趙中喜， 李　雷， 王　靖， 田春飛， 楊　帆

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院　機(jī)車車輛研究所， 北京 100081)

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運(yùn)用與檢修

延長(zhǎng)機(jī)車運(yùn)用交路探討*

趙中喜， 李雷， 王靖， 田春飛， 楊帆

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所， 北京 100081)

交流傳動(dòng)電力機(jī)車可以擔(dān)當(dāng)2 000～3 000 km及以上長(zhǎng)交路的列車牽引任務(wù)，但是有3個(gè)制約因素，一是不良?xì)庀髼l件下軌面潮濕時(shí)沙子可能不夠用，二是空氣嚴(yán)重污染潮濕氣溫較低且低速運(yùn)行時(shí)車頂絕緣子可能閃絡(luò)，三是機(jī)車跨局整備問(wèn)題。還提出了在有霜期機(jī)車后置運(yùn)行減少用沙量并可節(jié)約能源。

延長(zhǎng)； 機(jī)車； 運(yùn)用交路

機(jī)車交路或稱機(jī)車牽引區(qū)段，是指機(jī)車擔(dān)當(dāng)運(yùn)輸任務(wù)的固定周轉(zhuǎn)區(qū)段，即機(jī)車從機(jī)務(wù)段所在站到折返段所在站之間往返運(yùn)行的線路區(qū)段。世界上最長(zhǎng)的機(jī)車交路是加拿大蒙特利爾至溫哥華，長(zhǎng)達(dá)4 691 km。2014年7月1日全國(guó)實(shí)行新的列車運(yùn)行圖，昆明至北京3對(duì)旅客列車實(shí)現(xiàn)全程3 212 km不更換機(jī)車，是我國(guó)目前最長(zhǎng)機(jī)車交路。延長(zhǎng)機(jī)車交路可以減少機(jī)務(wù)段、折返段(整備場(chǎng))數(shù)量，提高機(jī)車運(yùn)用效率，從而可以節(jié)省建設(shè)投資，降低運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用；還可提高列車運(yùn)行速度，增加線路通過(guò)能力；提高機(jī)車、車輛、線路及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)輸效率，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1　延長(zhǎng)機(jī)車交路的有利條件

1.1機(jī)車基礎(chǔ)質(zhì)量提高

(1) 電力機(jī)車比例提高。隨著我國(guó)電氣化鐵路里程增加，新造機(jī)車中電力機(jī)車數(shù)量大于內(nèi)燃機(jī)車，全鐵路電力機(jī)車保有量已超過(guò)內(nèi)燃機(jī)車。電力機(jī)車不受柴油攜帶量的限制，一次整備可靠續(xù)行里程大大延長(zhǎng)。

(2) 交流傳動(dòng)機(jī)車投入運(yùn)用。和諧型交流傳動(dòng)機(jī)車自2006年開(kāi)始投入運(yùn)用，交流傳動(dòng)機(jī)車總體上基礎(chǔ)質(zhì)量提升，可靠性提高。交流傳動(dòng)機(jī)車的另一個(gè)特點(diǎn)是功率大，對(duì)線路限制坡度的適應(yīng)性更強(qiáng)，有利于減少列車解編次數(shù)，延長(zhǎng)交路。

1.2檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)的應(yīng)用

利用檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)，可及時(shí)掌握機(jī)車及主要零部件的技術(shù)狀態(tài)，有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)防性維修，提高機(jī)車可靠性。

(1)便攜式變流器檢測(cè)設(shè)備

該設(shè)備對(duì)交流傳動(dòng)機(jī)車變流器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線非接觸式綜合檢測(cè)，生成診斷報(bào)告以指導(dǎo)維護(hù)保養(yǎng)，自動(dòng)生成電子檔案，并形成趨勢(shì)報(bào)表，自動(dòng)將本次檢測(cè)結(jié)果與上次檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷變流器內(nèi)部主要器件的劣化程度。

(2)便攜式蓄電池檢測(cè)設(shè)備

該設(shè)備具備機(jī)車單節(jié)蓄電池和成組蓄電池內(nèi)阻(電導(dǎo))在線或離線測(cè)量、試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳、蓄電池測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分析、蓄電池在浮充狀態(tài)下直接檢測(cè)功能。

(3)便攜式自動(dòng)過(guò)分相檢測(cè)裝置

該裝置用于電力機(jī)車車載自動(dòng)過(guò)分相裝置的性能檢測(cè)，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將結(jié)果通過(guò)屏幕實(shí)時(shí)顯示。

(4)便攜式電機(jī)綜合測(cè)試儀

該測(cè)試儀適用于機(jī)車電機(jī)在靜態(tài)停機(jī)狀態(tài)下的快速性能檢測(cè)和故障診斷，對(duì)電機(jī)供電回路、絕緣、定子、轉(zhuǎn)子等進(jìn)行綜合性能檢測(cè)分析，準(zhǔn)確反映電機(jī)狀態(tài)，檢測(cè)PI值并顯示絕緣極化曲線，判斷電機(jī)的絕緣狀態(tài)。

(5)便攜式風(fēng)機(jī)風(fēng)量檢測(cè)儀

該測(cè)量?jī)x適用于機(jī)車風(fēng)機(jī)風(fēng)速、風(fēng)溫等參數(shù)的測(cè)量，通過(guò)輸入不同類型風(fēng)機(jī)出風(fēng)口截面積自動(dòng)計(jì)算出風(fēng)機(jī)風(fēng)量。

(6)便攜式制動(dòng)機(jī)檢測(cè)設(shè)備

該檢測(cè)設(shè)備適用于計(jì)算機(jī)控制制動(dòng)機(jī)的性能試驗(yàn)，模擬制動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行工況對(duì)制動(dòng)機(jī)各個(gè)模塊的制動(dòng)邏輯、制動(dòng)風(fēng)壓、充風(fēng)時(shí)間、排風(fēng)時(shí)間及模塊內(nèi)部限壓閥壓力進(jìn)行測(cè)試，對(duì)制動(dòng)機(jī)各個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)通訊功能進(jìn)行檢測(cè)。

(7)TWDS 車輛輪對(duì)故障、尺寸動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)

機(jī)車車輛輪對(duì)外形尺寸在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)車車輛運(yùn)行中的輪對(duì)外形輪廓及各種尺寸參數(shù)的在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

(8)受電弓及車頂狀態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)

該系統(tǒng)運(yùn)用圖像測(cè)量技術(shù)、高清晰視頻錄像監(jiān)控技術(shù)和高精度壓力測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)受電弓滑板外形尺寸、受電弓中心線偏移、受電弓動(dòng)態(tài)工作位接觸壓力的動(dòng)態(tài)自動(dòng)檢測(cè)以及對(duì)車頂質(zhì)量狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

除此之外，還有一些檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及診斷設(shè)備正在使用或開(kāi)發(fā)中，如軸承檢測(cè)、無(wú)損探傷、機(jī)車走行部動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)等。隨著技術(shù)水平的進(jìn)步，會(huì)誕生更多車載的和地面的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及診斷設(shè)備，為延長(zhǎng)機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程提供技術(shù)支持。

1.3機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))的應(yīng)用

沒(méi)有機(jī)車的安全就談不上可靠續(xù)行，6A系統(tǒng)為延長(zhǎng)機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程提供了安全保障。

機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))包括：

(1) 機(jī)車空氣制動(dòng)安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)(ABDR)通過(guò)壓力監(jiān)測(cè)傳感器和獲取的機(jī)車信息，對(duì)機(jī)車的停放制動(dòng)異常施加和機(jī)后折角塞門關(guān)閉進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

(2) 機(jī)車防火監(jiān)控子系統(tǒng)(AFDR)通過(guò)火災(zāi)探頭發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信息并通知視頻監(jiān)視子系統(tǒng)，在顯示屏上自動(dòng)切換至火情發(fā)生區(qū)域的視頻圖像；

(3) 機(jī)車高壓絕緣檢測(cè)子系統(tǒng)(AGDR)可檢測(cè)電力機(jī)車車頂高壓設(shè)備狀態(tài)；

(4) 機(jī)車列車供電監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)(APDR)通過(guò)485通信線與列車供電控制板通信，獲得列車供電系統(tǒng)當(dāng)前的電壓、電流等信息，并對(duì)機(jī)車供電設(shè)備進(jìn)行接地監(jiān)測(cè)；

(5) 機(jī)車走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)(ATDR)通過(guò)傳感器和前置處理器對(duì)機(jī)車的軸承、齒輪和車輪踏面進(jìn)行溫度和振動(dòng)沖擊的監(jiān)測(cè)；

(6) 機(jī)車自動(dòng)視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)(AVDR)通過(guò)視頻探頭對(duì)機(jī)車的路況、司機(jī)室和機(jī)械間等位置進(jìn)行視頻監(jiān)控和圖像采集儲(chǔ)存。

2　延長(zhǎng)機(jī)車交路存在的問(wèn)題及解決途徑

2.1沙子不夠用問(wèn)題

軌面狀態(tài)是影響機(jī)車用沙量的重要因素。軌面潮濕、污穢時(shí)，機(jī)車空轉(zhuǎn)嚴(yán)重，用沙量增加。其主要原因是濕軌的黏著系數(shù)大幅降低。文獻(xiàn)[5]中，式(24)和式(25)給出了濕軌和干軌條件下的(制動(dòng))計(jì)算黏著系數(shù)公式。由此計(jì)算結(jié)果表明，起動(dòng)時(shí)干軌計(jì)算黏著系數(shù)比濕軌增加55%，時(shí)速100 km時(shí)增加85%。

內(nèi)蒙古集通集團(tuán)公司的錫林浩特—多倫年無(wú)霜期僅100多天，風(fēng)、雪、沙塵大，坡度大(縱斷面坡度6‰～12‰)，冬季鋼軌結(jié)霜嚴(yán)重，機(jī)車在長(zhǎng)大坡道運(yùn)行用沙量大，已出現(xiàn)了機(jī)車運(yùn)行途中沙子不夠用的狀況，需在中間站補(bǔ)沙作業(yè)(錫林浩特機(jī)務(wù)段所支配機(jī)車上均配備了4個(gè)20 kg的備用沙桶)[6]。

(1)針對(duì)沙子不夠用的對(duì)策

目前，針對(duì)該問(wèn)題已經(jīng)采用的有3種對(duì)策，一是天氣不良時(shí)在上坡區(qū)段增加補(bǔ)機(jī)，二是采用輪軌瓷沙噴射裝置代替國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的撒沙裝置，三是機(jī)車上放置備用沙桶。

(2)解決沙子不夠用的新思路

機(jī)車后置運(yùn)行時(shí)，列車前部的幾十上百個(gè)拖車車輪將潮濕的軌面碾壓、粘附后，變?yōu)楦稍锏能壝?，此時(shí)機(jī)車黏著系數(shù)提高，即可減少用沙量。除此之外，對(duì)無(wú)動(dòng)力的貨車車輪來(lái)說(shuō)，軌面潮濕(結(jié)冰、結(jié)霜、油污)時(shí)，車輪與鋼軌之間的摩擦系數(shù)降低，即是運(yùn)行阻力減小，所需牽引力減小，機(jī)車消耗的能源也能減少。

機(jī)車后置運(yùn)行首先要解決的問(wèn)題是司機(jī)觀察行車信號(hào)和路況，這也是傳統(tǒng)的列車牽引方式只能采用機(jī)車前置的原因。目前的科學(xué)技術(shù)水平已經(jīng)可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

機(jī)車信號(hào)、列車運(yùn)行監(jiān)控裝置(LKJ)的應(yīng)用使得司機(jī)在大多數(shù)情況下不必要看地面信號(hào)，行車信號(hào)在機(jī)車的司機(jī)室里一目了然。青藏鐵路格爾木—拉薩段和高速鐵路就沒(méi)有地面信號(hào)，只有機(jī)車信號(hào)和LKJ。

路況圖像可以用紅外相機(jī)(攝像頭)獲取，有線(固定編組的客車或?qū)Ｓ秘涇?或無(wú)線(4G等)傳送到司機(jī)室的顯示屏上。路況圖像獲取與傳送裝置可與目前的列尾裝置集成安裝。

2.2絕緣子閃絡(luò)問(wèn)題

空氣嚴(yán)重污染潮濕氣溫較低且低速運(yùn)行時(shí)，電力機(jī)車車頂絕緣子容易發(fā)生閃絡(luò)、擊穿而造成機(jī)破。2013年1月14～15日兩天全路就發(fā)生機(jī)車車頂閃絡(luò)18件[4]。

為解決絕緣子閃絡(luò)問(wèn)題目前采取的措施是：

(1) 加強(qiáng)清潔絕緣子。盡量在有條件的地方入庫(kù)進(jìn)行整備，及時(shí)清理車頂污染物。

(2) 減少車頂絕緣子的數(shù)量。如HXD3B、HXD3C型電力機(jī)車將真空主斷路器、高壓接地開(kāi)關(guān)、高壓隔離開(kāi)關(guān)、避雷器、電壓互感器等從車頂移至車內(nèi)的高壓電器柜，減少了相關(guān)的絕緣子閃絡(luò)。

(3) 瓷絕緣子噴涂防污閃涂料。

(4) 車頂涂絕緣漆。將集中安裝車頂高壓電器的頂蓋上面涂上絕緣漆。

2.3機(jī)車跨局整備問(wèn)題

一次整備可靠續(xù)行里程的延長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)更多的跨鐵路局運(yùn)用機(jī)車，跨鐵路局整備不可避免。而高質(zhì)量又及時(shí)的整備也是延長(zhǎng)可靠續(xù)行里程的必要條件。目前，由于費(fèi)用清算機(jī)制不夠完善，整備標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，普遍存在著其他鐵路局、其他機(jī)務(wù)段重使用輕整備的現(xiàn)象，這就造成了機(jī)車特別是貨運(yùn)機(jī)車整備質(zhì)量得不到有效保證的隱患。解決問(wèn)題的辦法是建立完善合理的整備作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、財(cái)務(wù)清算、責(zé)任追究等制度。全鐵路大整備也是一個(gè)選項(xiàng)。

3　結(jié)　論

解決好機(jī)車跨鐵路局整備問(wèn)題后，交流傳動(dòng)電力機(jī)車一般情況可以牽引2 000～3 000 km及以上長(zhǎng)交路列車。在軌面潮濕、結(jié)霜時(shí)沙子可能不夠用，在空氣嚴(yán)重污染潮濕氣溫較低且低速運(yùn)行時(shí)車頂絕緣子閃絡(luò)的可能性增加。哈爾濱、沈陽(yáng)、呼和浩特鐵路局管內(nèi)大部分線路一年中有一半以上的結(jié)霜期，用沙量大，若采用機(jī)車后置運(yùn)行，不僅可有效解決沙子不夠用問(wèn)題，還可顯著節(jié)約能源。

[1]趙中喜，文禮，李忠厚，王華勝，等. 影響機(jī)車一次裝備可靠續(xù)行里程的因素分析[J].鐵道機(jī)車車輛，2015,35(4):99-101.

[2]申瑞源.構(gòu)建大功率機(jī)車整備體系的研究與思考[J].中國(guó)鐵路,2012,(6):7-11.

[3]陳博.冰雪低溫天氣對(duì)電力機(jī)車的影響[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2008,28(5):51-54.

[4]袁日東，郝鵬，王昊.電力機(jī)車遇霧霾天氣安全運(yùn)行預(yù)防措施[J]. 鐵道機(jī)車車輛,2013,33(5):101-102.

[5]黃問(wèn)盈.鐵道輪軌黏著系數(shù)[J]. 鐵道機(jī)車車輛,2010,30(5):17-25.

[6]陳宇，張凌毅，陳賽清.TPS-1型輪軌瓷砂噴射裝置在集通鐵路(集團(tuán))公司配屬機(jī)車上的應(yīng)用[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2012,(4):117-119.

[7]劉鵬飛.CRH2型動(dòng)車組受電弓支撐絕緣子霧霾天氣檢修運(yùn)用管理[J].中國(guó)鐵路，2013,(8):24-26.

[8]任廣慧.關(guān)于和諧型機(jī)車車頂防霧閃問(wèn)題的研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2014,34(4):117-119.

[9]劉志峰,朱世坤，樊永智，等.6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)的綜合分析使用[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2014,34(5):72-73.

[10]劉繼永.黃驊港地區(qū)接觸網(wǎng)絕緣子污(霧)閃問(wèn)題分析與對(duì)策[J].中國(guó)鐵路，2014,(11):37-41.

Discussion on Extending the Locomotive Routing

ZHAOZhongxi,LILei,WANGJing,TIANChunfei,YANGFan

(Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

This paper considers that AC drive electric locomotive can undertake the train traction task of 2000～3000 km or more long routing, but there are three restricting factors: (1) the sand may be not enough due to humidity of rail surface; (2) the roof insulator may flashover under the condition of serious air pollution, humid air, low air temperature and low speed; (3) the locomotive servicing cross different bureaus is a problem. It also puts forward the rear locomotive running which can reduce sand usage and energy consumption during the frost season.

extension; locomotive; routing

1008-7842 (2016) 02-0056-03

??)男，副研究員(

2015-10-19)

U268.2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.13

*中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題(Z2013-J004)