延长机车运用交路探讨*

赵中喜， 李　雷， 王　靖， 田春飞， 杨　帆

(中国铁道科学研究院　机车车辆研究所， 北京 100081)



运用与检修

延长机车运用交路探讨*

赵中喜， 李雷， 王靖， 田春飞， 杨帆

(中国铁道科学研究院机车车辆研究所， 北京 100081)

交流传动电力机车可以担当2 000～3 000 km及以上长交路的列车牵引任务，但是有3个制约因素，一是不良气象条件下轨面潮湿时沙子可能不够用，二是空气严重污染潮湿气温较低且低速运行时车顶绝缘子可能闪络，三是机车跨局整备问题。还提出了在有霜期机车后置运行减少用沙量并可节约能源。

延长； 机车； 运用交路

机车交路或称机车牵引区段，是指机车担当运输任务的固定周转区段，即机车从机务段所在站到折返段所在站之间往返运行的线路区段。世界上最长的机车交路是加拿大蒙特利尔至温哥华，长达4 691 km。2014年7月1日全国实行新的列车运行图，昆明至北京3对旅客列车实现全程3 212 km不更换机车，是我国目前最长机车交路。延长机车交路可以减少机务段、折返段(整备场)数量，提高机车运用效率，从而可以节省建设投资，降低运营管理费用；还可提高列车运行速度，增加线路通过能力；提高机车、车辆、线路及整个系统的运输效率，有明显的经济效益。

1　延长机车交路的有利条件

1.1机车基础质量提高

(1) 电力机车比例提高。随着我国电气化铁路里程增加，新造机车中电力机车数量大于内燃机车，全铁路电力机车保有量已超过内燃机车。电力机车不受柴油携带量的限制，一次整备可靠续行里程大大延长。

(2) 交流传动机车投入运用。和谐型交流传动机车自2006年开始投入运用，交流传动机车总体上基础质量提升，可靠性提高。交流传动机车的另一个特点是功率大，对线路限制坡度的适应性更强，有利于减少列车解编次数，延长交路。

1.2检测、监测及诊断技术的应用

利用检测、监测及诊断技术，可及时掌握机车及主要零部件的技术状态，有针对性地进行预防性维修，提高机车可靠性。

(1)便携式变流器检测设备

该设备对交流传动机车变流器状态进行实时在线非接触式综合检测，生成诊断报告以指导维护保养，自动生成电子档案，并形成趋势报表，自动将本次检测结果与上次检测数据对比，判断变流器内部主要器件的劣化程度。

(2)便携式蓄电池检测设备

该设备具备机车单节蓄电池和成组蓄电池内阻(电导)在线或离线测量、试验数据上传、蓄电池测量数据的存储分析、蓄电池在浮充状态下直接检测功能。

(3)便携式自动过分相检测装置

该装置用于电力机车车载自动过分相装置的性能检测，对测量的数据进行处理并将结果通过屏幕实时显示。

(4)便携式电机综合测试仪

该测试仪适用于机车电机在静态停机状态下的快速性能检测和故障诊断，对电机供电回路、绝缘、定子、转子等进行综合性能检测分析，准确反映电机状态，检测PI值并显示绝缘极化曲线，判断电机的绝缘状态。

(5)便携式风机风量检测仪

该测量仪适用于机车风机风速、风温等参数的测量，通过输入不同类型风机出风口截面积自动计算出风机风量。

(6)便携式制动机检测设备

该检测设备适用于计算机控制制动机的性能试验，模拟制动机各种运行工况对制动机各个模块的制动逻辑、制动风压、充风时间、排风时间及模块内部限压阀压力进行测试，对制动机各个模块的网络通讯功能进行检测。

(7)TWDS 车辆轮对故障、尺寸动态检测系统

机车车辆轮对外形尺寸在线动态检测装置能实现对各种机车车辆运行中的轮对外形轮廓及各种尺寸参数的在线动态检测。

(8)受电弓及车顶状态动态检测

该系统运用图像测量技术、高清晰视频录像监控技术和高精度压力测量技术实现对受电弓滑板外形尺寸、受电弓中心线偏移、受电弓动态工作位接触压力的动态自动检测以及对车顶质量状态的监测。

除此之外，还有一些检测、监测及诊断设备正在使用或开发中，如轴承检测、无损探伤、机车走行部动态监视系统等。随着技术水平的进步，会诞生更多车载的和地面的检测、监测及诊断设备，为延长机车一次整备可靠续行里程提供技术支持。

1.3机车车载安全防护系统(6A系统)的应用

没有机车的安全就谈不上可靠续行，6A系统为延长机车一次整备可靠续行里程提供了安全保障。

机车车载安全防护系统(6A系统)包括：

(1) 机车空气制动安全监测子系统(ABDR)通过压力监测传感器和获取的机车信息，对机车的停放制动异常施加和机后折角塞门关闭进行监测；

(2) 机车防火监控子系统(AFDR)通过火灾探头发出火灾报警信息并通知视频监视子系统，在显示屏上自动切换至火情发生区域的视频图像；

(3) 机车高压绝缘检测子系统(AGDR)可检测电力机车车顶高压设备状态；

(4) 机车列车供电监测子系统(APDR)通过485通信线与列车供电控制板通信，获得列车供电系统当前的电压、电流等信息，并对机车供电设备进行接地监测；

(5) 机车走行部故障监测子系统(ATDR)通过传感器和前置处理器对机车的轴承、齿轮和车轮踏面进行温度和振动冲击的监测；

(6) 机车自动视频监控及记录子系统(AVDR)通过视频探头对机车的路况、司机室和机械间等位置进行视频监控和图像采集储存。

2　延长机车交路存在的问题及解决途径

2.1沙子不够用问题

轨面状态是影响机车用沙量的重要因素。轨面潮湿、污秽时，机车空转严重，用沙量增加。其主要原因是湿轨的黏着系数大幅降低。文献[5]中，式(24)和式(25)给出了湿轨和干轨条件下的(制动)计算黏着系数公式。由此计算结果表明，起动时干轨计算黏着系数比湿轨增加55%，时速100 km时增加85%。

内蒙古集通集团公司的锡林浩特—多伦年无霜期仅100多天，风、雪、沙尘大，坡度大(纵断面坡度6‰～12‰)，冬季钢轨结霜严重，机车在长大坡道运行用沙量大，已出现了机车运行途中沙子不够用的状况，需在中间站补沙作业(锡林浩特机务段所支配机车上均配备了4个20 kg的备用沙桶)[6]。

(1)针对沙子不够用的对策

目前，针对该问题已经采用的有3种对策，一是天气不良时在上坡区段增加补机，二是采用轮轨瓷沙喷射装置代替国内传统的撒沙装置，三是机车上放置备用沙桶。

(2)解决沙子不够用的新思路

机车后置运行时，列车前部的几十上百个拖车车轮将潮湿的轨面碾压、粘附后，变为干燥的轨面，此时机车黏着系数提高，即可减少用沙量。除此之外，对无动力的货车车轮来说，轨面潮湿(结冰、结霜、油污)时，车轮与钢轨之间的摩擦系数降低，即是运行阻力减小，所需牵引力减小，机车消耗的能源也能减少。

机车后置运行首先要解决的问题是司机观察行车信号和路况，这也是传统的列车牵引方式只能采用机车前置的原因。目前的科学技术水平已经可以很好地解决这个问题。

机车信号、列车运行监控装置(LKJ)的应用使得司机在大多数情况下不必要看地面信号，行车信号在机车的司机室里一目了然。青藏铁路格尔木—拉萨段和高速铁路就没有地面信号，只有机车信号和LKJ。

路况图像可以用红外相机(摄像头)获取，有线(固定编组的客车或专用货车)或无线(4G等)传送到司机室的显示屏上。路况图像获取与传送装置可与目前的列尾装置集成安装。

2.2绝缘子闪络问题

空气严重污染潮湿气温较低且低速运行时，电力机车车顶绝缘子容易发生闪络、击穿而造成机破。2013年1月14～15日两天全路就发生机车车顶闪络18件[4]。

为解决绝缘子闪络问题目前采取的措施是：

(1) 加强清洁绝缘子。尽量在有条件的地方入库进行整备，及时清理车顶污染物。

(2) 减少车顶绝缘子的数量。如HXD3B、HXD3C型电力机车将真空主断路器、高压接地开关、高压隔离开关、避雷器、电压互感器等从车顶移至车内的高压电器柜，减少了相关的绝缘子闪络。

(3) 瓷绝缘子喷涂防污闪涂料。

(4) 车顶涂绝缘漆。将集中安装车顶高压电器的顶盖上面涂上绝缘漆。

2.3机车跨局整备问题

一次整备可靠续行里程的延长，会出现更多的跨铁路局运用机车，跨铁路局整备不可避免。而高质量又及时的整备也是延长可靠续行里程的必要条件。目前，由于费用清算机制不够完善，整备标准不统一，普遍存在着其他铁路局、其他机务段重使用轻整备的现象，这就造成了机车特别是货运机车整备质量得不到有效保证的隐患。解决问题的办法是建立完善合理的整备作业标准、财务清算、责任追究等制度。全铁路大整备也是一个选项。

3　结　论

解决好机车跨铁路局整备问题后，交流传动电力机车一般情况可以牵引2 000～3 000 km及以上长交路列车。在轨面潮湿、结霜时沙子可能不够用，在空气严重污染潮湿气温较低且低速运行时车顶绝缘子闪络的可能性增加。哈尔滨、沈阳、呼和浩特铁路局管内大部分线路一年中有一半以上的结霜期，用沙量大，若采用机车后置运行，不仅可有效解决沙子不够用问题，还可显著节约能源。

[1]赵中喜，文礼，李忠厚，王华胜，等. 影响机车一次装备可靠续行里程的因素分析[J].铁道机车车辆，2015,35(4):99-101.

[2]申瑞源.构建大功率机车整备体系的研究与思考[J].中国铁路,2012,(6):7-11.

[3]陈博.冰雪低温天气对电力机车的影响[J]. 铁道机车车辆，2008,28(5):51-54.

[4]袁日东，郝鹏，王昊.电力机车遇雾霾天气安全运行预防措施[J]. 铁道机车车辆,2013,33(5):101-102.

[5]黄问盈.铁道轮轨黏着系数[J]. 铁道机车车辆,2010,30(5):17-25.

[6]陈宇，张凌毅，陈赛清.TPS-1型轮轨瓷砂喷射装置在集通铁路(集团)公司配属机车上的应用[J]. 铁道机车车辆，2012,(4):117-119.

[7]刘鹏飞.CRH2型动车组受电弓支撑绝缘子雾霾天气检修运用管理[J].中国铁路，2013,(8):24-26.

[8]任广慧.关于和谐型机车车顶防雾闪问题的研究[J]. 铁道机车车辆，2014,34(4):117-119.

[9]刘志峰,朱世坤，樊永智，等.6A系统数据的综合分析使用[J]. 铁道机车车辆，2014,34(5):72-73.

[10]刘继永.黄骅港地区接触网绝缘子污(雾)闪问题分析与对策[J].中国铁路，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，副研究员(

2015-10-19)

U268.2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.13

*中国铁路总公司科技研究开发计划课题(Z2013-J004)