HXD3型机车高坡地段运用质量问题分析

邵兆纲,汪 伟,2

(1 西安铁路局 机务处,陕西西安710054;2 北京交通大学 交通运输学院,北京100044)

1 宝鸡—秦岭(宝秦)段情况

1.1 技术概况

宝鸡—成都(宝成)线北起宝鸡铁路枢纽的宝鸡站,穿越秦岭后,南止成都铁路枢纽的成都东站。宝鸡至凤州区段1960年5月建成并试运行,1961年8月开通运营,结束了我国干线铁路没有电力牵引的历史。宝鸡至秦岭区段6站5区间,线路长45 km,是宝凤段的重要组成部分。目前,宝秦段的主要技术条件:①线路等级为I级干线;②正线为单线;③限制坡度为30‰;④最小曲线半径为300 m;⑤牵引定数是上行2 600 t,下行3 500 t;⑥牵引方式:3机牵引。

1.2 主要特点

宝秦段在我国山区铁路中是最典型的小半径曲线、大坡道的高坡区段。R300 m小半径曲线多达38处。其中,曲线最长的是观音山—青石崖间K32+562 m～K34+064 m,长1 502 m;曲线最短的是青石崖—秦岭间K39+610 m～K39+790 m,长180 m。i=30‰大坡道高坡多达7处。其中,坡段最长的是杨家湾—观音山间K19+000 m～K19+900 m,长900 m;坡段最短的是观音山—青石崖间 K29+850 m～K30+050 m,长200 m。

2 宝秦段货物牵引运输组织

2.1 宝秦段货车组织和供车情况

2009年全路实施第3阶段列车运行图后,宝秦段图定配属66台机车。其中本务机车36台,补机30台;图定牵引货物列车21对。其中行包快运专列1对,技术直达列车2对,直通货物列车16对,摘挂货物列车2对。实际运用中,西安铁路局配属该区段81台机车。其中本务机车40台(全部为SS4型),补机41台(25台HXD3型和16台 DJ1型);2009年12月份以来,该区段机车日均牵引货物列车43.9列。其中上行20.5列,下行23.4列。

2.2 HXD3型机车投用背景

2009年4月铁道部为深入实施西部铁路内涵扩大再生产,提升入川通道运输能力和救灾能力,决定配属西安铁路局HXD3型机车200台。其中25台投用在宝鸡至秦岭区段,担当部分补机任务。这不仅大幅度提高西安铁路局入川运输能力和效率,还提升了西安铁路局机务技术装备现代化水平。

2009年5月为解决宝成线宝鸡至秦岭间过岭能力限制、半自闭区间通过能力低等问题,西安铁路局采用“HXD3型机车(前牵)+车列+HXD3型机车(尾推)”方式,下行牵引3 500 t,采用“双HXD3型机车(前牵)+车列”方式,上行牵引2 600 t,顺利地进行了货物列车试验,确定了该区段3机牵引的牵引定数。

2.3 HXD3型机车特点

HXD3型机车持续功率7 200 kW,轴重25 t,最高速度120 km/h。采用IGBT-VVVF交流传动、计算机PWM矢量控制和轮盘、再生制动等10多项先进技术,具有起动(持续)牵引力大、恒功率速度范围宽、黏着性能好、功率因数高等特点,是我国铁路干线货运重载、快捷运输的主型机车,也是我国单机功率大、时速最快的货运电力机车,具有世界先进水平。

3 HXD3型机车运用质量

截至目前,HXD3型大功率机车检修段尚未建成,西安铁路局HXD3型机车无法进行两年检。该型机车在宝秦高坡地段运用一年多,随着该型机车总走行超公里,存在的质量问题主要是电器、走行部、制动机方面。电器方面主要是APU、CI故障;走行部方面主要是牵引电机吊挂座、扫石器支架、沙箱等部位裂纹、轮缘磨耗大和撒沙器下沙不良等;制动机方面主要是空气压缩机油乳化、制动显示屏黑屏和IPM故障。

3.1 机破

从表1看,2009年铁路局定机破1件、机务段定修机车5件,按部件分,APU故障4件、制动机 1件、电器1件;2010年前7个月,铁路局定机破3件、机务段定修机车3件,按部件分,CI故障2件、电器2件、APU 接地1件、制动机1件。

从机破故障部位看,主要质量问题是APU、CI故障和制动机故障。

表1 HXD3型机车机破件数

3.2 临修

从表2看,2009年临修59件;2010年前7个月,临修52件,共111件。按部件分:牵引电机9件、辅助电机2件、电器39件、电子18件、走行部20件、制动机19件、4项设备4件。主要质量问题是牵引电机、电器、电子、走行部和制动机方面的故障。

表2 HXD3型机车临修件数

3.3 碎修

从表3看,2009年碎修707件;2010年前7个月,碎修1 742件,共2 449件。按部件分:牵引电机12件、电器519件、电子8件、走行部1 402件、制动机506件。主要质量问题是电器、走行部、制动机等方面故障。

表3 HXD3型机车碎修件数

4 运用质量问题分析

4.1 电器

4.1.1 APU故障

(1)控制电路设计存在缺陷,机车在过自动分相时电磁干扰使得APU1与APU2之间主电路切换接触器KM20误动作闭合,造成APU故障。(2)辅助电路接地造成APU保护不工作;(3)APU控制箱本身质量故障。

4.1.2 CI故障

(1)复合冷却器散热不良造成CI高热保护。(2)牵引电机接地、CI流量计故障保护。(3)CI模块和控制箱质量故障。

4.2 走行部

4.2.1 走行部部件裂纹

(1)设计存在缺陷,应力集中导致薄弱部位裂损。(2)制造焊接工艺不标准。(3)重载牵引和秦北区段小曲线大坡道等线路因素影响。

4.2.2 轮缘磨耗大

(1)机车转向架设计原因。HXD3型机车为3轴转向架,其中1,3,4,6位轴箱左右横动量为0.2 mm,2,5位轴箱左右横动量为15 mm(单侧),在曲线半径小、坡道大的秦北区段运行时加大了轮缘的异常磨耗。(2)重载牵引及雨天空转等因素加剧轮缘磨耗。(3)该型机车轮缘润滑采用1,2,5,6位固体润滑棒的方式,效果较差。

4.2.3 撒沙器下砂不良,机车空转严重

(1)撒沙器堵塞严重,配件不足且价格高,供货方未积极解决配件问题,致使撒沙装置无配件更换。(2)机车撒沙量不足,不能达到技术标准,供货方未能解决有关技术问题。(3)机车用沙质量存在问题,加剧了撒沙器堵塞。

4.3 制动机

4.3.1 压缩机油乳化

(1)空气压缩机工作时间不足,压缩机的运转率偏低(标准不低于30%),温度过低造成压缩机吸入的水汽不能及时排出而冷凝成液态水,最终和润滑油混合而乳化。(2)日常检查维护不到位,检修车间对润滑油的检查、补充和油质状态标准不熟悉,油质发生轻微乳化后未及时发现采取措施,导致乳化严重甚至压缩机故障。

4.3.2 制动显示屏黑屏和IPM故障

(1)制动控制系统软件和制动显示屏、IPM主机本身存在质量问题,造成通信数据丢失、传送异常等故障。(2)电气线路接线、插座等部位接触不良。

5 采取的措施

5.1 APU,CI故障

(1)对APU控制电路经常误动作问题,及时向大连东芝公司反馈。经厂家分析后,对控制电路进行改进,采取对转换接触器KM20闭合电路串联APU1控制接触器KM11与APU2控制接触器KM12常闭并联联锁的方式,杜绝干扰造成KM20误动作,发生APU故障。

(2)制定复合冷却器清洗方法和标准,纳入半年、年检范围,在夏季高温天气来临前,对所有机车入库进行一次全面彻底的清洗,保证冷却器散热良好。

(3)制定辅助电机、牵引电机绝缘检测方法和标准,将电机绝缘检测和CI流量计检查试验,纳入机车检修范围;同时,细化完善 AUP、CI故障应急处理办法,运用车间组织机车司机学习,提高此类故障处理能力。

5.2 走行部

(1)制定HXD3型机车牵引电机吊挂座出入段检查管理办法,检修专检专修人员记名式检查入段机车。对机车牵引电机吊杆、小吊挂、弧板等部位检查后,对每台牵引电机的吊杆座部位进行拍照。梳理发现的问题,制定整改的措施。

(2)在机车季检和日常检查作业中,重点检查扫石器支架、沙箱、制动夹钳等易发生裂纹的部位,及时处理发现和反馈的质量问题;对支架安装座部位焊接补强筋,对裂损严重的扫石器支架和沙箱进行更换。

(3)针对撒沙器不下沙的惯性质量问题,在DJ1型机车国产化撒沙器的基础上,按照HXD3型机车技术要求和安装结构,进行了撒沙器国产化改造。

(4)针对机车轮缘磨耗大问题,在调研轮缘润滑装置运用情况之后,制定了该型机车轮缘润滑装置检修标准,规范日常检修维护,加强日常状态检查,保证轮缘润滑器性能良好,减少机车轮缘磨耗;

(5)查找摸排了HXD3机车走行部质量隐患,对牵引杆加装安全钢丝绳,对牵引杆座固定螺丝技术改造,对车钩吊杆及均衡梁加装安全钢丝绳,对车钩加装防跳装置,对牵引电机轴承定期检查。

5.3 制动机

(1)修订完善HXD3型机车空气压缩机日常检修、维护保养的范围和标准,明确了压缩机润滑油的各项技术标准及维护周期和检查要求,制定了油位检查及更换、消除乳化、更换过滤器和清扫散热器等作业标准。

(2)及时向供货方反馈制动显示屏黑屏和IPM主机故障,全部更新机车制动显示屏,升级IPM控制软件,全面普查制动机系统相关电气线路,并对IPM主机、RIM继电器盒外接插头画防缓线。

[1] 张曙光.HXD3型电力机车[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[2] 屈 东,汪 伟.HXD3型机车高坡区段运行安全性评估[J].中国铁路,2010,582(3):28-32.

[3] 汪 伟.宝成线宝广段客运机车机型运用分析[J].铁道机车车辆,2007,27(6):43-45.