HXD3型機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)及防滑技術(shù)思考

李輝

摘 要：近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速增長，鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施也得到相應(yīng)發(fā)展。各種類型的機(jī)車被研發(fā)出來并應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域。但是由于科技水平的不完善，使得提速后的機(jī)車，在制動(dòng)工況下因?yàn)榛卸斐擅撥?。本文以HXD3型機(jī)車為例，對其制動(dòng)系統(tǒng)和防滑技術(shù)進(jìn)行分析，旨在為機(jī)車防滑控制的研究提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：HXD3；機(jī)車；防滑；制動(dòng)系統(tǒng)

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，鐵路、公路等等交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也有了較大發(fā)展，開始走高速化、優(yōu)質(zhì)化道路。經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)了交通運(yùn)輸領(lǐng)域的發(fā)展，交通運(yùn)輸發(fā)達(dá)又給經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供便利。為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，HXD3、HXD3B、HXD3C、HXD3D等型號(hào)的機(jī)車投入使用也在不斷提高鐵路運(yùn)輸能力和運(yùn)輸速度。但是機(jī)車速度的提升需要輪軌之間有足夠的粘著力，而粘著力又隨速度的提高，可供利用率下降，容易使機(jī)車在運(yùn)行中，因粘著系數(shù)的減小，使車輪空轉(zhuǎn)、滑行造成動(dòng)輪擦傷，出現(xiàn)種種事故。如何加大研發(fā)力度，完善機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)和防滑技術(shù)，是我們當(dāng)前亟待解決的重要課題。本文以HXD3型號(hào)機(jī)車為研究對象，簡要探析如何進(jìn)一步完善其制動(dòng)系統(tǒng)和防滑技術(shù)。

1 機(jī)車制動(dòng)防滑系統(tǒng)整體概述

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通貨運(yùn)需求也隨之增加。為解決貨運(yùn)需求，大連機(jī)車開始研發(fā)大功率交流傳動(dòng)貨運(yùn)電力機(jī)車。在與日本東芝合作后，首臺(tái)原型車編號(hào)SSJ3-0001，后改名為DJ3，于2003年年底完成。這也是HXD3型號(hào)機(jī)車的原型。這些機(jī)車為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有力的運(yùn)輸保障。但是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對機(jī)車速度和貨運(yùn)量的要求不斷增加，高速化成為未來的發(fā)展方向。如何在保證安全的情況下，最大限度的提升機(jī)車的運(yùn)營速度和運(yùn)營效率成為我國交通運(yùn)輸發(fā)展的需要思考的重要課題。針對這些問題國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)行了長期、大量的研究實(shí)踐。

1.1 機(jī)車防滑的必要性

不論那種型號(hào)的機(jī)車，在其運(yùn)營過程中，有效防滑都是亟待解答的重要問題。首先，在機(jī)車運(yùn)行中，滑行會(huì)造成車輪擦傷。在機(jī)車高速行駛期間，擦傷的車輪會(huì)引發(fā)一系列隱患，使得軸承溫度過高、損害軌道，甚而危機(jī)行車安全。因此，機(jī)車運(yùn)營中，制動(dòng)防滑是十分必要的。要在機(jī)車安裝防滑器，防止車輪因滑行擦傷，并盡量使制動(dòng)力接近粘著力，為行車安全提供最大限度的保障。

1.2 國外機(jī)車制動(dòng)防滑技術(shù)研究現(xiàn)狀

由于機(jī)車運(yùn)行過程中，因?yàn)榉N種因素，會(huì)出現(xiàn)滑行，進(jìn)而擦傷車輪，威脅行車安全?？茖W(xué)家開始研發(fā)制動(dòng)防滑裝置。1948年，美國的WestinghouseAir Brake公司研發(fā)了鐵路機(jī)車專用的ABS裝置用以防治車軸磨損情況的發(fā)生。之后，世界其他國家也相繼用撒沙等方式來防滑，但效果不明顯。但隨著科技手段進(jìn)步，國外專家學(xué)者不懈努力，經(jīng)過大量研究實(shí)驗(yàn)，針對本國實(shí)際，在總結(jié)適合本國的粘著系數(shù)推薦值基礎(chǔ)上，研發(fā)出適合本國的防滑制動(dòng)系統(tǒng)，取得良好效果。經(jīng)過十幾年發(fā)展，機(jī)車制動(dòng)防滑系統(tǒng)有了極大進(jìn)步，例如日本運(yùn)用滑行檢測再粘著裝置等提高粘著力。

1.3 國內(nèi)機(jī)車制動(dòng)防滑技術(shù)研究現(xiàn)狀

針對機(jī)車運(yùn)行中車輪的滑行擦傷現(xiàn)象，我國專家學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究實(shí)踐，提出了切實(shí)可行的解決方案。60年代中期，我國研發(fā)出機(jī)械-空氣式；80年代，對單板機(jī)制動(dòng)防滑系統(tǒng)進(jìn)行研究。到1985年，我國進(jìn)入危機(jī)控制防滑器的時(shí)代。1992年鐵科院研制成功TFXl型防滑器，廣泛應(yīng)用于鐵路機(jī)車。而進(jìn)入新世紀(jì)后，所有旅客列車都按照鐵道部要求，安裝了電子防滑器。機(jī)車運(yùn)行過程中車輪滑行擦傷問題得到很大解決。但是我國在這方面的研究與國外先進(jìn)水平還有一定差距，理論不完善。技術(shù)也相對落后，需要借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)努力。

2 HXD3型機(jī)車的制動(dòng)系統(tǒng)

2.1 HXD3型機(jī)車的技術(shù)采用

（1）真空斷路器。這項(xiàng)技術(shù)是利用真空來作為絕緣和滅弧的介質(zhì)。在真空狀態(tài)下的，絕緣度強(qiáng)，電弧擴(kuò)散能力大，利用這兩者的去游離作用來進(jìn)行滅弧的。真空斷路器比空氣斷路器具有更多的優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)監(jiān)督、速度快、絕緣度高等等。且由于真空滅弧室不用檢修，給整機(jī)維修工作帶來很大便利。

（2）主變壓器特點(diǎn)。HXD3型機(jī)車采用法國NEXANS公司的端子制作高壓線。在低壓套管出線裝置中采用了新型合成樹脂的出線裝置，使得拆裝便利，且使用時(shí)間長久。除此之外，其變壓器還具備抗震等等特點(diǎn)。維修保養(yǎng)方便。

（3）受電弓。HXD3機(jī)車采用的受電弓更加先進(jìn)。對受電弓磨損電網(wǎng)的情況有極大改善。保障了機(jī)車的良好運(yùn)行。

（4）復(fù)合冷卻器。HXD3型復(fù)合冷卻器設(shè)計(jì)上采用上部水散熱器，油散熱器，使得性能更加優(yōu)良，且體積小、重量輕。與之相比，空氣冷卻復(fù)合冷卻器，散熱效果差，維修過于繁瑣。

（5）牽引電動(dòng)機(jī)。HXD3型機(jī)車，采用日本東芝公司研發(fā)設(shè)計(jì)的交流電引動(dòng)機(jī)。負(fù)載軸相對輕，對軌道壓力小，有利于機(jī)車的良好運(yùn)行。

（6）制動(dòng)系統(tǒng)。HXD3型機(jī)車采用的是CCBⅡ空氣制動(dòng)機(jī)。這款制動(dòng)機(jī)已經(jīng)在全國范圍內(nèi)得到推廣。

3 HXD3型機(jī)車防滑控制技術(shù)

防滑控制系統(tǒng)是HXD3型機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，能夠防止機(jī)車在運(yùn)行過程中，由于車輪滑動(dòng)，造成事故。

3.1 HXD3型機(jī)車的結(jié)構(gòu)分析

（1）防滑控制系統(tǒng)基本組成。由圖1 可見防滑控制系統(tǒng)包括防滑排風(fēng)閥、滑行檢測器、速度傳感器等等部分。其中滑行檢測器是防滑控制系統(tǒng)的核心。

（2）工作原理。當(dāng)機(jī)車啟動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，受當(dāng)時(shí)天氣、線路等等因素的影響，粘著力也產(chǎn)生變化。當(dāng)粘著力比制動(dòng)力消失，車輪就會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速降低。速度檢測傳感器檢測到這一變化，經(jīng)由滑行檢測器計(jì)算后，發(fā)出指令，制動(dòng)缸會(huì)降低制動(dòng)力，緩解車輪滑動(dòng)情況，達(dá)到避免機(jī)車事故的效果。

3.2 HXD3型機(jī)車的參數(shù)分析

當(dāng)機(jī)車的制動(dòng)力大于粘著力時(shí)，車輪則會(huì)滾動(dòng)，免于滑行，造成行車危險(xiǎn)。因此滑行檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于判斷防滑器滑行的時(shí)機(jī)。如果過早，則造成制動(dòng)距離延長，過晚，則會(huì)產(chǎn)生車輪滑行，造成行車事故。所以，要選擇正確的防滑器控制參數(shù)。主要有以下幾方面數(shù)據(jù)參考：（1）基準(zhǔn)速度的確定。（2）速度差判斷。（3）滑移率判據(jù)。（4）減速度和減速度微分判據(jù)。

3.3 HXD3型機(jī)車防滑控制的基本要求

想要使得機(jī)車防滑控制系統(tǒng)良好運(yùn)行，有幾下幾方面基本要求，需要工作人員加以重視。（1）高靈敏度。一般情況下，機(jī)車運(yùn)行速度較快，飛速的轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪粘著系數(shù)本身較低。一旦某一車輪發(fā)生滑動(dòng)，要被及時(shí)、迅速的檢測出來。因此，防滑器必須十分靈敏，才能在危機(jī)情況下迅速做出反應(yīng)。（2）防滑性能好。我們說的防滑性能實(shí)際就是指在機(jī)車行車中，車輪發(fā)生滑動(dòng)現(xiàn)象，防滑檢測器檢測到之后，迅速做出反應(yīng)，切斷動(dòng)力制動(dòng)的同時(shí)使制動(dòng)缸壓力降低，在車輪恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，制動(dòng)缸再度充氣的過程。這需要各個(gè)部件具備高度靈敏反應(yīng)，在危機(jī)發(fā)生時(shí)迅速采取措施，保證行車安全。

4 結(jié)語

有關(guān)HXD3型機(jī)車的制動(dòng)系統(tǒng)和防滑技術(shù)方面的開發(fā)研究不是一蹴而就的，這是一個(gè)長期的、具有極強(qiáng)綜合性的過程，是由多個(gè)不同學(xué)科交叉而成的基礎(chǔ)性課題。隨著科技發(fā)展，HXD3機(jī)車應(yīng)用的普及，對機(jī)車的制動(dòng)系統(tǒng)和防滑技術(shù)提出了新的更高的要求。因此，我們應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善模糊控制系統(tǒng)、研究高性能的防滑排風(fēng)閘等等，為我國鐵路、公路等交通發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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