延長機車運用交路探討*

趙中喜， 李　雷， 王　靖， 田春飛， 楊　帆

(中國鐵道科學(xué)研究院　機車車輛研究所， 北京 100081)

?

運用與檢修

延長機車運用交路探討*

趙中喜， 李雷， 王靖， 田春飛， 楊帆

(中國鐵道科學(xué)研究院機車車輛研究所， 北京 100081)

交流傳動電力機車可以擔(dān)當(dāng)2 000～3 000 km及以上長交路的列車牽引任務(wù)，但是有3個制約因素，一是不良?xì)庀髼l件下軌面潮濕時沙子可能不夠用，二是空氣嚴(yán)重污染潮濕氣溫較低且低速運行時車頂絕緣子可能閃絡(luò)，三是機車跨局整備問題。還提出了在有霜期機車后置運行減少用沙量并可節(jié)約能源。

延長； 機車； 運用交路

機車交路或稱機車牽引區(qū)段，是指機車擔(dān)當(dāng)運輸任務(wù)的固定周轉(zhuǎn)區(qū)段，即機車從機務(wù)段所在站到折返段所在站之間往返運行的線路區(qū)段。世界上最長的機車交路是加拿大蒙特利爾至溫哥華，長達4 691 km。2014年7月1日全國實行新的列車運行圖，昆明至北京3對旅客列車實現(xiàn)全程3 212 km不更換機車，是我國目前最長機車交路。延長機車交路可以減少機務(wù)段、折返段(整備場)數(shù)量，提高機車運用效率，從而可以節(jié)省建設(shè)投資，降低運營管理費用；還可提高列車運行速度，增加線路通過能力；提高機車、車輛、線路及整個系統(tǒng)的運輸效率，有明顯的經(jīng)濟效益。

1　延長機車交路的有利條件

1.1機車基礎(chǔ)質(zhì)量提高

(1) 電力機車比例提高。隨著我國電氣化鐵路里程增加，新造機車中電力機車數(shù)量大于內(nèi)燃機車，全鐵路電力機車保有量已超過內(nèi)燃機車。電力機車不受柴油攜帶量的限制，一次整備可靠續(xù)行里程大大延長。

(2) 交流傳動機車投入運用。和諧型交流傳動機車自2006年開始投入運用，交流傳動機車總體上基礎(chǔ)質(zhì)量提升，可靠性提高。交流傳動機車的另一個特點是功率大，對線路限制坡度的適應(yīng)性更強，有利于減少列車解編次數(shù)，延長交路。

1.2檢測、監(jiān)測及診斷技術(shù)的應(yīng)用

利用檢測、監(jiān)測及診斷技術(shù)，可及時掌握機車及主要零部件的技術(shù)狀態(tài)，有針對性地進行預(yù)防性維修，提高機車可靠性。

(1)便攜式變流器檢測設(shè)備

該設(shè)備對交流傳動機車變流器狀態(tài)進行實時在線非接觸式綜合檢測，生成診斷報告以指導(dǎo)維護保養(yǎng)，自動生成電子檔案，并形成趨勢報表，自動將本次檢測結(jié)果與上次檢測數(shù)據(jù)對比，判斷變流器內(nèi)部主要器件的劣化程度。

(2)便攜式蓄電池檢測設(shè)備

該設(shè)備具備機車單節(jié)蓄電池和成組蓄電池內(nèi)阻(電導(dǎo))在線或離線測量、試驗數(shù)據(jù)上傳、蓄電池測量數(shù)據(jù)的存儲分析、蓄電池在浮充狀態(tài)下直接檢測功能。

(3)便攜式自動過分相檢測裝置

該裝置用于電力機車車載自動過分相裝置的性能檢測，對測量的數(shù)據(jù)進行處理并將結(jié)果通過屏幕實時顯示。

(4)便攜式電機綜合測試儀

該測試儀適用于機車電機在靜態(tài)停機狀態(tài)下的快速性能檢測和故障診斷，對電機供電回路、絕緣、定子、轉(zhuǎn)子等進行綜合性能檢測分析，準(zhǔn)確反映電機狀態(tài)，檢測PI值并顯示絕緣極化曲線，判斷電機的絕緣狀態(tài)。

(5)便攜式風(fēng)機風(fēng)量檢測儀

該測量儀適用于機車風(fēng)機風(fēng)速、風(fēng)溫等參數(shù)的測量，通過輸入不同類型風(fēng)機出風(fēng)口截面積自動計算出風(fēng)機風(fēng)量。

(6)便攜式制動機檢測設(shè)備

該檢測設(shè)備適用于計算機控制制動機的性能試驗，模擬制動機各種運行工況對制動機各個模塊的制動邏輯、制動風(fēng)壓、充風(fēng)時間、排風(fēng)時間及模塊內(nèi)部限壓閥壓力進行測試，對制動機各個模塊的網(wǎng)絡(luò)通訊功能進行檢測。

(7)TWDS 車輛輪對故障、尺寸動態(tài)檢測系統(tǒng)

機車車輛輪對外形尺寸在線動態(tài)檢測裝置能實現(xiàn)對各種機車車輛運行中的輪對外形輪廓及各種尺寸參數(shù)的在線動態(tài)檢測。

(8)受電弓及車頂狀態(tài)動態(tài)檢測

該系統(tǒng)運用圖像測量技術(shù)、高清晰視頻錄像監(jiān)控技術(shù)和高精度壓力測量技術(shù)實現(xiàn)對受電弓滑板外形尺寸、受電弓中心線偏移、受電弓動態(tài)工作位接觸壓力的動態(tài)自動檢測以及對車頂質(zhì)量狀態(tài)的監(jiān)測。

除此之外，還有一些檢測、監(jiān)測及診斷設(shè)備正在使用或開發(fā)中，如軸承檢測、無損探傷、機車走行部動態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等。隨著技術(shù)水平的進步，會誕生更多車載的和地面的檢測、監(jiān)測及診斷設(shè)備，為延長機車一次整備可靠續(xù)行里程提供技術(shù)支持。

1.3機車車載安全防護系統(tǒng)(6A系統(tǒng))的應(yīng)用

沒有機車的安全就談不上可靠續(xù)行，6A系統(tǒng)為延長機車一次整備可靠續(xù)行里程提供了安全保障。

機車車載安全防護系統(tǒng)(6A系統(tǒng))包括：

(1) 機車空氣制動安全監(jiān)測子系統(tǒng)(ABDR)通過壓力監(jiān)測傳感器和獲取的機車信息，對機車的停放制動異常施加和機后折角塞門關(guān)閉進行監(jiān)測；

(2) 機車防火監(jiān)控子系統(tǒng)(AFDR)通過火災(zāi)探頭發(fā)出火災(zāi)報警信息并通知視頻監(jiān)視子系統(tǒng)，在顯示屏上自動切換至火情發(fā)生區(qū)域的視頻圖像；

(3) 機車高壓絕緣檢測子系統(tǒng)(AGDR)可檢測電力機車車頂高壓設(shè)備狀態(tài)；

(4) 機車列車供電監(jiān)測子系統(tǒng)(APDR)通過485通信線與列車供電控制板通信，獲得列車供電系統(tǒng)當(dāng)前的電壓、電流等信息，并對機車供電設(shè)備進行接地監(jiān)測；

(5) 機車走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)(ATDR)通過傳感器和前置處理器對機車的軸承、齒輪和車輪踏面進行溫度和振動沖擊的監(jiān)測；

(6) 機車自動視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)(AVDR)通過視頻探頭對機車的路況、司機室和機械間等位置進行視頻監(jiān)控和圖像采集儲存。

2　延長機車交路存在的問題及解決途徑

2.1沙子不夠用問題

軌面狀態(tài)是影響機車用沙量的重要因素。軌面潮濕、污穢時，機車空轉(zhuǎn)嚴(yán)重，用沙量增加。其主要原因是濕軌的黏著系數(shù)大幅降低。文獻[5]中，式(24)和式(25)給出了濕軌和干軌條件下的(制動)計算黏著系數(shù)公式。由此計算結(jié)果表明，起動時干軌計算黏著系數(shù)比濕軌增加55%，時速100 km時增加85%。

內(nèi)蒙古集通集團公司的錫林浩特—多倫年無霜期僅100多天，風(fēng)、雪、沙塵大，坡度大(縱斷面坡度6‰～12‰)，冬季鋼軌結(jié)霜嚴(yán)重，機車在長大坡道運行用沙量大，已出現(xiàn)了機車運行途中沙子不夠用的狀況，需在中間站補沙作業(yè)(錫林浩特機務(wù)段所支配機車上均配備了4個20 kg的備用沙桶)[6]。

(1)針對沙子不夠用的對策

目前，針對該問題已經(jīng)采用的有3種對策，一是天氣不良時在上坡區(qū)段增加補機，二是采用輪軌瓷沙噴射裝置代替國內(nèi)傳統(tǒng)的撒沙裝置，三是機車上放置備用沙桶。

(2)解決沙子不夠用的新思路

機車后置運行時，列車前部的幾十上百個拖車車輪將潮濕的軌面碾壓、粘附后，變?yōu)楦稍锏能壝?，此時機車黏著系數(shù)提高，即可減少用沙量。除此之外，對無動力的貨車車輪來說，軌面潮濕(結(jié)冰、結(jié)霜、油污)時，車輪與鋼軌之間的摩擦系數(shù)降低，即是運行阻力減小，所需牽引力減小，機車消耗的能源也能減少。

機車后置運行首先要解決的問題是司機觀察行車信號和路況，這也是傳統(tǒng)的列車牽引方式只能采用機車前置的原因。目前的科學(xué)技術(shù)水平已經(jīng)可以很好地解決這個問題。

機車信號、列車運行監(jiān)控裝置(LKJ)的應(yīng)用使得司機在大多數(shù)情況下不必要看地面信號，行車信號在機車的司機室里一目了然。青藏鐵路格爾木—拉薩段和高速鐵路就沒有地面信號，只有機車信號和LKJ。

路況圖像可以用紅外相機(攝像頭)獲取，有線(固定編組的客車或?qū)Ｓ秘涇?或無線(4G等)傳送到司機室的顯示屏上。路況圖像獲取與傳送裝置可與目前的列尾裝置集成安裝。

2.2絕緣子閃絡(luò)問題

空氣嚴(yán)重污染潮濕氣溫較低且低速運行時，電力機車車頂絕緣子容易發(fā)生閃絡(luò)、擊穿而造成機破。2013年1月14～15日兩天全路就發(fā)生機車車頂閃絡(luò)18件[4]。

為解決絕緣子閃絡(luò)問題目前采取的措施是：

(1) 加強清潔絕緣子。盡量在有條件的地方入庫進行整備，及時清理車頂污染物。

(2) 減少車頂絕緣子的數(shù)量。如HXD3B、HXD3C型電力機車將真空主斷路器、高壓接地開關(guān)、高壓隔離開關(guān)、避雷器、電壓互感器等從車頂移至車內(nèi)的高壓電器柜，減少了相關(guān)的絕緣子閃絡(luò)。

(3) 瓷絕緣子噴涂防污閃涂料。

(4) 車頂涂絕緣漆。將集中安裝車頂高壓電器的頂蓋上面涂上絕緣漆。

2.3機車跨局整備問題

一次整備可靠續(xù)行里程的延長，會出現(xiàn)更多的跨鐵路局運用機車，跨鐵路局整備不可避免。而高質(zhì)量又及時的整備也是延長可靠續(xù)行里程的必要條件。目前，由于費用清算機制不夠完善，整備標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，普遍存在著其他鐵路局、其他機務(wù)段重使用輕整備的現(xiàn)象，這就造成了機車特別是貨運機車整備質(zhì)量得不到有效保證的隱患。解決問題的辦法是建立完善合理的整備作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、財務(wù)清算、責(zé)任追究等制度。全鐵路大整備也是一個選項。

3　結(jié)　論

解決好機車跨鐵路局整備問題后，交流傳動電力機車一般情況可以牽引2 000～3 000 km及以上長交路列車。在軌面潮濕、結(jié)霜時沙子可能不夠用，在空氣嚴(yán)重污染潮濕氣溫較低且低速運行時車頂絕緣子閃絡(luò)的可能性增加。哈爾濱、沈陽、呼和浩特鐵路局管內(nèi)大部分線路一年中有一半以上的結(jié)霜期，用沙量大，若采用機車后置運行，不僅可有效解決沙子不夠用問題，還可顯著節(jié)約能源。

[1]趙中喜，文禮，李忠厚，王華勝，等. 影響機車一次裝備可靠續(xù)行里程的因素分析[J].鐵道機車車輛，2015,35(4):99-101.

[2]申瑞源.構(gòu)建大功率機車整備體系的研究與思考[J].中國鐵路,2012,(6):7-11.

[3]陳博.冰雪低溫天氣對電力機車的影響[J]. 鐵道機車車輛，2008,28(5):51-54.

[4]袁日東，郝鵬，王昊.電力機車遇霧霾天氣安全運行預(yù)防措施[J]. 鐵道機車車輛,2013,33(5):101-102.

[5]黃問盈.鐵道輪軌黏著系數(shù)[J]. 鐵道機車車輛,2010,30(5):17-25.

[6]陳宇，張凌毅，陳賽清.TPS-1型輪軌瓷砂噴射裝置在集通鐵路(集團)公司配屬機車上的應(yīng)用[J]. 鐵道機車車輛，2012,(4):117-119.

[7]劉鵬飛.CRH2型動車組受電弓支撐絕緣子霧霾天氣檢修運用管理[J].中國鐵路，2013,(8):24-26.

[8]任廣慧.關(guān)于和諧型機車車頂防霧閃問題的研究[J]. 鐵道機車車輛，2014,34(4):117-119.

[9]劉志峰,朱世坤，樊永智，等.6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)的綜合分析使用[J]. 鐵道機車車輛，2014,34(5):72-73.

[10]劉繼永.黃驊港地區(qū)接觸網(wǎng)絕緣子污(霧)閃問題分析與對策[J].中國鐵路，2014,(11):37-41.

Discussion on Extending the Locomotive Routing

ZHAOZhongxi,LILei,WANGJing,TIANChunfei,YANGFan

(Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

This paper considers that AC drive electric locomotive can undertake the train traction task of 2000～3000 km or more long routing, but there are three restricting factors: (1) the sand may be not enough due to humidity of rail surface; (2) the roof insulator may flashover under the condition of serious air pollution, humid air, low air temperature and low speed; (3) the locomotive servicing cross different bureaus is a problem. It also puts forward the rear locomotive running which can reduce sand usage and energy consumption during the frost season.

extension; locomotive; routing

1008-7842 (2016) 02-0056-03

??)男，副研究員(

2015-10-19)

U268.2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.13

*中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題(Z2013-J004)