HXD3型机车制动系统及防滑技术思考

李辉

摘 要：近几年，随着我国经济飞速增长，铁路等交通基础设施也得到相应发展。各种类型的机车被研发出来并应用于交通运输领域。但是由于科技水平的不完善，使得提速后的机车，在制动工况下因为滑行而造成脱轨。本文以HXD3型机车为例，对其制动系统和防滑技术进行分析，旨在为机车防滑控制的研究提供一些帮助。

关键词：HXD3；机车；防滑；制动系统

进入21世纪后，随着我国经济迅猛发展，铁路、公路等等交通基础设施建设也有了较大发展，开始走高速化、优质化道路。经济发展带动了交通运输领域的发展，交通运输发达又给经济发展提供便利。为适应国民经济的高速发展，HXD3、HXD3B、HXD3C、HXD3D等型号的机车投入使用也在不断提高铁路运输能力和运输速度。但是机车速度的提升需要轮轨之间有足够的粘着力，而粘着力又随速度的提高，可供利用率下降，容易使机车在运行中，因粘着系数的减小，使车轮空转、滑行造成动轮擦伤，出现种种事故。如何加大研发力度，完善机车制动系统和防滑技术，是我们当前亟待解决的重要课题。本文以HXD3型号机车为研究对象，简要探析如何进一步完善其制动系统和防滑技术。

1 机车制动防滑系统整体概述

近年来，随着我国经济发展，交通货运需求也随之增加。为解决货运需求，大连机车开始研发大功率交流传动货运电力机车。在与日本东芝合作后，首台原型车编号SSJ3-0001，后改名为DJ3，于2003年年底完成。这也是HXD3型号机车的原型。这些机车为我国经济发展提供了有力的运输保障。但是随着经济发展，对机车速度和货运量的要求不断增加，高速化成为未来的发展方向。如何在保证安全的情况下，最大限度的提升机车的运营速度和运营效率成为我国交通运输发展的需要思考的重要课题。针对这些问题国内外相关领域的专家学者进行了长期、大量的研究实践。

1.1 机车防滑的必要性

不论那种型号的机车，在其运营过程中，有效防滑都是亟待解答的重要问题。首先，在机车运行中，滑行会造成车轮擦伤。在机车高速行驶期间，擦伤的车轮会引发一系列隐患，使得轴承温度过高、损害轨道，甚而危机行车安全。因此，机车运营中，制动防滑是十分必要的。要在机车安装防滑器，防止车轮因滑行擦伤，并尽量使制动力接近粘着力，为行车安全提供最大限度的保障。

1.2 国外机车制动防滑技术研究现状

由于机车运行过程中，因为种种因素，会出现滑行，进而擦伤车轮，威胁行车安全。科学家开始研发制动防滑装置。1948年，美国的WestinghouseAir Brake公司研发了铁路机车专用的ABS装置用以防治车轴磨损情况的发生。之后，世界其他国家也相继用撒沙等方式来防滑，但效果不明显。但随着科技手段进步，国外专家学者不懈努力，经过大量研究实验，针对本国实际，在总结适合本国的粘着系数推荐值基础上，研发出适合本国的防滑制动系统，取得良好效果。经过十几年发展，机车制动防滑系统有了极大进步，例如日本运用滑行检测再粘着装置等提高粘着力。

1.3 国内机车制动防滑技术研究现状

针对机车运行中车轮的滑行擦伤现象，我国专家学者也进行了大量的研究实践，提出了切实可行的解决方案。60年代中期，我国研发出机械-空气式；80年代，对单板机制动防滑系统进行研究。到1985年，我国进入危机控制防滑器的时代。1992年铁科院研制成功TFXl型防滑器，广泛应用于铁路机车。而进入新世纪后，所有旅客列车都按照铁道部要求，安裝了电子防滑器。机车运行过程中车轮滑行擦伤问题得到很大解决。但是我国在这方面的研究与国外先进水平还有一定差距，理论不完善。技术也相对落后，需要借鉴国外先进经验，继续努力。

2 HXD3型机车的制动系统

2.1 HXD3型机车的技术采用

（1）真空断路器。这项技术是利用真空来作为绝缘和灭弧的介质。在真空状态下的，绝缘度强，电弧扩散能力大，利用这两者的去游离作用来进行灭弧的。真空断路器比空气断路器具有更多的优点，如结构监督、速度快、绝缘度高等等。且由于真空灭弧室不用检修，给整机维修工作带来很大便利。

（2）主变压器特点。HXD3型机车采用法国NEXANS公司的端子制作高压线。在低压套管出线装置中采用了新型合成树脂的出线装置，使得拆装便利，且使用时间长久。除此之外，其变压器还具备抗震等等特点。维修保养方便。

（3）受电弓。HXD3机车采用的受电弓更加先进。对受电弓磨损电网的情况有极大改善。保障了机车的良好运行。

（4）复合冷却器。HXD3型复合冷却器设计上采用上部水散热器，油散热器，使得性能更加优良，且体积小、重量轻。与之相比，空气冷却复合冷却器，散热效果差，维修过于繁琐。

（5）牵引电动机。HXD3型机车，采用日本东芝公司研发设计的交流电引动机。负载轴相对轻，对轨道压力小，有利于机车的良好运行。

（6）制动系统。HXD3型机车采用的是CCBⅡ空气制动机。这款制动机已经在全国范围内得到推广。

3 HXD3型机车防滑控制技术

防滑控制系统是HXD3型机车制动系统的重要组成部分，能够防止机车在运行过程中，由于车轮滑动，造成事故。

3.1 HXD3型机车的结构分析

（1）防滑控制系统基本组成。由图1 可见防滑控制系统包括防滑排风阀、滑行检测器、速度传感器等等部分。其中滑行检测器是防滑控制系统的核心。

（2）工作原理。当机车启动制动系统时，受当时天气、线路等等因素的影响，粘着力也产生变化。当粘着力比制动力消失，车轮就会出现滑动的现象，转速降低。速度检测传感器检测到这一变化，经由滑行检测器计算后，发出指令，制动缸会降低制动力，缓解车轮滑动情况，达到避免机车事故的效果。

3.2 HXD3型机车的参数分析

当机车的制动力大于粘着力时，车轮则会滚动，免于滑行，造成行车危险。因此滑行检测的关键环节在于判断防滑器滑行的时机。如果过早，则造成制动距离延长，过晚，则会产生车轮滑行，造成行车事故。所以，要选择正确的防滑器控制参数。主要有以下几方面数据参考：（1）基准速度的确定。（2）速度差判断。（3）滑移率判据。（4）减速度和减速度微分判据。

3.3 HXD3型机车防滑控制的基本要求

想要使得机车防滑控制系统良好运行，有几下几方面基本要求，需要工作人员加以重视。（1）高灵敏度。一般情况下，机车运行速度较快，飞速的转动的车轮粘着系数本身较低。一旦某一车轮发生滑动，要被及时、迅速的检测出来。因此，防滑器必须十分灵敏，才能在危机情况下迅速做出反应。（2）防滑性能好。我们说的防滑性能实际就是指在机车行车中，车轮发生滑动现象，防滑检测器检测到之后，迅速做出反应，切断动力制动的同时使制动缸压力降低，在车轮恢复正常运转后，制动缸再度充气的过程。这需要各个部件具备高度灵敏反应，在危机发生时迅速采取措施，保证行车安全。

4 结语

有关HXD3型机车的制动系统和防滑技术方面的开发研究不是一蹴而就的，这是一个长期的、具有极强综合性的过程，是由多个不同学科交叉而成的基础性课题。随着科技发展，HXD3机车应用的普及，对机车的制动系统和防滑技术提出了新的更高的要求。因此，我们应当在现有研究的基础上，进一步完善模糊控制系统、研究高性能的防滑排风闸等等，为我国铁路、公路等交通发展做出贡献。

参考文献：

[l] 刘豫湘，陆给华，潘传熙.DK-1型电空制动机与电力机车空气管路系统.北京.中国铁道出版社.2005.12-26.

[2] 孙琼.高速铁路轮轨粘滑特性及其实验研究【学位论文〕.北京.铁道部科学研究院.2001.12-14.

[3] 陈朝发等.TFXI型微处理器控制防滑器的研制（1卜一一结构原理介绍.铁道机车车辆.2002.第4期5-9.

[4] 翟智民译.新干线和既有线路提速车的制动技术（日）.国外铁道车辆.2003第1期12-巧.

[5] 李培曙.防滑器的防滑作用与粘着利用.铁道车辆，2004.第3期6-10.