HXD3型機車高坡地段運用質量問題分析

邵兆綱,汪 偉,2

(1 西安鐵路局 機務處,陜西西安710054;2 北京交通大學 交通運輸學院,北京100044)

1 寶雞—秦嶺(寶秦)段情況

1.1 技術概況

寶雞—成都(寶成)線北起寶雞鐵路樞紐的寶雞站,穿越秦嶺后,南止成都鐵路樞紐的成都東站。寶雞至鳳州區段1960年5月建成并試運行,1961年8月開通運營,結束了我國干線鐵路沒有電力牽引的歷史。寶雞至秦嶺區段6站5區間,線路長45 km,是寶鳳段的重要組成部分。目前,寶秦段的主要技術條件:①線路等級為I級干線;②正線為單線;③限制坡度為30‰;④最小曲線半徑為300 m;⑤牽引定數是上行2 600 t,下行3 500 t;⑥牽引方式:3機牽引。

1.2 主要特點

寶秦段在我國山區鐵路中是最典型的小半徑曲線、大坡道的高坡區段。R300 m小半徑曲線多達38處。其中,曲線最長的是觀音山—青石崖間K32+562 m～K34+064 m,長1 502 m;曲線最短的是青石崖—秦嶺間K39+610 m～K39+790 m,長180 m。i=30‰大坡道高坡多達7處。其中,坡段最長的是楊家灣—觀音山間K19+000 m～K19+900 m,長900 m;坡段最短的是觀音山—青石崖間 K29+850 m～K30+050 m,長200 m。

2 寶秦段貨物牽引運輸組織

2.1 寶秦段貨車組織和供車情況

2009年全路實施第3階段列車運行圖后,寶秦段圖定配屬66臺機車。其中本務機車36臺,補機30臺;圖定牽引貨物列車21對。其中行包快運專列1對,技術直達列車2對,直通貨物列車16對,摘掛貨物列車2對。實際運用中,西安鐵路局配屬該區段81臺機車。其中本務機車40臺(全部為SS4型),補機41臺(25臺HXD3型和16臺 DJ1型);2009年12月份以來,該區段機車日均牽引貨物列車43.9列。其中上行20.5列,下行23.4列。

2.2 HXD3型機車投用背景

2009年4月鐵道部為深入實施西部鐵路內涵擴大再生產,提升入川通道運輸能力和救災能力,決定配屬西安鐵路局HXD3型機車200臺。其中25臺投用在寶雞至秦嶺區段,擔當部分補機任務。這不僅大幅度提高西安鐵路局入川運輸能力和效率,還提升了西安鐵路局機務技術裝備現代化水平。

2009年5月為解決寶成線寶雞至秦嶺間過嶺能力限制、半自閉區間通過能力低等問題,西安鐵路局采用“HXD3型機車(前牽)+車列+HXD3型機車(尾推)”方式,下行牽引3 500 t,采用“雙HXD3型機車(前牽)+車列”方式,上行牽引2 600 t,順利地進行了貨物列車試驗,確定了該區段3機牽引的牽引定數。

2.3 HXD3型機車特點

HXD3型機車持續功率7 200 kW,軸重25 t,最高速度120 km/h。采用IGBT-VVVF交流傳動、計算機PWM矢量控制和輪盤、再生制動等10多項先進技術,具有起動(持續)牽引力大、恒功率速度范圍寬、黏著性能好、功率因數高等特點,是我國鐵路干線貨運重載、快捷運輸的主型機車,也是我國單機功率大、時速最快的貨運電力機車,具有世界先進水平。

3 HXD3型機車運用質量

截至目前,HXD3型大功率機車檢修段尚未建成,西安鐵路局HXD3型機車無法進行兩年檢。該型機車在寶秦高坡地段運用一年多,隨著該型機車總走行超公里,存在的質量問題主要是電器、走行部、制動機方面。電器方面主要是APU、CI故障;走行部方面主要是牽引電機吊掛座、掃石器支架、沙箱等部位裂紋、輪緣磨耗大和撒沙器下沙不良等;制動機方面主要是空氣壓縮機油乳化、制動顯示屏黑屏和IPM故障。

3.1 機破

從表1看,2009年鐵路局定機破1件、機務段定修機車5件,按部件分,APU故障4件、制動機 1件、電器1件;2010年前7個月,鐵路局定機破3件、機務段定修機車3件,按部件分,CI故障2件、電器2件、APU 接地1件、制動機1件。

從機破故障部位看,主要質量問題是APU、CI故障和制動機故障。

表1 HXD3型機車機破件數

3.2 臨修

從表2看,2009年臨修59件;2010年前7個月,臨修52件,共111件。按部件分:牽引電機9件、輔助電機2件、電器39件、電子18件、走行部20件、制動機19件、4項設備4件。主要質量問題是牽引電機、電器、電子、走行部和制動機方面的故障。

表2 HXD3型機車臨修件數

3.3 碎修

從表3看,2009年碎修707件;2010年前7個月,碎修1 742件,共2 449件。按部件分:牽引電機12件、電器519件、電子8件、走行部1 402件、制動機506件。主要質量問題是電器、走行部、制動機等方面故障。

表3 HXD3型機車碎修件數

4 運用質量問題分析

4.1 電器

4.1.1 APU故障

(1)控制電路設計存在缺陷,機車在過自動分相時電磁干擾使得APU1與APU2之間主電路切換接觸器KM20誤動作閉合,造成APU故障。(2)輔助電路接地造成APU保護不工作;(3)APU控制箱本身質量故障。

4.1.2 CI故障

(1)復合冷卻器散熱不良造成CI高熱保護。(2)牽引電機接地、CI流量計故障保護。(3)CI模塊和控制箱質量故障。

4.2 走行部

4.2.1 走行部部件裂紋

(1)設計存在缺陷,應力集中導致薄弱部位裂損。(2)制造焊接工藝不標準。(3)重載牽引和秦北區段小曲線大坡道等線路因素影響。

4.2.2 輪緣磨耗大

(1)機車轉向架設計原因。HXD3型機車為3軸轉向架,其中1,3,4,6位軸箱左右橫動量為0.2 mm,2,5位軸箱左右橫動量為15 mm(單側),在曲線半徑小、坡道大的秦北區段運行時加大了輪緣的異常磨耗。(2)重載牽引及雨天空轉等因素加劇輪緣磨耗。(3)該型機車輪緣潤滑采用1,2,5,6位固體潤滑棒的方式,效果較差。

4.2.3 撒沙器下砂不良,機車空轉嚴重

(1)撒沙器堵塞嚴重,配件不足且價格高,供貨方未積極解決配件問題,致使撒沙裝置無配件更換。(2)機車撒沙量不足,不能達到技術標準,供貨方未能解決有關技術問題。(3)機車用沙質量存在問題,加劇了撒沙器堵塞。

4.3 制動機

4.3.1 壓縮機油乳化

(1)空氣壓縮機工作時間不足,壓縮機的運轉率偏低(標準不低于30%),溫度過低造成壓縮機吸入的水汽不能及時排出而冷凝成液態水,最終和潤滑油混合而乳化。(2)日常檢查維護不到位,檢修車間對潤滑油的檢查、補充和油質狀態標準不熟悉,油質發生輕微乳化后未及時發現采取措施,導致乳化嚴重甚至壓縮機故障。

4.3.2 制動顯示屏黑屏和IPM故障

(1)制動控制系統軟件和制動顯示屏、IPM主機本身存在質量問題,造成通信數據丟失、傳送異常等故障。(2)電氣線路接線、插座等部位接觸不良。

5 采取的措施

5.1 APU,CI故障

(1)對APU控制電路經常誤動作問題,及時向大連東芝公司反饋。經廠家分析后,對控制電路進行改進,采取對轉換接觸器KM20閉合電路串聯APU1控制接觸器KM11與APU2控制接觸器KM12常閉并聯聯鎖的方式,杜絕干擾造成KM20誤動作,發生APU故障。

(2)制定復合冷卻器清洗方法和標準,納入半年、年檢范圍,在夏季高溫天氣來臨前,對所有機車入庫進行一次全面徹底的清洗,保證冷卻器散熱良好。

(3)制定輔助電機、牽引電機絕緣檢測方法和標準,將電機絕緣檢測和CI流量計檢查試驗,納入機車檢修范圍;同時,細化完善 AUP、CI故障應急處理辦法,運用車間組織機車司機學習,提高此類故障處理能力。

5.2 走行部

(1)制定HXD3型機車牽引電機吊掛座出入段檢查管理辦法,檢修專檢專修人員記名式檢查入段機車。對機車牽引電機吊桿、小吊掛、弧板等部位檢查后,對每臺牽引電機的吊桿座部位進行拍照。梳理發現的問題,制定整改的措施。

(2)在機車季檢和日常檢查作業中,重點檢查掃石器支架、沙箱、制動夾鉗等易發生裂紋的部位,及時處理發現和反饋的質量問題;對支架安裝座部位焊接補強筋,對裂損嚴重的掃石器支架和沙箱進行更換。

(3)針對撒沙器不下沙的慣性質量問題,在DJ1型機車國產化撒沙器的基礎上,按照HXD3型機車技術要求和安裝結構,進行了撒沙器國產化改造。

(4)針對機車輪緣磨耗大問題,在調研輪緣潤滑裝置運用情況之后,制定了該型機車輪緣潤滑裝置檢修標準,規范日常檢修維護,加強日常狀態檢查,保證輪緣潤滑器性能良好,減少機車輪緣磨耗;

(5)查找摸排了HXD3機車走行部質量隱患,對牽引桿加裝安全鋼絲繩,對牽引桿座固定螺絲技術改造,對車鉤吊桿及均衡梁加裝安全鋼絲繩,對車鉤加裝防跳裝置,對牽引電機軸承定期檢查。

5.3 制動機

(1)修訂完善HXD3型機車空氣壓縮機日常檢修、維護保養的范圍和標準,明確了壓縮機潤滑油的各項技術標準及維護周期和檢查要求,制定了油位檢查及更換、消除乳化、更換過濾器和清掃散熱器等作業標準。

(2)及時向供貨方反饋制動顯示屏黑屏和IPM主機故障,全部更新機車制動顯示屏,升級IPM控制軟件,全面普查制動機系統相關電氣線路,并對IPM主機、RIM繼電器盒外接插頭畫防緩線。

[1] 張曙光.HXD3型電力機車[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

[2] 屈 東,汪 偉.HXD3型機車高坡區段運行安全性評估[J].中國鐵路,2010,582(3):28-32.

[3] 汪 偉.寶成線寶廣段客運機車機型運用分析[J].鐵道機車車輛,2007,27(6):43-45.