SS3型電力機車假空轉故障原因分析及處理

鄭 平，張惠山

（南昌鐵路局 福州機務段，福建福州350014）

SS3型電力機車假空轉故障原因分析及處理

鄭 平，張惠山

（南昌鐵路局 福州機務段，福建福州350014）

通過分析SS3型電力機車發生假空轉故障的原因，提出相應的處理方法。為降低假空轉故障發生的次數，提出了一些建議。

電力機車；假空轉；原因分析；處理方法；建議

SS3型電力機車在運行途中，牽引電機產生的旋轉力矩通過齒輪傳遞給車軸，再通過輪軌間的黏著產生縱向驅動力使機車向前運行。司機操作不當或軌面狀態不良等原因使機車驅動力大于輪軌間黏著力時，黏著將被破壞，在輪軌接觸點處出現車輪與鋼軌間的相對滑動，車輪在驅動力矩的作用下產生高速旋轉而發生空轉（真空轉）。發生空轉時，機車速度傳感器反饋的速度差、加速度、加速度變化率中某個值會超過空轉保護系統設定值，系統就判斷機車發生了空轉，自動進行減載、撒沙來抑制空轉，從而防止擦傷輪軌、減少空轉引起的牽引力損失，這種情況屬于發生真空轉時系統的正常動作。有時電力機車空轉保護系統速度傳感器、連接線路、空轉保護插件板等部件發生故障會引起系統誤動作，即沒有發生輪對高速旋轉的空轉也進行減載、撒沙等動作，這種情況俗稱為假空轉。頻繁發生假空轉會影響司機正常操縱機車，因此有必要分析電力機車發生假空轉故障的原因，并提出相應的處理方法。

1 假空轉故障原因分析

1.1 速度傳感器故障

早期的SS3型電力機車是使用無源磁電式速度傳感器，由于磁電式速度傳感器故障率較高，因此近幾年已被有源光電轉速傳感器（簡稱速度傳感器）代替。2013年上半年福州機務段有多臺電力機車在運行途中發生無名跳主斷路器故障，其中SS34125電力機車在運行途中多次發生無名跳主斷路器故障影響機車正常運行，技術人員多次上該車檢查后判斷是微機控制柜收到機車速度超過110 km/h的信號而切斷主斷路器。SS3型電力機車實際運行速度不會超過110 km/h，微機控制柜發出切斷主斷路器的信號是速度測量誤差大導致的。由于福州機務段一時無法確定機車速度測量誤差大的原因，就將此情況反饋給微機控制柜制造公司，公司派來的技術人員添乘記錄了該車運行數據。通過查看該車運行數據發現超速信號是第4輪對上速度傳感器發出的，該速度傳感器發出的異常速度信號還多次引起機車過曲線或道岔時發生假空轉。經檢查發現SS34125電力機車第4輪對速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片磨損都較大，當機車通過曲線或道岔時速度傳感器傳動軸受到額外的沖擊力，使速度傳感器傳動軸產生與機車輪對軸不同步的轉動，不同步轉動導致空轉保護系統測得的機車速度與機車實際速度產生差異，這種差異較大時就會發生假空轉故障。

1.2 連接線路不良

速度傳感器發出的信號需經過插頭、接線盒插座、接線盒與車上端子排間的連線等才能輸送到空轉保護系統，其中裸露在機車車體外的部分容易出現故障。例如，機車運行途中轉向架與車體間的位移、洗車用清洗劑滲入接插件等都可能引起連接線路不良的故障。

1.3 空轉保護插件板

SS3型電力機車空轉保護系統電路原來是由頻率變換插件板與空轉控制插件板組成，伴隨著電子技術的高速發展，后來就用一塊空轉保護插件板代替了原有的2塊插件板。空轉保護插件板保留了頻率變換插件板的基本功能，將速度傳感器輸出的頻率信號轉換成電壓信號，但此時的電壓信號僅用于判斷轉速傳感器是否存在故障，不作為速度信號提供給空轉保護控制電路，這一點與2塊插件板的空轉保護系統不同，應引起機車檢修技術人員注意。空轉保護插件板空轉控制部分是由單片機應用系統來完成的，速度傳感器輸出的信號經整形后送往單片機進行處理，單片機計算出速度差、加速度、加速度變化率等3個數值，當其中某個數值超過空轉保護系統設定值時，就實施空轉保護動作。采用空轉保護插件板后，SS3型電力機車對空轉的響應速度提高了，空轉保護系統插件板的故障率也降低了，因此在處理假空轉故障時應先檢查速度傳感器及連接線路等零部件是否存在故障，當這些零部件都沒有故障時，再拆下空轉保護插件板到地面試驗臺檢測是否存在故障。

2 處理方法

2.1 速度傳感器

SS3型電力機車小修工藝要求速度傳感器做性能試驗，但是試驗臺無法測試速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片的磨損量，檢修工藝也沒有明確允許的磨損量，因此造成傳動萬向軸與彈簧片磨損量較大的速度傳感器還在使用中。為此在處理假空轉故障時，可以通過測量速度傳感器傳動萬向軸周向間隙的方法判斷磨損量，周向間隙大于15°時應該更換（上述SS34125電力機車第4輪對速度傳感器周向間隙約為30°），小修時還應在萬向軸處添加適量的油脂。

2.2 方孔套與傳動軸的間隙

電力機車在運行中是通過輪對軸端方孔套帶動速度傳感器方形傳動軸轉動的，傳動軸與方孔套的間隙會造成速度傳感器傳動軸與機車輪對不同步轉動。為減少傳動軸與方孔套的間隙帶來的測速誤差，在處理假空轉故障時應檢查傳動軸與方孔套的周向間隙，周向間隙應小于10°，傳動軸及方孔套方孔四壁應涂適量的油脂。

2.3 連接線路

為檢查連接線路狀態自制了簡易機車速度模擬信號發生器（簡稱信號發生器），信號發生器主要由直流電壓變換器ICL7660、14級二進制分頻器/振蕩器CD4060、32768 Hz石英晶體振蕩器及一些電阻電容等組成。9 V電池經ICL7660倍壓電路轉換成約15 V的電源，供方波發生電路使用，方波發生電路輸出的信號頻率為1 024 Hz。1 024 Hz的機車速度模擬信號相當于機車輪對直徑1 250 mm、速度72.4 km/h時，速度傳感器輸出信號的頻率，該頻率速度信號變換的電壓值由空轉保護系統頻率變換電路特性確定，例如Z317空轉保護插件板變換的電壓值為3.62 V。

通過手動目測檢查連接線路接插件、線鼻子等接觸狀態，檢查連接線是否有破損，如果目測檢查未發現異常可以使用信號發生器作進一步檢測。信號發生器通過車體外接線盒代替速度傳感器向空轉保護系統輸送模擬信號，然后在機車上用數字萬用表測量相關測試孔（例如Z317空轉保護插件板2B、3B、4B、5B測試孔）電壓，當所測電壓與空轉保護系統頻率變換電路正常輸出值相同時，可認為連接線路基本正常。

圖1 簡易機車速度模擬信號發生器

2.4 空轉保護插件板

空轉保護插件板空轉控制電路故障引起假空轉的可能性很小，但是空轉保護插件板頻率變換電路故障會影響假空轉故障原因的判斷，為此可用信號發生器向空轉保護插件板相關測試孔（例如Z317空轉保護插件板2A、3A、4A、5A測試孔）輸送1 024 Hz方波信號，用數字萬用表測量對應測試孔（例如Z317空轉保護插件板2B、3B、4B、5B測試孔）電壓的方法來判斷是否存在故障。例如Z317空轉保護插件板，如果數字萬用表測得的電壓與3.62 V相差較大或者測試孔之間最大差值大于0.2 V，該插件板就可能存在故障，應該卸下到地面試驗臺做進一步的檢測或維修。

空轉保護插件板頻率變換電路通常采用LM2917、LM231等單片集成頻率電壓轉換器，其中采用LM2917的頻率變換電路故障相對多些，LM2917頻率電壓轉換電路如圖2所示。LM2917芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運算放大器，能將頻率信號轉換為直流電壓信號，內部有一只穩壓管用于提高電源的穩定性，LM2917頻率電壓轉換電路輸出電壓U與輸入頻率f的關系如式（1）。

式中VCC為LM2917內部穩壓管的穩壓值（等于7.56 V）；R×C為充電泵的時間常數（Z317空轉保護插件板R等于47 kΩ，C等于0.01μF）。

圖2 頻率電壓變換電路

當發現空轉保護系統頻率變換電路某通道輸出電壓異常時，應該先檢測LM2917芯片第9腳輸出電壓，如果電壓值與7.56 V差異較大該芯片就應該更換，如果差異不大則可以通過調整R的阻值使該通道輸出電壓恢復正常。

3 建 議

3.1 修改中修工藝

SS3型電力機車中修工藝規定輪對軸端方孔套邊長不得大于21 mm，速度傳感器方形傳動軸邊長不得小于18 mm。邊長18 mm傳動軸在邊長21 mm方孔套中會產生約21.2°周向間隙，這個周向間隙太大，因此建議修改SS3型電力機車中修工藝，縮小速度傳感器方形傳動軸與輪對軸端方孔套的間隙。

由于SS3型電力機車中修工藝沒有明確速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片允許的磨損量，不能確保中修后速度傳感器狀態良好，因此建議在中修工藝中增加速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片磨損量限度值與測量方法。

3.2 改進微機控制柜軟件

SS3型電力機車原來安裝的是電子控制柜，電子控制柜上有空轉保護插件板，近幾年不少機車已在大修時更新使用微機控制柜，空轉保護系統在微機控制柜內。SS34125電力機車上安裝的就是微機控制柜，與電子控制柜相比，微機控制柜有更高的測量精度與更快的響應速度。從SS34125電力機車運行數據可以看出，第4輪對速度傳感器發出的速度信號在10 ms時間內從50 km/h上升到92 km/h，微機控制柜測量到如此大的加速度立即按空轉處理。由于輪對與牽引電動機轉子等都有較大的轉動慣量，10 ms時間內速度根本不可能產生如此大的變化，微機控制柜按空轉處理顯然是誤動作，即假空轉按真空轉處理。假空轉時其他3個輪對速度傳感器發出的速度信號都是60 km/h，這3個速度傳感器10 ms時間能發出大約8.5個方波脈沖，第4輪對受外力沖擊且速度傳感器傳動軸周向間隙較大，導致與速度傳感器傳動軸連接的光柵盤產生晃動后多發出了幾個方波脈沖，微機控制柜測量到的該輪對速度也就比其他3個輪對大許多，假空轉就發生了。建議微機控制柜生產公司通過改進軟件過濾掉如此異常的假空轉，減少發生假空轉故障的次數。

4 結束語

根據福州機務段機統－6數據統計，2013年1～10月司機報修SS3型電力機車空轉故障200多臺次。由于電力機車真、假空轉判斷較困難，所以機車運行途中發生空轉次數較多時司機就會填寫機統－6報修。地面機車檢修人員接到機統－6報修單時，按理只要對發生假空轉或大空轉故障的機車進行檢修，而根據機統－6報修單與現有的檢測手段難以判斷是否有故障，通常采取預防性檢修措施，更換速度傳感器或空轉保護插件板。為了判斷速度傳感器與空轉保護插件板是否需要更換，本文提出檢測速度傳感器傳動萬向軸與彈簧片的磨損量等處理方法，以期達到降低SS3型電力機車假空轉故障次數的目的。

［1］ 劉友梅.韶山3型4000系電力機車［M］.北京：中國鐵道出版社，2000.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.TB/T 2760.1-2010機車轉速傳感器第1部分：光電轉速傳感器［S］.

［3］ 齊永利，魯云峰，劉 鳴.LM2907頻率/電壓轉換器原理及應用［J］.國外電子元器件，2005，（5）：70-71.

Cause Analysis and Processing for the False Idling Fault of SS3Electric Locomotive

ZHENG Ping ZHANG Huishan
（Fuzhou Locomotive Depot，Nanchang Railway Bureau，Fuzhou 350014 Fujian，China）

By analyzing the cause of false Idling fault of ss3 electric locomotive，this paper puts forward the corresponding processing method.To reduce the number of false idling fault，some suggestion is proposed.

electric locomotive；false idling；cause analysis；processing method；suggestion

U264.1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.28

1008－7842（2014）04－0120－03

?）男，高級工程師（

2013－11－29）