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hxd1c型电力机车牵引运营中的轮轨间粘结控制

自2009年10月12日开始运营以来，hxd1c电气车已运行一年多。从目前来看,机车的牵引能力基本满足该区段的运营要求,能够在西南山区单机牵引约3500t的货物稳定运行。但是,该型机车在运营中仍然因为坡停导致若干次救援。仔细分析机破原因,基本可以确定线路条件较差及牵引吨位过大是导致机车坡停机破的主要因素。

1大、中等车间车比促使了粘连系数下降

根据机车粘着控制理论,机车可发挥的最大牵引力取决于轮轨粘着系数和轴重。在同样的轴重下,轮轨间粘着系数直接决定机车可发挥的最大牵引力。

轮轨间粘着系数取决于与轨面状态和线路曲线半径(本文主要分析轨面状态对机车运用的影响),其中轨面状态受雨、雪等天气影响变差导致粘着系数大大降低是机车空转、坡停机破等故障的主要原因。为保证HXD1C型机车充分利用不同线路条件下的粘着系数,机车装备了粘着利用控制装置。现有应用结果和测试数据表明,粘着利用控制装置保证了机车在良好的线路条件下能够完全发挥机车设定牵引力;在线路条件恶化时及时卸载,快速恢复粘着;在不产生严重空转的同时持续、平稳地调节实际牵引力;在粘着条件改善时能使实际牵引力迅速跟随设定牵引力。

然而,由于粘着利用控制装置只能利用却无法改变粘着系数,因此在雨、雪天气时,就会出现轨面状态变差导致粘着系数下降从而引起最大可利用粘着牵引力低于实际所需牵引力的情况。于是出现了重载的HXD1C型机车在翻越襄樊—安康—达州之间的长大坡道时,机车运行速度不断下降,最后坡停无法启动的现象。

根据铁道部统计,2010年1月—5月HXD1C机车发生机破58件。如果按线路来分,襄渝线发生机破43件,占74.1%,其中安康机务段管内线路发生机破24件,占襄渝线的55.8%(占全路的41.4%),而发生在麻柳至巴山区段的有17起,占安康机务段管内线路的70.8%。因此,解决安康段特别是麻柳至巴山区段的故障多发问题将是重中之重。

2hxd1c型客车模型

牵引吨位直接决定了机车持续运行所需的牵引力。然而,前面的分析表明,轨面状态较差时,机车最大可利用粘着牵引力受到影响。当机车最大可利用粘着牵引力小于机车载重爬坡时所需牵引力时,必然会发生机破。

根据列车牵引计算规程(TB/T1407—1998),机车启动单位基本阻力取5N/kN,货车启动单位基本阻力取3.5N/kN,对2009年HXD1C型机车的几次坡停启动结果进行汇总,见表1(启动阻力未考虑曲线和隧道附加阻力,机车设计最大启动牵引力570kN)。

目前HXD1C型机车的牵引吨位是在轨面状态良好、供电网压正常等理想条件下设计的,同机车实际运行条件存在差别。因此,HXD1C型机车出现了襄樊—安康间因为雨天的坡停,安康—达州之间因为网压过高的坡停。

根据对安康机务段机车运用情况的了解,HXD1C型机车与其他车型对比主要运用情况如下:

HXD3双机重联,牵引吨位5000t,最大5200t;

HXD3单机运行,牵引吨位2600t(单机3500t还在试验中);

SS3B双机重联,牵引吨位4000t;

HXD1C单机运行,牵引定数3500t,最大3800t。

襄渝线线路全长897km,共有桥梁716座,隧道405座,桥隧总长占线路总长的45%,长大坡度12.7‰~10‰。

HXD1B单机运行,牵引吨位4500t,向塘机务段线路条件最大坡道6‰~8‰。

3柳至巴基斯坦段

根据铁道部的要求,襄渝线牵引定数为3800t,并且考虑麻柳至巴山区段多为曲线(R取平均值700m),列车启动理论坡度为:

式中:

P,G——分别为机车计算重量和牵引重量;

iq——启动点计算坡度;

——机车启动单位基本阻力,取5N/kN;

另外,麻柳至巴山区段多为隧道,以上计算中没有考虑隧道附加空气阻力。并且机车启动牵引力取570kN,其计算粘着系数为0.387,实际在麻柳至巴山段为山区,轨道上常有露水,隧道中常有冷凝水,粘着受到极大影响。

由于机车最大牵引力的发挥受轮轨粘着条件的限制,从长大坡道的坡停启动的角度上说,机车的牵引力应留有裕量,一般考虑切除1台牵引电机时也能启动。因此,机车牵引吨位为:

(式中iq取11‰)

为了避免降低牵引电机的使用寿命以及盛夏时大批量机破的出现,机车在麻柳至巴山区段长期运行速度应大于机车持续速度(65km/h),因此,机车的牵引吨位为:

式中:

F0——机车牵引力,取400kN(持续点65km/h);

——车辆单位基本阻力,

i0——启