HXD3B型电力机车撒砂系统优化试验研究

曲建国

摘要：近年来，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也越来越迅速。在电力机车运行过程中，轮轨接触状态突然恶化时需采用增黏剂以改变轮轨黏着状态，撒砂是最常见的方法。为了使机车更好发挥牵引、制动性能，采用机车速度、蠕滑速度和轮缘加速度作为自动撒砂控制指标，以机车速度、蠕滑速度和轮缘加速度作为系统输入，以撒砂动作信号作为输出，建立模糊撒砂控制系统;然后根据系统的输出信号驱动撒砂装置阀门，实现自动撒砂。

关键词：HXD3B型;电力机车;撒砂系统;优化试验研究

以HXD3B型电力机车为研究对象，现有撒砂量要求为0～1.5L/min，出砂口距离轨面50±25mm的范围比较宽泛，通过在试验轨道和正线上进行不同撒砂量、不同出砂位置、不同轨面状态、不同自动撒砂截止速度等条件组合工况下的一系列启动与制动试验，经过试验数据的对比分析，来验证撒砂性能对机车牵引性能及制动距离的影响，并提出能够满足机车轮轨增黏要求且合理的出砂位置、出砂量及自动撒砂速度建议。

1重要性

随着铁路的不断发展，电力机车不断地投入运营，对机车的性能要求也越来越高，由于机车需要的牵引力大，因此也要确保轮轨之间有好的黏着状态以发挥出足够的黏着率。在电力机车运行过程中，机车依靠轮轨间的黏着产生黏着力，从而列车实现牵引与制动，机车黏着力的发挥与轮轨之间的黏着水平息息相关。轮轨黏着性能受到诸多因素的影响，比如树叶、油脂、冰、雪和水等。当这些影响黏着性能的污染物附着在钢轨表面时，会使轮轨黏着特性急剧下降，从而导致机车轮对发生空转或滑行，造成轮轨擦伤甚至脱轨等事故。在轮轨干燥、清洁的情况下，机车黏着力的发挥往往是足够的，而在轨面湿滑的情况下，黏着系数往往会大大降低，不能满足机车运行的要求。改变轮轨之间的状态可以有效地增强黏着，可以通过喷射水流或者空气去除轨道上的污染物。此外，还可以使用轮轨增黏剂的方法提高轮轨黏着性能，如通过喷射砂粒或者陶瓷粒子改善轮轨黏着状态，撒砂是最常见的黏着剂。在轨面存在污染物的情况下，撒砂对于提高黏着系数，改善轨面黏着性能的效果往往是明显的。但是在机车运行过程中，撒砂会造成如下问题：影响信号系统的正常运行;增加铁路维护成本和维护量;撒砂过量会造成砂子浪费以及埋轨现象等。

2研究目的

和谐型大功率交流传动电力机车具有启动牵引力大、加速快的特点，为充分发挥其性能优势，要保证足够的轮轨黏着力，避免在启动或制动时发生轮轨空转及滑行。机车撒砂的性能的发挥对轮轨增黏有很大影响，撒砂量过大，不足以保证轮轨黏着力，撒砂量过大又容易导致砂粉覆盖轨面造成轮轨接触瞬间分离，造成机车信号绝缘。以HXD3B型电力机车为9600kW大功率交流传动货运电力机车为研究对象。通过对不同撒砂量和不同出砂口位置工况时机车牵引能力、不同撒砂量和不同撒砂速度范围时单机紧急制动能力进行试验研究，对试验结果进行对比分析得出撒砂量和出砂口位置对机车牵引能力发挥的影响、撒砂量和撒砂速度范围对单机紧急制动能力的影响。

3优化措施分析

3.1辅助撒砂功能

HXD3B系列机车撒砂装置还有两个辅助撒砂功能，一是安装了筒加热器，天气潮湿时，打开交流撒砂加热开关，筒加热器给烧结板加热，防止烧结板上面的砂子潮湿板结;二是设计有干燥风源，天气潮湿时，打开直流撒砂加热开关，加热后的压缩空气从干燥气阻气门dT流经烧结板，干燥砂箱内的砂子，防止砂箱内砂子板结并疏松砂子。此时，砂箱内的压缩空气压力增大，撒出的砂子的砂量相应增加。

3.2故障维修方面

HXD3B系列机车撒砂装置出现不撒砂情况后，故障处理非常麻烦，需要检修人员先将对撒砂阀从砂箱上拆解下来进行检查和检修，然后由整备人员将砂箱内机砂进行回收，撒砂阀检修完毕并安装到砂箱上，由整备人员重新进行上砂、试验。1个撒砂阀故障处理时间大概况需要30～40min，如全车撒砂阀故障，整台机车故障处理时间大概需要4～5h，极大的增加了检修、整备人员的工作量，而且严重影响机车运用。

3.3试验要点

（1）潮湿轨面撒砂之后机车轮周牵引力平均比湿轨不撒砂时的轮周牵引力有所提高，但恢復不到干燥轨面时状态;说明撒砂能够改善机车轮轨间的粘着状态，对于机车起动加速的优化效果明显，但恢复不到干燥轨面的粘着状态。（2）在潮湿轨面下，不同撒砂量和出砂口位置时的机车轮周牵引力发挥总体上无明显差异，撒砂量和出砂口位置对机车轮周牵引力的影响无明显规律。HXD3B机车在潮湿轨面各工况中轮周牵引力差异不大。（3）不同撒砂量和不同撒砂速度范围内的单机紧急制动距离差异较小。由于机车单机紧急制动性能也受制动系统以及制动盘片间状态影响，实测各种工况下的制动距离差异属于正常变化误差范围之内。因此撒砂对单机紧急制动性能的影响较小。（4）各撒砂方案正线对比验证试验湿轨状态下，满级牵引时机车空转比较严重，通过撒砂能够有所抑制空转，但机车牵引力恢复不到牵引特性要求值。总体上说，各工况下机车发挥的粘着牵引力差异不明显。单机紧急制动后，各种工况下的单机实施紧急制动停车后其前后信号灯均显示正常。

3.4HXD3B系列机车撒砂管撒砂不良解决措施

为解决该型机车撒砂阀不撒砂的问题，通过对其它路局撒砂阀改造方案情况进行了咨询。通过咨询发现，由于原车装置的压差式撒砂阀故障率高、维修困难、影响机车运用，对HXD型机车撒砂阀进行了大批量改造，目前使用重力式撒砂阀而且将原车撒砂管进行了加粗改造，撒砂故障明显减少，检修维护也十分方便，该撒砂阀虽然结构简单，但是有缺点：一是重力式撒砂量很大，撒砂量为1～1.5L/min且调整困难，逢雨、雪天气耗砂量大，不适合机车长途运行;二是由于该撒砂阀进风管路上未安装逆止阀，机车撒砂停止后，撒砂电磁阀回风易造成机砂从阀内出风缩堵向来风管路逆流，造成出风缩堵或来风管堵塞。

4结语

模糊控制规则时模糊系统的核心。模糊控制的规则库是由一系列的“IF-THEN”型的模糊条件句所构成的。条件句的前件为输入变量，后件为输出变量。本文通过总结实际工程经验以及相关知识建立模糊规则库。机车速度越高，撒砂对改变轮轨黏着的影响不明显，因此撒砂的倾向越小;蠕滑速度衡量轮对空转/滑行的程度，蠕滑速度越大，即代表空转/滑行的程度越大，越需要撒砂;轮缘加速度是衡量空转变化快慢的指标，轮缘加速度越大，越倾向于撒砂。

参考文献：

[1]HX3D型交流传动电力机车运用保养说明书[Z].中国北车集团大连机车车辆有限公司，2007.

[2]HX3D型交流传动电力机车检修手册[Z].中国北车集团大连机车车辆有限公司，2007.

（作者单位：中国铁路哈尔滨集团有限公司（哈尔滨机务段））