小速度傳感器方形傳動軸與輪對軸端方孔套的間隙。

由于SS3型電力機(jī)車中修工藝沒有明確速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片允許的磨損量，不能確保中修后速度傳感器狀態(tài)良好，因此建議在中修工藝中增加速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片磨損量限度值與測量方法。

3.2 改進(jìn)微機(jī)控制柜軟件

SS3型電力機(jī)車原來安裝的是電子控制柜，電子控制柜上有空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板，近幾年不少機(jī)車已在大修時更新使用微機(jī)控制柜，空轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)在微機(jī)控制柜內(nèi)。SS34125電力機(jī)車上安裝的就是微機(jī)控制柜，與電子控制柜相比，微機(jī)控制柜有更高的測量精度與更快的響應(yīng)速度。從SS34125電力機(jī)車運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，第4輪對速度傳感器發(fā)出的速度信號在10 ms時間內(nèi)從50 km/h上升到92 km/h，微機(jī)控制柜測量到如此大的加速度立即按空轉(zhuǎn)處理。由于輪對與牽引電動機(jī)轉(zhuǎn)子等都有較大的轉(zhuǎn)動慣量，10 ms時間內(nèi)速度根本不可能產(chǎn)生如此大的變化，微機(jī)控制柜按空轉(zhuǎn)處理顯然是誤動作，即假空轉(zhuǎn)按真空轉(zhuǎn)處理。假空轉(zhuǎn)時其他3個輪對速度傳感器發(fā)出的速度信號都是60 km/h，這3個速度傳感器10 ms時間能發(fā)出大約8.5個方波脈沖，第4輪對受外力沖擊且速度傳感器傳動軸周向間隙較大，導(dǎo)致與速度傳感器傳動軸連接的光柵盤產(chǎn)生晃動后多發(fā)出了幾個方波脈沖，微機(jī)控制柜測量到的該輪對速度也就比其他3個輪對大許多，假空轉(zhuǎn)就發(fā)生了。建議微機(jī)控制柜生產(chǎn)公司通過改進(jìn)軟件過濾掉如此異常的假空轉(zhuǎn)，減少發(fā)生假空轉(zhuǎn)故障的次數(shù)。

4 結(jié)束語

根據(jù)福州機(jī)務(wù)段機(jī)統(tǒng)－6數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2013年1～10月司機(jī)報修SS3型電力機(jī)車空轉(zhuǎn)故障200多臺次。由于電力機(jī)車真、假空轉(zhuǎn)判斷較困難，所以機(jī)車運(yùn)行途中發(fā)生空轉(zhuǎn)次數(shù)較多時司機(jī)就會填寫機(jī)統(tǒng)－6報修。地面機(jī)車檢修人員接到機(jī)統(tǒng)－6報修單時，按理只要對發(fā)生假空轉(zhuǎn)或大空轉(zhuǎn)故障的機(jī)車進(jìn)行檢修，而根據(jù)機(jī)統(tǒng)－6報修單與現(xiàn)有的檢測手段難以判斷是否有故障，通常采取預(yù)防性檢修措施，更換速度傳感器或空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板。為了判斷速度傳感器與空轉(zhuǎn)保護(hù)插件板是否需要更換，本文提出檢測速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片的磨損量等處理方法，以期達(dá)到降低SS3型電力機(jī)車假空轉(zhuǎn)故障次數(shù)的目的。

［1］ 劉友梅.韶山3型4000系電力機(jī)車［M］.北京：中國鐵道出版社，2000.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.TB/T 2760.1-2010機(jī)車轉(zhuǎn)速傳感器第1部分：光電轉(zhuǎn)速傳感器［S］.

［3］ 齊永利，魯云峰，劉 鳴.LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器原理及應(yīng)用［J］.國外電子元器件，2005，（5）：70-71.

Cause Analysis and Processing for the False Idling Fault of SS3Electric Locomotive

ZHENG Ping ZHANG Huishan
（Fuzhou Locomotive Depot，Nanchang Railway Bureau，F(xiàn)uzhou 350014 Fujian，China）

By analyzing the cause of false Idling fault of ss3 electric locomotive，this paper puts forward the corresponding processing method.To reduce the number of false idling fault，some suggestion is proposed.

electric locomotive；false idling；cause analysis；processing method；suggestion

U264.1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.28

1008－7842（2014）04－0120－03

?）男，高級工程師（

2013－11－29）