李小華

摘 要：當機車起動或滿載爬坡使用最大牽引力時，常常發(fā)生動輪和鋼軌之間粘著破壞而使動輪空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，其根本原因是輪周牽引力瞬間大于輪周粘著力。而空轉(zhuǎn)發(fā)生時，機車牽引力急劇下降，輪軌劇烈摩擦，牽引電動機高速旋轉(zhuǎn)，易造成動輪擦傷、刨鋼軌、電機損傷、造成LKJ車位錯誤、坡停、運緩等問題影響列車的運行秩序。因此預防和制止輪對的空轉(zhuǎn)是一名合格的機車司機必備的能力之一。

關(guān)鍵詞：防止；機車動輪；空轉(zhuǎn)；措施

中圖分類號：U269.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0028-02

1 機車動輪空轉(zhuǎn)問題的提出及原因分析

1.1 機車動輪空轉(zhuǎn)問題

機車牽引車列運行在鋼軌上，機車動力裝置（牽引電機）發(fā)出的扭矩經(jīng)傳動裝置傳遞，在各動輪的輪周上形成切線力，依靠輪、軌間粘著作用產(chǎn)生由鋼軌作用于各動輪周上的反作用力，從而使列車產(chǎn)生平移運動。當機車動輪輪周上的切線力大于輪軌間的粘著力時，粘著將被破壞，在輪軌接觸點處出現(xiàn)車輪與鋼軌間的相對滑動。車輪在驅(qū)動力矩的作用下，就會圍繞輪軸高速旋轉(zhuǎn)而發(fā)生空轉(zhuǎn)。

機車動輪在鋼軌上的狀態(tài)有三種狀態(tài)：靜止、滾動和滑動，因此動輪與鋼軌之間的摩擦系數(shù)也有三種：靜摩擦系數(shù)、粘著系數(shù)和滑動摩擦系數(shù)。

1.1.1 動輪在鋼軌上靜止

動輪在鋼軌上靜止時，機車與鋼軌的接觸和受力情況如圖1所示，動輪軸重Pug通過輪軌接觸點C作用于鋼軌上，剛鋼軌有一反向作用力N，通過C點作用于動輪，當牽引電動機通電后，在力矩M的作用下，動輪對鋼軌有一切向作用力F1，力F1的作用是要向后推鋼軌，由于鋼軌是被固定在道床上不動，在F1尚未超過靜摩擦力最大值時，動輪與鋼軌不會產(chǎn)生滑動，這時，輪軌間的摩擦系數(shù)為靜摩擦系數(shù)，隨著牽引電動機電流的增加，動輪作用于鋼軌的力F1繼續(xù)加大，鋼軌作用于動輪的切向反力F2也隨之加大。

但當力F1和F2達到靜摩擦力的最大值時，則動輪與鋼軌間的摩擦狀態(tài)就要遭到破壞而產(chǎn)生相對滑動，即發(fā)生所謂“空轉(zhuǎn)”。F2不再是靜摩擦力，而是滑動摩擦力，并遠遠小于F1。

1.1.2 動輪在鋼軌上滾動

動輪在鋼軌上正常滾動時，輪軌間的摩擦系數(shù)稱為粘著系數(shù)，摩擦力稱為粘著力，粘著與靜摩擦有著本質(zhì)的區(qū)別。運動中機車動輪有增載和減載的情況，各動輪軸之間牽引力分配不均。同時列車運行中不可避免的要產(chǎn)生各種沖擊和振動，車輪在鋼軌上滾動的同時還伴隨有一定量的縱向和橫向的滑動。所以，輪軌間切向反作用力的最大值實際上與運動狀態(tài)有關(guān)，而且比物理中的“最大靜摩擦力”小得多。因此，分析輪軌間受力總是不用“靜摩擦”這一概念，而以“粘著”來代替，相應地輪軌間切向反作用力的最大值稱為“粘著力”。輪周上的切線力大于輪軌間的粘著力時車輪就要發(fā)生空轉(zhuǎn)。在機車不發(fā)生空轉(zhuǎn)的前提下，所實現(xiàn)的最大輪周牽引力稱為粘著牽引力。

1.2 機車動輪空轉(zhuǎn)的原因分析

引起機車動輪空轉(zhuǎn)的原因是多種多樣的，有主觀、客觀的因素，但主要有以下幾個方面的因素：

（1）操縱不當。起車時司機控制器的調(diào)速手柄提的過猛和位置過高，或加速時手柄一次提的過多，或低速時進級過快，都將使牽引力在短時間內(nèi)增加過多，打破了輪周牽引力受粘著牽引力的限制條件，而造成動輪空轉(zhuǎn)。大電流起動，固然會使機車在瞬間獲得較理想的牽引力，產(chǎn)生大的加速度，使列車起動迅速，但過大的起動電流，不僅會給牽引電動機換向帶來困難，而且過大的起動牽引力還會超出機車粘著條件的限制，使動輪空轉(zhuǎn)，而造成機車牽引力的突然降低，產(chǎn)生事與愿違的后果，導致起動失敗，因此，起動時起動電流不能過大，要消除空轉(zhuǎn)，只有靠司機謹慎合理的操縱來實現(xiàn)。（2）機車狀態(tài)不良。如：軸荷重不均、牽引電動機電流分配不均、彈簧復原裝置不良、機車輪緣噴油器噴嘴安裝位置不當，將油噴到動輪踏面上，這些情況都能引起動輪空轉(zhuǎn)。作為牽引動機裝置的直流串勵電動機，具有良好的負載分配性能。在設計上，機車上各臺牽引電動機承受負載是相同的，但由于制造過程中的誤差，使得電機及機車部件均存在一定的誤差；機車運行中，各種沖擊振動，都會在機車上得到反應，這些不均衡的破壞力，勢必會使各軸上的負荷發(fā)生不同程度的變化，均能誘發(fā)空轉(zhuǎn)的發(fā)生。（3）微機防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)由電子元件、機械傳動部件、電氣線路等組成，長期運用中難免產(chǎn)生故障，導致系統(tǒng)發(fā)生誤判斷，即發(fā)生通常所說的假空轉(zhuǎn)故障。根據(jù)長期運用的經(jīng)驗，造成機車假空轉(zhuǎn)故障的原因主要有以下幾方面：1）速度傳感器故障。速度傳感器轉(zhuǎn)軸與車軸軸頭方孔之間屬于機械式連接，由于長期轉(zhuǎn)動磨耗，造成運行中全車速度傳感器之間反饋的速度頻率信號出現(xiàn)不同步故障。2）連接線路故障。速度傳感器接線盒、連線插頭安裝在機車轉(zhuǎn)向架上，完全裸露在機車車體外部，由于機車運行途中的振動、通過曲線時轉(zhuǎn)向架的位移，加劇了線路的破損，出現(xiàn)短路、斷路故障，插頭也會因安裝松動出現(xiàn)虛接故障。速度信號的傳輸使用的是調(diào)制好的頻率信號，受到外界干擾很容易產(chǎn)生失真。3）電子插件故障。防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子元件超出使用壽命期，造成插件程序故障。（4）線路狀態(tài)不良。動輪踏面與鋼軌表面愈平整，機車運行接觸點的振動越小，則粘著系數(shù)就愈大。路基松軟，枕木腐朽處所，以及軌面有油垢都能引起空轉(zhuǎn)。使得輪軌間的粘著狀態(tài)被破壞，粘著系數(shù)下降，機車不能發(fā)揮最大的粘著牽引力。（5）天氣不良。天氣對粘著系數(shù)影響很大，潮濕、降霧、霜或小雨天氣時，使轉(zhuǎn)軌間粘著下降，也容易發(fā)生空轉(zhuǎn)。另外，列車運行在上坡道區(qū)段以及通過曲線、道岔等處，都有發(fā)生空轉(zhuǎn)的可能。

2 空轉(zhuǎn)造成的危害

機車發(fā)生空轉(zhuǎn)后，會產(chǎn)生很多不良影響，甚至造成機車破損事故：

（1）空轉(zhuǎn)時，輪軌之間相對滑動而產(chǎn)生劇烈摩擦，容易造成動輪擦傷及擦傷鋼軌。（2）空轉(zhuǎn)時，會使牽引電動機的轉(zhuǎn)速急速增加，使電刷和整流子表面產(chǎn)生強烈火花，嚴重時會導致環(huán)火燒壞電刷和整流子表面，甚至引起飛弧接地。長時間空，還會造成電樞綁線甩斷。電機一旦空轉(zhuǎn)，如果不回牽引手柄，空轉(zhuǎn)就會越轉(zhuǎn)越快，以致于發(fā)生電機掃膛。同時，因輪對轉(zhuǎn)動不規(guī)則，機車產(chǎn)生強烈振動，容易損傷各部休機件。（3）輪對發(fā)生空轉(zhuǎn)時，使該輪對上的牽引電機喪失牽引力矩，使其它電機的負載增加，此時會產(chǎn)生連鎖反應，引起其它輪對也發(fā)生空轉(zhuǎn)，從而降低了運行速度，造成運緩?？辙D(zhuǎn)發(fā)生在上坡道時，還可能造成坡停事故。（4）影響列車的運行秩序，造成LKJ車位錯誤，更有甚者給列車追尾沖突埋下隱患。endprint

3 預防空轉(zhuǎn)的措施

近年來隨著牽引技術(shù)的發(fā)展，機車功率不斷加大，以及牽引電動機制造水平的日益提高，粘著能力越來越不能滿足牽引力正常發(fā)揮的要求，尤其是在低速和中速運行時，粘著問題已成為限制牽引力、制動力發(fā)揮的關(guān)鍵問題。為此，除了理論上對輪軌間的粘著進行探討研究外，還要在實際運用中掌握機車動輪空轉(zhuǎn)的規(guī)律，采取預防措施，以提高粘著系數(shù)，并使粘著質(zhì)量充分被利用。

3.1 優(yōu)化設計

在設計新機車時，應合理選擇機車牽引電動機的布置方式，降低牽引點的高度，減少簧下重量以減少軸重轉(zhuǎn)移，提高粘著質(zhì)量的利用率，和諧機車具有準恒速及軸重轉(zhuǎn)移控制功能，機車在發(fā)生空轉(zhuǎn)后，機車將會根據(jù)列車運行速度、牽引力自動尋找粘著點并逐步增加牽引力。發(fā)生空轉(zhuǎn)后機車根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，采取主動撒砂抑制動輪空轉(zhuǎn)。

3.2 提高機車走行部質(zhì)量

使機車經(jīng)常處于良好的技術(shù)狀態(tài)，盡可能使所有的動輪具有相同的輪徑；保持彈簧裝置的良好狀態(tài)，使各動軸具有均衡的荷重。保持機車走行部的清潔，特別是注意調(diào)整好輪緣噴油器的噴頭角度，以防止將油噴到動輪踏面與鋼軌上。機車出段前應認真檢查砂質(zhì)狀態(tài)，砂量應充足，撒砂裝置機能應良好。

3.3 安裝空轉(zhuǎn)保護裝置（或者防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)）

在新型機車上，裝有防空轉(zhuǎn)自動檢測保護裝置和防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使機車在空轉(zhuǎn)剛剛發(fā)生時，就能檢測出來，并能自動采取措施消除空轉(zhuǎn)，以保證機車的正常運轉(zhuǎn)。當防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)判斷機車產(chǎn)生空轉(zhuǎn)時，將輸出空轉(zhuǎn)信號給司機室空轉(zhuǎn)指示燈，提示司機減小牽引電機電流。同時，空轉(zhuǎn)發(fā)生時防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)在自動削減電機電流的同時，還會輸出撒砂信號給機車撒砂系統(tǒng)，通過撒砂增加機車粘著，抑制空轉(zhuǎn)。

3.4 精心操縱列車，防止空轉(zhuǎn)發(fā)生

掌握發(fā)生空轉(zhuǎn)的規(guī)律性，是防止空轉(zhuǎn)的首要條件，司機對易發(fā)生空轉(zhuǎn)的地段，一定要做到心中有數(shù)，要根據(jù)當時所處的具體情況，采取撒砂等相應的措施。

（1）機車乘務員在運行途中要精心操縱列車，做好預想預防。機車乘務員在庫內(nèi)接車時須檢查機車撒砂裝置作用良好。起車時，應提前適量撒砂，以提高輪軌間粘著條件的限制。掛車前適當撒砂，列車起動前適當壓縮車鉤。在易發(fā)生空轉(zhuǎn)的地點做預防性撒砂，幫助電機恢復正常牽引力。不可盲目退手柄、降低牽引力，造成空轉(zhuǎn)加劇。（2）根據(jù)具體的情況，采用不同的撒砂方法。撒砂的目的是為了增加輪軌間的粘著系數(shù)，從而提高粘著力，防止空轉(zhuǎn)發(fā)生。撒砂的方法有“點式”和“線式”兩種，無論采用哪一種方法，都應注意當空轉(zhuǎn)已經(jīng)發(fā)生時，嚴禁撒砂，以及防轉(zhuǎn)軌間突然增加摩擦阻力而使機械走行部受到損壞和加速鋼軌及踏面磨耗，發(fā)生空轉(zhuǎn)時，應先降低調(diào)速手柄級位，以降低牽引力，待空轉(zhuǎn)停止后，及時撒砂，然后再提高調(diào)速手柄的運行級位。遇列車在接近上坡道的車站停車后，要認真檢查機車撒砂裝置，站內(nèi)起動列車時要發(fā)揮機車最大粘著牽引力，充分利用站內(nèi)有利地形提高列車運行速度。待全列出站后，再根據(jù)需要適當調(diào)整調(diào)速手柄位置，充分發(fā)揮機車最大牽引力，注意撒砂、防止空轉(zhuǎn)，做到起車穩(wěn)，加速快。

4 結(jié)語

本文提出了機車動輪空轉(zhuǎn)問題，對造成機車動輪空轉(zhuǎn)原因進行了深入的研究分析，并對機車動輪空轉(zhuǎn)造成的危害展開了描述，提出了空轉(zhuǎn)預防措施。對于防止運行中機車動輪空轉(zhuǎn)有一定的指導作用。

參考文獻

[1]張健，陳勇.HXD3型大功率交流傳動貨運電力機車特點及故障處理[J].機車電傳動，2008，（3）：8-11.

[2]王海峰，郭印.機車制動力防止列車溜逸問題的探討及措施[J].鐵道機車與動車，2015，（9）：34-39.

[3]陳宏.電力機車交流傳動系統(tǒng)的研究[D].遼寧科技大學，2012.endprint