DF4C型機車逆向加載故障的原因分析及防止措施

王　龍

(1　中國鐵道科學(xué)研究院研究生部， 北京 100081；2　濟南鐵路局　機務(wù)處， 山東濟南 255001)

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DF4C型機車逆向加載故障的原因分析及防止措施

王龍1,2

(1中國鐵道科學(xué)研究院研究生部， 北京 100081；2濟南鐵路局機務(wù)處， 山東濟南 255001)

通過對DF4C型機車的一起逆向加載故障分析，發(fā)現(xiàn)附掛機車的牽引電動機主觸頭粘連是故障的主要原因，并結(jié)合《機車操作規(guī)程》提出了相應(yīng)的防范措施。

逆向加載； 輪箍馳緩； 輪箍磨耗； 交直電傳動機車； 機車操作規(guī)程

通過對DF4C型機車故障分析，發(fā)現(xiàn)附掛機車的牽引電動機主觸頭粘連是故障的主要原因，下面就這一故障進行分析。

1　故障概況

2014年8月21日青島機務(wù)段DF4C型4197號機車附掛青島西-淄博間51104次列車。運行途中，車站接車人員發(fā)現(xiàn)機車走行部有火星，司機制動停車后檢查未發(fā)現(xiàn)異狀，繼續(xù)運行發(fā)現(xiàn)機車不鳴笛。到達淄博站后，發(fā)生機車不加載，檢查發(fā)現(xiàn)3C主觸頭粘連、換向器不換向。入庫檢查機車，左、右第3動輪輪箍踏面有嚴(yán)重剝離現(xiàn)象(如圖1所示)，落輪進行檢修。

圖1　輪箍踏面剝離現(xiàn)象

2　原因分析

通過分析DF4C型機車主回路可以看出，3C主觸頭粘連造成第3電機與牽引主發(fā)電機的輸出端形成閉合回路，使得3D在靜止?fàn)顟B(tài)下處于電動機工況，具體電路如圖2所示。

該機車在青島西站與另外1臺機車附掛在一起后，柴油機一直處于空載工況下；此時牽引主發(fā)電機由于剩磁存在,其輸出端電壓很低，輸出電流I也很小，根據(jù)電動機電磁轉(zhuǎn)矩公式：

圖2　電路圖

T=CT￠Ia

T為電動機電磁轉(zhuǎn)矩；CT為電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)；￠為 電動機每極磁通量；Ia為電動機電樞總電流，停車狀態(tài)下與牽引主發(fā)電機輸出電流I相等；

此時3D產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T很小，不足以克服輪對與鋼軌的黏著摩擦力，因此未產(chǎn)生明顯故障現(xiàn)象。

列車啟動后，雖然該機車處于附掛空載狀態(tài)，但由于換向器手柄與機車附掛運行方向相反，3D在牽引主發(fā)電機輸出電流I的作用下， 由停車時的電動機工況轉(zhuǎn)為發(fā)電機工況，產(chǎn)生電流i。由于負載僅為3D與1ZL間的連接線且電流I和i方向一致， 3D的勵磁電流Ia(其中：Ia=I+i)迅速增加(啟動過程中能達到1 000 A以上)，電機對輪對的電磁轉(zhuǎn)矩T迅速增加，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T大于輪對與鋼軌的黏著摩擦力時，輪對轉(zhuǎn)速下降。根據(jù)電動機電樞電動勢公式：

Ea=Ce￠n

Ea為電動機電樞繞組電動勢；Ce為電動機電動勢常數(shù)；￠為電動機每極磁通量；n為電動機電樞轉(zhuǎn)數(shù)；

輪對轉(zhuǎn)速下降，使得電動機電樞轉(zhuǎn)數(shù)n下降，電動機電樞繞組電動勢Ea變小，3D輸出電流及勵磁電流Ia隨之下降，電磁轉(zhuǎn)矩T減小。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩Tv小于輪對與鋼軌的滑動摩擦力時，輪對轉(zhuǎn)速上升，電動機電樞轉(zhuǎn)數(shù)n上升，電動機電樞繞組電動勢Ea變大，3D輸出電流i及勵磁電流Ia隨之上升，電磁轉(zhuǎn)矩T變大。如此往復(fù)變化數(shù)次，當(dāng)制動力矩與輪對滑動摩擦力相等時，3D勵磁電流(在正常天氣下200～300 A) 與輪對轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變。此時,第3動輪較其他動輪轉(zhuǎn)速低，使得該動輪處于滾動和滑行兩種運動狀態(tài)，與鋼軌產(chǎn)生劇烈摩擦，造成輪箍踏面損傷。

另外，換向器HKF在失電不能自鎖的情況下，由于機車運行中的振動，其換向手柄移動到中立位，斷開了第3電機與牽引主發(fā)電機的回路，使得逆向加載故障現(xiàn)象消失，這也是途中發(fā)現(xiàn)機車不鳴笛的原因。

綜上分析，造成本例逆向加載故障的直接原因是3C主觸頭粘連。另外，乘務(wù)員未能按照《機車操作規(guī)程》(鐵運[2012]281號)第三十七條“內(nèi)燃、電力機車在附掛運行中，換向器的方向應(yīng)與列車運行方向相同”的規(guī)定作業(yè)，及時檢查、確認換向器手柄方向，是發(fā)生本例逆向加載故障的另外一個原因。

3　防止措施及意義

逆向加載通常是因機車乘務(wù)員誤操作司機控制器而造成的，俗稱逆電操作。本例機車故障中，雖然機車乘務(wù)員對司機控制器未進行任何操作，但因3C主觸頭發(fā)生粘連故障，使得3D在機車附掛運行途中同樣處于發(fā)電機工況，因此也屬于逆向加載故障的一種。

在機車實際運用中，本例逆向加載故障不但具有極強的隱蔽性、不易被乘務(wù)員發(fā)現(xiàn)，而且對行車安全也構(gòu)成極大的威脅。故障發(fā)生時，故障關(guān)系動輪與鋼軌間的劇烈摩擦將造成輪箍磨耗加快，極易出現(xiàn)輪箍剝離現(xiàn)象，長時間運行還會造成輪箍馳緩，甚至造成列車顛覆事故的發(fā)生。

鑒于目前我國國產(chǎn)DF系列交直電傳動機車的主回路電路原理具有相似性，該故障原因的存在具有極大的普遍性，因此在機車實際運用中應(yīng)加強注意防范。

為防止機車附掛運行中逆向加載故障的發(fā)生，結(jié)合《機車操作規(guī)程》的規(guī)定，可采取以下措施：

(1)機車小輔修時，加強對電空接觸器1-6C和換向器的檢修，保證主觸頭接觸密切，有足夠的預(yù)緊力。

(2)機車運行途中，機車乘務(wù)員應(yīng)利用機械間巡檢時機，加強對電空接觸器1-6C和換向器的日常動態(tài)檢查；發(fā)現(xiàn)主觸頭有拉弧、燒損現(xiàn)象時，應(yīng)及時報修、檢查、處理。

(3)附掛機車始發(fā)前，乘務(wù)員要嚴(yán)格作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將司機控制器換向手柄與附掛運行方向保持一致?？赏ㄟ^閉合機控、提主手柄，確認機車加載是否正常；否則應(yīng)確認換向器的換向手柄是否與附掛運行方向一致，不一致時須進行人工轉(zhuǎn)換。

(4)附掛機車途中運行，乘務(wù)員須保持控制器換向手柄與附掛運行方向保持一致，并加強對各牽引電機分流表顯示的監(jiān)視；發(fā)現(xiàn)個別牽引電機分流表上下波動異常時，應(yīng)立即檢查確認換向器的換向手柄是否與附掛運行方向一致，不一致時須及時停車處理。

(5)附掛機車途中發(fā)生逆向加載故障時，乘務(wù)員應(yīng)在前方停車站重點檢查動輪是否發(fā)生輪箍馳緩現(xiàn)象；遇逆向加載故障持續(xù)時間較長時，應(yīng)在前方站停車或立即停車檢查，避免因輪箍馳緩而發(fā)生列車脫軌、顛覆事故。

(6)加強附掛機車日常運用管理。一是將防止逆向加載故障的有關(guān)措施納入到乘務(wù)員趟車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；二是將逆向加載故障的原理知識作為機車乘務(wù)員的日常培訓(xùn)內(nèi)容，使其充分了解故障的危害性，熟悉掌握防止故障發(fā)生的措施；三是附掛機車LKJ裝置須全程運轉(zhuǎn)、采用補機模式，并將始發(fā)前的加載確認作業(yè)列入LKJ記錄文件日常檢索的重要項點；四是重視附掛機車視頻記錄文件的檢索工作，督促乘務(wù)員認真執(zhí)行趟車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強附掛運行途中對機車狀態(tài)的監(jiān)視。

上述措施規(guī)范和細化了附掛機車乘務(wù)員的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和非正常行車作業(yè)流程，實踐證明措施可靠有效，為附掛機車的行車安全提供了有力保障。

[1]陳純北,等. 內(nèi)燃機車運用典型故障案例分析[M].北京: 中國鐵道出版社，2012.

[2]王龍,王志芳.防止DF4電傳動內(nèi)燃機車逆向加載的措施[J].鐵道機車車輛工人, 2003,(7):4-7.Failure analysis and Countermeasures of the Reverse Loading for DF4CDiesel Locomotive

WANGLong1,2

(1Postgraduate Faculty of China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081,China; 2Locomotive Department of Jinan Railway Bureau, Jinan 255001 Shandong, China)

This paper analyzes a failure of the reverse loading for DF4Cdiesel locomotive, finds out main reason is the adhesion of traction electric's main contactor when the locomotive is running and suspended with others，and combining 《the locomotive operation procedures》， puts forward the corresponding preventive measures.

reverse loading; delays of wheel tyres; abrasion of wheel tyres; DC electric drive locomotive; the locomotive operation procedures

1008-7842 (2016) 04-0065-02

男，高級工程師(

2016-02-12)

U260.17+1

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.16