机车撒沙与提高黏着牵引力关系试验研究*

邵 军

（中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

机车撒沙与提高黏着牵引力关系试验研究*

邵 军

（中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

在轮轨低黏着状态时可采用撒沙提高机车黏着牵引力，针对撒沙与提高机车黏着牵引力关系开展了试验研究，分析不同撒沙工况下的机车黏着牵引力提高情况，提出了机车撒沙系统的优化方案。

机车；撒沙；黏着牵引力；试验

在铁路运输中，机车依靠在轮轨滚动接触过程中移动接触面上产生的黏着力来实现牵引和制动，机车有效功率的充分利用受到轮轨间黏着水平的限制。当机车的轮周牵引力超过轮轨间所能产生的黏着力最大值时，机车动轮就会发生空转，造成黏着破坏，出现空转或滑行等影响行车安全的现象，影响机车车辆的牵引和制动性能。

轮轨间的黏着与机车的轴重、轮径、轮轨几何形状、车轮材料特性、轮轨状况都有关系，其中轨面状况是指轮轨接触表面的粗糙度和轮轨间是否有第三介质，如水、油和其他有机污染物，是决定轮轨间有效黏着的最重要因素。有试验显示，如果轮轨界面有水介质，黏着系数会随着速度的提高而显著下降。采取撒沙或喷射陶瓷粒子等增粘剂可以改善轮轨状况，提高黏系数。因此，保证轮轨接触面的清洁或使用增黏着材料，对提高黏着是十分有效的。

目前我国电力机车和内燃机车，在轮轨低黏着状态下采用撒沙来提高牵引黏着力，在运用过程中对撒沙系统的标准要求不一致，撒沙量太小起不到増黏的效果；撒沙量过大虽能改善牵引黏着，但也会对轨道电路、道床等方面带来负面影响。显然只有更好地了解不同撒沙方式对改善黏着的效果，才能更有效的利用机车的牵引和制动性能，延长轮轨使用寿命，对铁路行业的发展有着重要意义。为了研究不同撒沙工况与机车牵引黏着改善关系，探索实现最大黏着牵引力下的最小撒沙工况，在中国铁路总公司统一部署下，中国铁道科学研究院机车车辆研究所组织相关单位开展了机车撒沙与提高黏着牵引力的试验研究。

1 试验方案

结合现场实际运用情况，选取大功率和谐机车做为试验对象，通过调整撒沙量以及出沙口位置来设置不同的撒沙工况，并在轨道上洒水模拟机车在轮轨低黏着状态下牵引列车，研究机车的黏着牵引力发挥情况。

1.1 主要试验工况下的撒沙方案

撒沙量方案：

工况1：干燥轨面＋不撒沙；

工况2：湿滑轨面（洒水）＋不撒沙；

工况3：湿滑轨面（洒水）＋同时撒沙（撒沙量0.3± 0.1 dm3／min）；

工况4：湿滑轨面（洒水）＋同时撒沙（撒沙量0.5± 0.1 dm3／min）；

工况5：湿滑轨面（洒水）＋同时撒沙（撒沙量0.7± 0.1 dm3／min）；

工况6：湿滑轨面（洒水）＋同时撒沙（撒沙量0.9± 0.1 dm3／min）。

出沙口位置方案：

位置1：出沙口距轨面50 mm、距车轮踏面40 mm（分撒沙口朝上和朝下两种情况）；

位置2：出沙口距轨面18 mm、距车轮踏面15 mm（分撒沙口朝上和朝下两种情况）；

位置3：出沙口距轨面30 mm、距车轮踏面30 mm（分撒沙口朝上和朝下两种情况）。

1.2 试验方法

试验编组：被试机车＋ 试验车＋货物列车（C70重车）＋陪试机车（1台）。

为了增加列车起动阻力，采用货物列车施加部分制动（减压50 kPa）以增加列车的启动阻力，使机车尽可能满功率发挥。关闭本务机车与试验车间的列车管折角塞门，试验车＋货物列车（C70重车）＋陪试机车（1台）的制动缓解由陪试机车控制，做为负载。可临时增减货物列车的数量或关门车数量，以调整负载力的大小。

试验时，被试机车满级牵引列车起动，按试验工况要求打开撒水阀门，在被试机车前进方向的轨面上连续喷撒减摩液，同时按试验工况要求向踏面以不同的撒沙量进行手动撒沙。观察试验机车抑制动轮空转的情况，并记录列车起动加速过程中电机电压、电流和功率、车钩力、列车速度、时间、距离等参数。

1.3 评估方法

机车在湿轨上运行经常会发生空转，轮周牵引力并不是一个稳定的值，波动很大，无法采用单个速度点的牵引力进行比较，因此将列车的加速过程分为4～6，6～8，8～10，10～12，12～14，14～16，16～18 km／h和18～20 km／h共8段加速区间，计算各种试验工况下每个加速区间的轮周牵引力。计算方法为：

式中w′0为机车单位运行基本阻力，N／k N；

wr为单位曲线附加阻力，环行铁道曲线取0.42，N／k N；

m为机车质量，t；

a为平均加速度，m／s2；

γ为回转质量系数，取0.06；

t为时间，s；其中t0加速开始时间；t1为加速末时间；

v为速度，km／h，其中v0为加速区间初速度，v1为加速区间末速度。

图2 相同撒沙量不同出沙口位置时机车轮周牵引力发挥情况对比

2 试验结果和分析

采用式（1）和式（2）计算出机车在不同撒沙工况下的每个加速区间内的轮周牵引力，并进行对比分析，具体结果如下。

2.1 干燥轨面、潮湿轨面机车轮周牵引力比较

分别在干燥轨面（分为撒沙和不撒沙工况）和潮湿轨面（不撒沙）情况下，机车轮周牵引力发挥情况对比见图1。

图1 干燥轨面、潮湿轨面机车轮周牵引力发挥情况对比

潮湿轨面不撒沙情况下，机车轮周牵引力损失较大，机车发挥的轮周牵引力约为干燥轨面不撒沙工况下的60%。在潮湿轨面时机车轮轨间黏着状况较差，空转现象明显增多，机车的防空转功能被激活，调整机车牵引力输出。

2.2 相同撒沙量不同出沙口位置时的轮周牵引力比较

潮湿轨面下，相同撒沙量不同出沙口位置时机车轮周牵引力发挥情况对比，见图2所示。

在潮湿轨面和相同撒沙量工况下，出沙口朝上时的轮周牵引力发挥要优于出沙口朝下时的轮周牵引力，但总体差异不大。

2.3 相同出沙口位置不同撒沙量时轮周牵引力比较

潮湿轨面下，相同出沙口位置不同撒沙量时机车轮周牵引力发挥情况对比，见图3所示。

在潮湿轨面和相同出沙口位置工况下，各撒沙量情况下的轮周牵引力差异不大。

潮湿轨面下，将0.3，0.5，0.7 dm3／min和0.9 dm3／min 4种撒沙量中轮周牵引力发挥最好的工况与不撒沙工况下的轮周牵引力发挥情况进行对比，见图4所示。

图4 湿轨上各工况的轮周牵引力对比曲线

潮湿轨面下，采用撒沙之后机车轮周牵引力平均比不撒沙时的轮周牵引力提高40%以上，说明通过有效撒沙能够改善机车轮轨间的黏着状态，上述撒沙工况中机车轮周牵引力总体差异不大，但均恢复不到干燥轨面时黏着牵引力水平。

3 结论与建议

通过上述试验结果分析，可以得出以下结论和建议：

（1）在潮湿轨面下，撒沙能够改善机车轮周牵引力发挥，说明通过撒沙能够有效改善机车轮轨间的黏着状态，提高机车的黏着牵引力，但恢复不到干燥轨面下的黏着牵引力水平。

（2）在潮湿轨面下，不同撒沙工况（不同撒沙量和出沙口位置）时的机车黏着牵引力发挥总体上无明显差异，说明在列车起动时只要通过有效撒沙就可以改善机车轮轨间的黏着状态并保持在一个稳定水平，通过加大撒沙量对机车黏着牵引力再改善提高的作用不明显。

（3）为有效提高轮轨低黏着状态时机车黏着牵引力，同时结合既有运用经验降低因撒沙带来的负面影响，建议机车撒沙系统的撒沙量设置为0.3～0.7 dm3／min，出沙口位置尽可能朝向轮轨接触点；同时建议继续对保证撒沙系统的撒沙可靠性开展相关研究。

［1］ 邵 军.2012年JL字第040号.机车撒沙系统优化试验报告［R］.北京：中国铁道科学研究院机车车辆研究所，2012.

［2］ 谢维达.电力牵引与控制［M］.北京：中国铁道出版社，2010.

［3］ 马国忠.轨道交通运载工具与列车牵引计算［M］.成都：西南交通大学出版社，2011.

Research on Relationship between Locomotive Sanding and Improving Adhesion Traction Force

SHAO Jun
（Locomotive＆Car Researcher Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Sanding can improve locomotive adhesion traction in low wheel-rail adhesion status.In this paper，tests and research were carried out for analyzing the relationship between locomotive sanding and improving adhesion traction force.Improving adhesion effect was compared and analyzed under different sanding conditions.In the end of the paper，an optimization scheme of the sanding system was proposed.

locomotive；sanding；adhesion traction force；test

U260.11＋5

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.10

1008－7842（2016）06－0039－03

*中国铁路总公司科研专项试验项目（Z2011-052）

�）男，副研究员（

2016－08－18）