電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在直流傳動(dòng)機(jī)車上應(yīng)用的探索

張東坡

（中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司 遼寧 大連 116022）

引言：

鐵道部在2004年啟動(dòng)和諧機(jī)車項(xiàng)目，包括在電力及內(nèi)燃機(jī)車在內(nèi)的所有和諧型機(jī)車都不一而同的都采用交流傳動(dòng)系統(tǒng)，但是直流傳動(dòng)機(jī)車因其現(xiàn)階段保有量大，且全國各個(gè)機(jī)務(wù)段、地方鐵路等運(yùn)用單位都擁有豐富的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)、具備相應(yīng)的檢修設(shè)備，直流傳動(dòng)機(jī)車還是占據(jù)著一定的市場(chǎng)份額。但是直流傳動(dòng)機(jī)車故障也是比較多的，其中影響機(jī)車正常運(yùn)用的故障里，轉(zhuǎn)換開關(guān)故障所占的比例不小，如何減少因轉(zhuǎn)換開關(guān)故障造成的機(jī)破成為困擾機(jī)車維護(hù)人員和供應(yīng)商的難題。

1.轉(zhuǎn)換開關(guān)介紹：

1.1 轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用

轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用是轉(zhuǎn)換接通電路，一是通過改變機(jī)車牽引電機(jī)電樞繞組的電流方向從而改變牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行方向的轉(zhuǎn)換。二是通過將牽引電機(jī)的電樞繞組與主整流柜和電阻制動(dòng)回路間切換，實(shí)現(xiàn)機(jī)車牽引工況和電阻制動(dòng)工況的轉(zhuǎn)換。對(duì)于采用直流傳動(dòng)的機(jī)車來說，轉(zhuǎn)換開關(guān)是機(jī)車不可或缺的一部分。

1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)

圖1 驅(qū)動(dòng)模塊

由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)有兩部分組成：驅(qū)動(dòng)模塊和開關(guān)模塊，其中驅(qū)動(dòng)模塊如圖1所示，包含了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向可以改變的74V直流有刷電動(dòng)機(jī)，通過齒輪減速裝置驅(qū)動(dòng)水平的輸出軸，處在兩個(gè)不同方向上的機(jī)械止動(dòng)件會(huì)限制該連接軸的旋轉(zhuǎn)，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)到機(jī)械限位時(shí)模塊內(nèi)的離合器動(dòng)作，電機(jī)仍然會(huì)繼續(xù)動(dòng)作，直到觸發(fā)通過與輸出軸相連關(guān)接的凸輪軸控制連鎖裝置，切除電機(jī)電源。連鎖裝置的端部有一個(gè)指針，用來指示當(dāng)前轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置。驅(qū)動(dòng)模塊端部有一個(gè)突出的方軸，可以通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)這個(gè)方軸把轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到中立位，以便于每個(gè)模塊的拆解和安裝。

圖2 開關(guān)模塊

如圖2所示的開關(guān)模塊額定電流是1200A，模塊頂部安裝有透明防護(hù)罩，方便維護(hù)人員檢查觸頭狀態(tài)。開關(guān)模塊具有滅弧功能，應(yīng)以在主控接觸器發(fā)生故障時(shí)保護(hù)觸頭。其中靜觸頭有三個(gè)小觸頭組成，可以形成多個(gè)通路，用來減少觸點(diǎn)間的壓降，另外開關(guān)模塊具有牽引電動(dòng)機(jī)切除的功能，當(dāng)某一牽引電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可以通過一個(gè)控制加載彈簧的繼電器，來實(shí)現(xiàn)某一電機(jī)的切除。轉(zhuǎn)換開關(guān)模組可以根據(jù)牽引電動(dòng)機(jī)的數(shù)量可以由1個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和2~6個(gè)開關(guān)模塊組成，這些模塊通過自身的分段軸連接，形成轉(zhuǎn)換開關(guān)模組。驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出軸，帶動(dòng)模組中所有模塊同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，所有的模塊一旦轉(zhuǎn)到指定位置，開關(guān)模塊內(nèi)的觸頭不會(huì)因?yàn)槭щ姷仍蚨蛛x。

2.電動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)相對(duì)于氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 能夠更好的保護(hù)觸頭。對(duì)于氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)來講，轉(zhuǎn)換開關(guān)的動(dòng)作指令由司控器直接發(fā)出，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的電空閥動(dòng)作，工況轉(zhuǎn)換隨著司控器的動(dòng)作即刻完成；與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)不同，由電動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在指令發(fā)出后需要3~7s的轉(zhuǎn)換時(shí)間，相當(dāng)于把牽引和制動(dòng)工況轉(zhuǎn)換的過程延長，避免因快速將司控器手柄從牽引區(qū)拉到制動(dòng)區(qū)造成轉(zhuǎn)換開關(guān)帶電轉(zhuǎn)換，消除了轉(zhuǎn)換開關(guān)觸頭拉弧放電造成觸頭燒損的隱患。

2.2 可靠性高。氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)通過電空閥接通風(fēng)缸和轉(zhuǎn)換開關(guān)的氣缸，通過壓力為375kPa~600kPa的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)動(dòng)作，需要輔助低壓風(fēng)缸對(duì)轉(zhuǎn)換開關(guān)供風(fēng)，還要安裝相應(yīng)的空氣管路，另外電空閥橡膠密封件的壽命也短，容易發(fā)生因漏風(fēng)串風(fēng)等故障，另外電空閥排風(fēng)口的堵塞也會(huì)造成轉(zhuǎn)換開關(guān)無法完全動(dòng)作，動(dòng)靜觸頭間壓力不足，造成觸頭間拉弧放電燒損轉(zhuǎn)換開關(guān)觸頭，造成機(jī)車線路運(yùn)行時(shí)機(jī)破。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換的過程是通過電機(jī)模塊內(nèi)的電機(jī)通過減速齒輪帶動(dòng)處在同一連接軸下的6個(gè)開關(guān)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換向或工況轉(zhuǎn)換功能。

2.3 減少維護(hù)保養(yǎng)工作量，提升可維護(hù)性。氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)需要定期檢查風(fēng)缸壓力、測(cè)量觸頭壓力值、觸頭燒蝕情況，確保轉(zhuǎn)換開關(guān)動(dòng)作后動(dòng)靜觸頭間緊密貼合，保證轉(zhuǎn)換開關(guān)的電流導(dǎo)通能力。而電動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)則只需要對(duì)觸頭進(jìn)行檢查。

2.4 安裝所需空間小。以大連廠出口新西蘭機(jī)車為例，其采用的氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的型號(hào)為TKH6-820/770，每臺(tái)機(jī)車需要四組轉(zhuǎn)換開關(guān)，兩組用來換向、另外兩組用來轉(zhuǎn)換工況，且需要輔助低壓風(fēng)缸以及相應(yīng)的空氣管路、壓力表等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜占用空間較大。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，只需要兩組轉(zhuǎn)換開關(guān)，不需要其他輔助設(shè)備。另外由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)擁有切除單個(gè)牽引電機(jī)功能，并不需要主控接觸器就能夠?qū)崿F(xiàn)故障牽引電機(jī)的切除，因此主控接觸器可以減少到2個(gè)用于在主牽引回路發(fā)生故障時(shí)切斷負(fù)載。可以為其他電氣部件的安裝節(jié)省出部分空間，便于電器柜內(nèi)電氣部件的排布，也方便工作人員對(duì)電氣柜內(nèi)部件的維護(hù)。

2.5 電動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)同氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的對(duì)比。

如表1所示。

3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)用的可行性

3.1 采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的機(jī)車運(yùn)用狀況。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)在大連機(jī)車車輛廠生產(chǎn)的HXN3、HXN3B等型號(hào)的交流傳動(dòng)機(jī)車上得到廣泛的應(yīng)用，運(yùn)行良好，并未出現(xiàn)重大故障。新西蘭國家鐵路公司KiwiRail有部分直流傳動(dòng)機(jī)車采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，極少有轉(zhuǎn)換開關(guān)觸頭燒損等相關(guān)故障，與之相比在相同條件下運(yùn)行的部分采用氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的機(jī)車，雖然增加了延時(shí)繼電器用以保護(hù)觸頭，但是仍沒有很好解決轉(zhuǎn)換開關(guān)觸頭燒損的問題。

3.2 采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的機(jī)車電路設(shè)計(jì)難度。

因?yàn)榫哂邢嗤墓ぷ髟?，由傳統(tǒng)氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)更換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，機(jī)車主傳動(dòng)電路可以不做任何的修改，只需更改部分主回路線纜在電器柜內(nèi)的布置方式，另外相對(duì)于采用氣動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的機(jī)車，控制電路部分也有很大的簡化。

4.結(jié)論

對(duì)于傳統(tǒng)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)來說，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)所具備的優(yōu)點(diǎn)是其無法比擬的，電動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在提高直流主傳動(dòng)機(jī)車的可靠運(yùn)用及可維護(hù)性的程度上是顯而易見的，在機(jī)車電路設(shè)計(jì)上也不需要太大的改動(dòng)，國內(nèi)廠礦及地方鐵路用戶對(duì)于目前在價(jià)格和維護(hù)成本上具備一定優(yōu)勢(shì)直流傳動(dòng)機(jī)車比較認(rèn)同，隨著國內(nèi)鐵路機(jī)車車輛企業(yè)積極拓展海外市場(chǎng)，出口機(jī)車的份額也會(huì)進(jìn)一步增加，綜上所述采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)在直流主傳動(dòng)機(jī)車上應(yīng)用的前景十分廣闊。

［1］張曙光。DF（4B）型機(jī)車反響轉(zhuǎn)換開關(guān)零位時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換的處理建議［J］,機(jī)車電傳動(dòng) 2001年05期。

［2］魏金星，袁國海，吳山虎，DF（8B）型機(jī)車轉(zhuǎn)換開關(guān)犯卡的原因分析及防止措施［J］，內(nèi)燃機(jī)車，2003年04期。

［3］俞明昌，電力機(jī)車兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)燒損原因分析［J］，機(jī)車電傳動(dòng)，1988年03期。