影響機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的因素分析*

影響機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的因素分析*

趙中喜，文 禮，李忠厚，王華勝，申恩福

（中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

定性地分析了不同機(jī)型、不同牽引定數(shù)和不同區(qū)段對機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的影響。

機(jī)車整備；續(xù)行里程；因素分析

機(jī)車整備是機(jī)車正常行駛不可缺少的一個環(huán)節(jié)，主要目的是檢查消耗品剩余量并及時補(bǔ)充和確認(rèn)重要部件的狀態(tài)和（或）性能參數(shù)以保證機(jī)車正常運用。

機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程是一個可靠性的概念，是在一定的平均整備間隔里程條件下機(jī)車不發(fā)生機(jī)破的概率，或者是在保證一定可靠性指標(biāo)（機(jī)破率）的條件下，機(jī)車可以達(dá)到的平均整備間隔里程。

在保證可靠性指標(biāo)滿足運輸生產(chǎn)需要的前提下，盡可能減少機(jī)車整備的范圍、時間、次數(shù)，最大限度地壓縮非運用時間，延長機(jī)車運用交路，可以提高機(jī)車?yán)寐?。但盲目地延長交路會降低可靠性，過于保守而增加整備次數(shù)和范圍，則會降低機(jī)車使用效率。通過分析影響機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的因素，尋找更科學(xué)、合理的機(jī)車整備、運用方案。

1　不同機(jī)型一次整備可靠續(xù)行里程

蒸汽機(jī)車由于受到攜帶煤和水的容量的限制，一般200 km左右要設(shè)一個機(jī)務(wù)段或折返段進(jìn)行補(bǔ)充煤和水的作業(yè)，也就是說一次整備續(xù)行里程只有200 km左右。內(nèi)燃機(jī)車加滿柴油一次可以續(xù)行1 000 km以上。制約蒸汽機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車一次整備續(xù)行里程的因素都是使其具有牽引力的能源，而電力機(jī)車的能源是從電網(wǎng)得到的，只要是在接觸網(wǎng)有電的電氣化鐵路上電力機(jī)車一直可以運行。但是，要保證機(jī)車的可靠運行，沙子也是機(jī)車上必不可少的，而且成為影響電力機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的重要因素。目前，蒸汽機(jī)車在我國已經(jīng)被淘汰，不再進(jìn)行研究。下面分析一下影響電力機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的因素。

1.1電力機(jī)車

制約電力機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的是消耗品沙子。

（1）沙子在機(jī)車上的作用

在車輪與軌道之間撒沙是改善黏著、防止和制止空轉(zhuǎn)的有效措施，撒沙裝置是軌道機(jī)車、動車必裝的設(shè)備。下面舉兩個例子說明沙子在機(jī)車上的作用。

①2011年1月濟(jì)南鐵路局在膠濟(jì)線進(jìn)行了HXD3型機(jī)車模擬下雨條件下的重貨車黏著性能試驗。試驗時對HXD3機(jī)車TCMS屏進(jìn)行錄像，并對機(jī)車所發(fā)揮的最大牽引力進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計。結(jié)合機(jī)車黏著特性原理，對各速度間隔試驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到數(shù)據(jù)見表1。

表1　下雨時HXD3型機(jī)車在4.0‰上坡道運行最大牽引力kN

從表1可以看出，下雨時，撒沙比不撒沙最大牽引力平均增幅80%以上。

②內(nèi)蒙古集通集團(tuán)公司的錫林浩特——多倫線路狀況環(huán)境惡劣，地處海拔1200 m左右，年無霜期僅100多天，氣候寒冷，風(fēng)、雪、沙塵大，坡度大（縱斷面坡度6‰～12‰），冬季氣候寒冷，鋼軌結(jié)霜嚴(yán)重，機(jī)車在長大坡道運行用沙量大，已出現(xiàn)了機(jī)車運行途中沙子不夠用的狀況，需在中間站補(bǔ)沙作業(yè)（錫林浩特機(jī)務(wù)段所支配機(jī)車上均配備了4個20 kg的備用沙桶）。

（2）影響沙子用量及機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的因素

①機(jī)車本身的傳動方式、空轉(zhuǎn)抑制系統(tǒng)及撒沙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，影響用沙量。在相同牽引力負(fù)荷情況下，交流傳動機(jī)車的車輪轉(zhuǎn)速是由主變流器給定的頻率決定的，一般不易發(fā)生空轉(zhuǎn)。而直流傳動機(jī)車特別是串激牽引電動機(jī)傳動的機(jī)車，更易發(fā)生空轉(zhuǎn)。不同的機(jī)車的空轉(zhuǎn)抑制系統(tǒng)，也影響沙子用量?？辙D(zhuǎn)抑制系統(tǒng)包括：直流傳動機(jī)車采用降低功率和撒沙，交流傳動機(jī)車通過減小牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩和撒沙兩種方式，降低功率或轉(zhuǎn)矩方式效果好的，沙子用量少，反之亦然。撒沙系統(tǒng)中沙箱、沙管的結(jié)構(gòu)、材料、安裝方式以及撒沙控制的方式也會影響用沙量。

②不同司機(jī)的操縱習(xí)慣差異也影響機(jī)車用沙量。重載列車或寒冷季節(jié)放置時間長的列車，起動阻力大，直接硬拉起動困難，空轉(zhuǎn)嚴(yán)重，用沙量增加，若起動時向后壓一下車鉤，再起動向前則會好很多。點射式和連續(xù)式撒沙操作，用沙量也有較大差別。增加機(jī)車牽引力時，手柄提得過快、過猛，也會破壞黏著條件，引起空轉(zhuǎn)。在不清潔的軌面、小半徑曲線、漏水的隧道或雨雪天出隧道口時、線路坡度增加等地段前，要提高警惕，進(jìn)行預(yù)防性撒沙，防止空轉(zhuǎn)。

③軌道狀態(tài)影響機(jī)車用沙量。軌面上有落葉、小雨、霜、降雪等使黏著系數(shù)降低時，易發(fā)生空轉(zhuǎn)，導(dǎo)致用沙量增多。（哈爾）濱綏（芬河）線就因為軌面有霜，造成機(jī)車黏著力下降，機(jī)車空轉(zhuǎn)不止，曾有過連續(xù)坡停18列的實際情況，為保證運輸暢通，鐵路局在烏吉密站熱備補(bǔ)機(jī)，天氣不良時增加補(bǔ)機(jī)防止坡停。

④牽引定數(shù)影響機(jī)車用沙量。在相同的線路、天氣條件、運行速度情況下，噸位大的列車所需機(jī)車的牽引力就大，當(dāng)所需牽引力接近或大于機(jī)車本身所能發(fā)揮的黏著牽引力時，就會發(fā)生輪對空轉(zhuǎn)。因此，牽引定數(shù)大的機(jī)車發(fā)生空轉(zhuǎn)的概率就會增加，進(jìn)而使用沙量增加。

⑤沙箱容積的大小。沙箱容積的大小當(dāng)然不會影響用沙量，它影響的只是機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程。前面所述錫林浩特機(jī)務(wù)段所支配機(jī)車上均配備了4個20 kg的備用沙桶就是個證明。

1.2內(nèi)燃機(jī)車

制約內(nèi)燃機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的是消耗品柴油和沙子。

有關(guān)沙子的問題，與電力機(jī)車一樣，這里不再贅述。

（1）柴油的作用

柴油是內(nèi)燃機(jī)車的燃料，柴油是內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)生動力必不可少的消耗品，也是運營成本中所占比重最大的消耗品。

（2）影響柴油用量及機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的因素

①牽引功率的大小。要想發(fā)揮大的牽引功率，必須多燒柴油。燃油消耗量與柴油機(jī)發(fā)揮的功率是正比例關(guān)系。牽引功率是牽引力與速度的乘積。牽引力的大小取決于列車運行阻力大小。這就是說列車運行阻力大（牽引噸位大、坡度大及彎道半徑?。?、速度高的消耗燃油多。

②柴油機(jī)的燃油消耗率（g/k W·h）。是指柴油機(jī)發(fā)揮單位功率所消耗的燃油。不同的柴油機(jī)的燃油消耗率是有差別的。如，HXN5型內(nèi)燃機(jī)車的燃油消耗率是不超過213.5 g/k W·h，而東風(fēng)8型內(nèi)燃機(jī)車的燃油消耗率不超過217.6 g/k W·h。

③內(nèi)燃機(jī)車的裝車功率。除牽引功率外，裝車功率大就意味著輔助功率大。在能夠滿足牽引需求的條件下，牽引相同的列車、相同的速度、相同的天氣、相同線路時，裝車功率小的機(jī)車省油。

④司機(jī)的操縱習(xí)慣。濟(jì)南西機(jī)務(wù)段曾對擔(dān)當(dāng)區(qū)段貨物列車的操縱情況進(jìn)行過統(tǒng)計，得出結(jié)論是因制動造成的燃油損失約占機(jī)車總用油量的20%，其中不必要的制動占到近半數(shù)，僅此一項，該機(jī)務(wù)段每年燃油損失約8 000 t。其他機(jī)務(wù)段的情況也類似，甚至還嚴(yán)重。

⑤油箱容積的大小。油箱大小只是影響機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程。

2　牽引定數(shù)對機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的影響

牽引定數(shù)是指機(jī)車牽引列車的噸位，是根據(jù)機(jī)車持續(xù)功率大小、軌道線路的坡度大小及長短、彎道曲線半徑的大小、海拔高度等條件確定的。牽引定數(shù)過大，導(dǎo)致所需的列車起動牽引力接近甚至超過機(jī)車的起動牽引力，列車運行阻力接近甚至超過機(jī)車的持續(xù)牽引力，可能造成起動困難、坡停，需要請求救援而影響行車秩序，還可能造成機(jī)車部件破損。即使是不造成機(jī)破的情況下，也因空轉(zhuǎn)增多而使用沙量增加，使得機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程減小。

沈陽鐵路局2005年底和2006年初，將貨運部門擔(dān)當(dāng)各區(qū)段牽引任務(wù)的主型機(jī)車都不同程度地提高了牽引定數(shù)，從3 000～3 300 t提高到5 000 t，據(jù)統(tǒng)計2006年1～6月與提高牽引定數(shù)前的2005年1～9月同期比較，內(nèi)燃機(jī)車的機(jī)破數(shù)量升幅為47.32%，臨修數(shù)量升幅為188.62%，碎修數(shù)量升幅為186.67%，電力機(jī)車臨修數(shù)量升幅為21.15%，碎修數(shù)量升幅為16.20%；內(nèi)燃機(jī)車大部件破損數(shù)量升幅為40.57%，其中柴油機(jī)機(jī)體裂損數(shù)量升幅為104.88%，曲軸破損數(shù)量升幅為41.03%，增壓器破損數(shù)量升幅為32.18%，主發(fā)動機(jī)、牽引電動機(jī)破損數(shù)量升幅為38.43%；電力機(jī)車大部件破損數(shù)量升幅為62.67%，其中牽引電動機(jī)破損數(shù)量升幅為57.14%，牽引、制動風(fēng)機(jī)破損數(shù)量升幅為34.21%，功率補(bǔ)償柜破損數(shù)量升幅為66.67%，輪對破損數(shù)量升幅為108.33%。

2005年呼和浩特鐵路局未開行5 000 t重載列車前，DF4B型內(nèi)燃機(jī)車中修時，柴油機(jī)連桿大端體孔超限率平均為12.5%，但開行5 000 t重載列車后，該型機(jī)車柴油機(jī)連桿大端體孔超限率平均為87.5%。

這些都說明對相同的機(jī)車來說，牽引定數(shù)的提高會降低機(jī)車的可靠性，必然導(dǎo)致機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的減少。

3　不同區(qū)段對機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的影響

不同區(qū)段的坡度、曲線及地理、氣象條件有很大差異。這些因素影響著機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程。坡度和曲線的影響是增大牽引力，和牽引定數(shù)的影響相似，定性地說，坡度值大、曲線半徑值小相當(dāng)于牽引定數(shù)增大，下面分析氣象條件對機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的影響。

3.1機(jī)車可靠性降低

嚴(yán)重的霧霾、雷電可使電力機(jī)車車頂絕緣子發(fā)生霧閃、擊穿造成機(jī)破；高溫可使變壓器、變流器、電動機(jī)等散熱能力下降增加損壞的可能性，高溫和低溫都可使空調(diào)的控制系統(tǒng)失靈而不能正常工作，也影響微機(jī)系統(tǒng)及電子器件、組件的正常工作，嚴(yán)重的也會造成機(jī)破；低溫則可使?jié)櫥土鲃有韵陆?、油壓減振器凍死、橡膠密封件失去彈性而增加機(jī)破幾率。長大坡道除牽引定數(shù)過大的不良結(jié)果外，還會使制動系統(tǒng)磨損加劇，在沒有動力制動的蒸汽機(jī)車及早期生產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)車上更加突出；沙塵嚴(yán)重及楊絮、柳絮多發(fā)季節(jié)需對散熱裝置的空氣過濾網(wǎng)、棉芯清潔頻次增加；多雨潮濕則影響電氣部件的絕緣性能。

3.2撒沙量增加

凍雨可使輪軌間的黏著系數(shù)急劇降低，機(jī)車發(fā)生空轉(zhuǎn)，輕的增加撒沙量，嚴(yán)重的由于機(jī)車空轉(zhuǎn)撒沙量大而列車不能起動造成擦傷鋼軌；降雪、落葉、露、霜凍、小雨、潮濕也可使輪軌間的黏著系數(shù)降低而使機(jī)車增加撒沙量。

4　結(jié) 論

（1）制約內(nèi)燃機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的是消耗品柴油和沙子，制約電力機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的是消耗品沙子。

（2）牽引定數(shù)增大則機(jī)車可靠性降低、用沙量增大，一次整備可靠續(xù)行里程減少。

（3）不同區(qū)段對機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程的影響體現(xiàn)在坡度、彎道和氣象條件上。坡度大、彎道半徑小使?fàn)恳υ龃蠖档蜋C(jī)車可靠性、增加用沙量，減少機(jī)車一次整備可靠續(xù)行里程。嚴(yán)重的霧霾、雷電可使電力機(jī)車車頂絕緣子發(fā)生霧閃、擊穿而造成機(jī)破；高溫、低溫使機(jī)車部分部件可靠性降低，沙塵及楊絮、柳絮多發(fā)季節(jié)需對散熱裝置的空氣過濾網(wǎng)、棉芯清潔頻次增加而縮短一次整備可靠續(xù)行里程；多雨潮濕則影響電氣部件的絕緣性能。凍雨、降雪、落葉、露、霜凍、小雨、潮濕也可使輪軌間的黏著系數(shù)降低而使機(jī)車增加撒沙量。

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Influence Factor Analysis of Locomotive Servicing a Reliable Line Continuation Mileage

ZHAO Zhongxi，WEN Li，LI Zhonghou，WANG Huasheng，SHEN Enfu
（Locomotive&Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

In this paper，the different models，different traction weight and section on the influence of the loco motive servicing a reliable line continuation mileage are qualitatively analyzed.

the loco motive servicing；line continuation mileage；factor analysis

U269.33

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.23

1008-7842（2015）04-0099-03

*中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題（Z2013-J004）

7—）男，副研究員（

2014-11-26）