1、湖南铁路科技职业技术学院毕业设计课 题 电力机车轮对空转故障的分析和处理编 号 JC313-18-022 系 部 机 车 车 辆 学 院 专 业 铁 道 机 车 车 辆 班 级 机 车 车 辆 313-18 班 学生姓名 戴 智 指导老师 胡 政 完成日期 2016 年 3 月 31 日目 录前言 .1一 绪论 .2二 电力机车的空转识别 .3三 电力机车空转的危害.6四 机车空转故障的原因分析.71 司机操作不当 .72 轮缘喷油装置油量过大 .73 机车发生假空转 .74 HXD3 型空转故障分析 .8五 引起机车空转原因分析及处理.91 空转的特性 .92 引起空转的原因及分析 .10六
2、 空转发生的故障判断和检测 .111 普通故障的排除 .112 利用动态检测仪进行库内检测 .113 跟车进行动态检测 .12七 空转故障的处理措施 .121 光电传感器故障 .122 光电传感器信号线故障 .123 空转故障判断及处理 .12结束语 .13参考文献 .13后语 .14湖南铁路科技职业技术学院毕业设计第 1 页 共 16 页摘要：机车牵引缓冲装置位于车钓尾部，是把机车牵引力和机车电阻制动力传递到车辆的关键部件。机车牵引缓冲装置主要用途是用来将机车与车辆连接，或是分离车辆同时也是传递牵引力和冲击力以及缓和与衰减列车运动由于牵引力的变化和制动力前后不一致引起的冲击和震动。因此，牵引
3、缓冲装置具有连接、牵引、缓冲的作用。它由车钩，缓冲器、车钩复原装置。它们都安装在车体底架两段的牵引梁内，共同完成连挂列车、制动力、吸引挂车时和运行中产生的纵向冲击振动的任务。牵引缓冲装置的构造和性能，在很大程度上影响列车运行的平稳性，严重的缺陷还可能引起重大的行车事故。关健词：车钩，缓冲装置，故障，检修湖南铁路科技职业技术学院毕业设计第 2 页 共 14 页前言在铁路跨越式发展的今天，各大干线经过了几次大提速之后，牵引定数在不断提高，铁路专用机车在不断更新换代，新技术新装备的不断应用，使得、机车的科技含量越来越高，从 SS3 型电力机车开始，机车电子柜或微机柜均设置了微机防空转系统，当机车发生
4、空转时，系统以适当的速度及特性恢复电机电流及机车粘着系数，减少牵引力的损失。但机车发生空转故障时，容易造成电流卸载、轮轨擦伤、坡停等，危害相当严重。下面针对电力机车空转故障的分析与处理进行探讨。 一 绪论随着我国经济的不断发展，铁路作为国民经济的大动脉，将面临更大的运输任务和挑战。为了完成铁路的运输任务，可以从以下两方面着手提高铁路的运输能力：一方面可以提高列车的运行速度，速度提高了，单位时间内的运输量自然随之提高；另一方面可以通过提升单位列车的轴重来实现。当然，将以上两方面加以结合是提升铁路运输能力的有效方法。自 1997 年 4 月 1 日起，我国铁路已先后进行了七次大面积提速，并于200
5、7 年 4 月 18 日起投入了“D”字头的动车组的运行， 2010 年 7 月 1 日始，我国进入高铁时代，高铁的最高时速可达三百多公里每小时。而重载货运机车的投入使用，使牵引吨位可达万吨以上，目前我国“和谐型”大功率电力机车的总功率己达 10MW,位居世界机车功率总数前列。然而，不论是提升列车的运行速度，还是机车的不断重载化，都必须以保证轮轨间的有效粘着为前提，因为机车的运行是通过轮轨间的相互作用来实现的。只有保证轮轨间的粘着不被破坏，才能进一步利用牵引电机的功率，从而使电力机车的功率利用最大化。若机车运行过程中轮轨间粘着被破坏，机车轮对将发生打滑并空转，此时电机多余的部分功率即转化为轮对
6、速度的提升，而机车前进速度并没有相应的增大，这就造成了牵引电机功率利用率的下降，且轮对空转时会造成轮轨的磨损甚至毁坏，不仅增加了铁路运营的保养维修费用，严重时甚至威胁到列车的安全运行。而轮轨间的粘着极限很大程度上依赖于轮轨接触面的情况，天气的变化，雨、雪、油污或其他异物的存在都可能使轮轨间的粘着条件变差，从而造成轮对发生空转。通常会启用机车上的撒沙系统在轮轨上撒沙，增大车轮与轮轨的摩擦力，以保证机车正常运转。由于机车运行环境的复杂性，不可能实时对轨面条件进行监测和清理，所以要防止空转的发生，只有从机车本身入手，对轮对的空转趋势进行识别并采取相应措施加以控湖南铁路科技职业技术学院毕业设计第 3
7、页 共 14 页制。鉴于经济发展的需求，我国铁路随之不断高速化和重载化，机车需要获取更大的牵引力，这就要求轮轨间必须保持更加有效的粘着。而保持粘着的关键步骤就是判断电力机车是否发生空转并在此基础上进行相应的防空转控制。因此，对电力机车的空转识别和防空转控制进行深入研究具有重要意义。二 电力机车的空转识别轮轨间粘着的情况往往受到内、外部多种因素的影响，且对机车运行的环境比较敏感，由丁轨面的状况随天气、异物等随机变化，导致机车轮对发生空转的随机性。因此，必须及时准确的判断出其空转趋势，以便采取相应的防空转控制措施，避免空转现象的加剧、恶性化。从而防止因轮对急剧空转所带来的安全隐患，并提高牵引电机功
8、率的利用率和平均牵引力水平。所以，对机车空转的识别显得尤为关键。1 轮轨粘着的基本理论（1）轮轨的粘着机理在刚性体的滚动过程中，可将接触点视为单个的点，这样的滚动圆周线速度等于其平移速度，即其在圆周上的滚动距离等于其平移距离，这样的滚动称为纯滚动。然而，在现实生活中绝对的刚体是不存在的，也就是说任何物体都有一定的弹性，轮对与钢轨均为弹性体。在机车运行过程中，当机车轮对受到牵引电机的驱动作用时，其将发生滚动的趋势，但由于轮轨实际上均为弹性体，驱动力的作用会使两者发生形变。车轮在前进的方向发生局部压缩形变，而后方发生局部拉伸形变，钢轨正好相反。由于车轮在前进方向发生的局部压缩形变，使得车轮转过一周
9、行走的线性距离要小于车轮周长，所以车轮在行走过程中一定发生了微小的滑动，这一现象即为蠕滑。湖南铁路科技职业技术学院毕业设计第 4 页 共 14 页图 1 轮轨粘着剂蠕滑原理图将轮轨的接触区放大来看，如图 1 所示，接触面的前面部分为粘着区，而后面部分实际上是滑动区。在同样的轨面条件下，若增大牵引力，粘着区将变小，而滑动区变大，直至车轮发生打滑空转成为全滑动。或当轨面受雨、雪等第三方介质污染时，轮轨接触面性质发生改变，粘着系数减小，在相同的牵引力下，轮轨间的粘着区也会突然减小甚至瞬间减小到零而使车轮发生空转。由于蠕滑的存在，轮对的轮周线速度并不等于机车前进的速度，它们之间存在一个差值，这个速度差
10、即定义为蠕滑速度 v，其定义式如式（3-1）所示。其中，r 为轮对半径，w 为轮对转动的角速度，v 为机车的实际行驶速度。显然，蠕滑速度可以反映轮轨间的螺滑情况，同样，可以用蠕滑率 来表征轮轨间的螺滑程度。在车辆动力学中，蠕滑率的计算表达式如式(3-2)所示。（2）轮轨间的粘着特性由前文分析可知，轨面条件的不同，将导致轮轨间可利用的粘着程度不同，机车能有效发挥的牵引力也随之不同。这跟物体间的摩擦原理类似，两物体接触面的摩擦系数是决定静态摩擦力大小的一个重要因素。在轮轨的接触原理中，同样定义了一个代表轮轨间粘着状态的指标，称为粘着系数，其定义式如式(3-3)所示。其屮，F 为轮轨间的切向牵引力，
11、FN 为轮轨间的法向作用力，即轴重。定义了粘着系数，它与緩滑速度之间的关系即为轮轨间的粘着特性。为了直观的表达轮轨间的粘着状况，将轮轨间的蠕滑速度作为横轴，粘着系数为纵轴所得曲线即为轮轨间的粘着特性曲线如图 2 所示。不同的轨面条件对应着不同的粘着特性曲线。湖南铁路科技职业技术学院毕业设计第 5 页 共 14 页图 2 粘着特性曲线图在图 2 中，曲线 1 为干燥轨面的粘着特性曲线，曲线 2 和曲线 3 分别为两种不同情况潮湿轨面的粘着特性曲线。点 a、b、c 分别为干燥轨面和潮湿轨面所对应的最优粘着点，即当机车运行于此点上时可获得最大的有效牵引力。由轮轨的粘着机理可知，当机车由干燥轨面进入潮
12、湿轨面时，若牵引力大小保持不变，由于粘着条件变差，轮轨间接触区域的粘着区迅速减为零，从而使轮对发生打滑而空转，此时车轮转速急剧提升，而机车并没有产生相应的加速，所以轮轨间的螺滑速度急剧增加。在粘着特性曲线上体现为运行点越过了最优粘着点迅速向右移，即机车从粘着区进入空转区。另外，由粘着系数和轮轨间的垂直静载荷即可得到轮轨间粘着力的计算式如式（3-4 ）所示。2 影响轮轨间粘着的主要因素轮轨间的粘着力是机车动力的直接来源，由式（3-4）可知，影响机车可利用粘着力的主要因素为轮轨间的粘着系数和机车的粘着质量。而轮轨间的粘着系数主要又受轨面状况、轮轨材质等因素的影响。（1）轨面状况的影响。因为轨面条件
13、的变化将直接改变轮轨间的粘着系数，所以轮轨接触面的状况对机车可用粘着力的影响是直接且显著的。由于铁路运输路线长，跨地域范围大，不同地域的天气变化将直接导致轨面条件的变化，如轨面的风、霜、雨、雪、落叶，或因保养检修所在轮对踏面留下的油污等都会大大降低轮轨间的粘着系数，从而降低了机车可用的粘着力。（2）轮轨材质的影响。由轮轨的粘着机理分析可知，正因为轮轨均为弹性湖南铁路科技职业技术学院毕业设计第 6 页 共 14 页体，所以轮轨接触面才会因挤压而产生形变，从而在牵引电机的驱动下出现形成一个粘着的区域产生粘着力。由摩擦力学可知两接触物体间的摩擦力大小除了与接触面垂直方向的压力大小有关外，还与接触面的
14、摩擦系数有关，而摩擦系数又取决于物体的材质。同理，轮轨间粘着力的大小与轮轨的材质也密不可分。（3）机车轴重的影响。若加大机车轴重，将使轮轨间的垂向压力增大，且此时轮轨的形变变大，轮轨间接触面积增大，粘着区随之变大，从而使牵引电机可以进一步加大牵引力矩，轮轨间可用的粘着力随之上升。另外，机车的运行速度，轮径差，机车部件以及机车在曲线上运行时都会对轮轨间的粘着造成影响。因此，要促进轮轨间的粘着，提高机车的有效牵引力，可以从以上多方面入手进行尝试。三 电力机车空转的危害1 造成列车运缓、坡停电力机车空转时，轮轨间相对滑动产生剧烈摩擦，降低摩擦系数。某一个轮对发生空转时，因轴重转移会引起其他轮对产生连
15、锁反应而发生空转。在引起其他轮对也发生空转时，会大大降低车钩牵引力，消弱电力机车牵引力。电力机车发生持续空转时，牵引力达不到牵引需要，列车运行速度就会持续下降或上升缓慢。这样在线路平缓区段会造成区间运缓，影响线路运力。当机车空转不能及时消除达到机车空转保护系统限定值时，电力机车会发出卸载、惩罚制动等指令，在高坡区段会因失去闯坡机造成动力不足而发生破停事故。2 损坏行车设备当电力机车空转时，轮轨间粘着条件被破坏，轮轨间产生剧烈摩擦，动轮发热容易造成轮箍弛缓外窜。机车空转也会增加机车轮箍或踏面的磨耗，严重时要更换轮机车原地空转造成擦伤钢轨，造成钢轨面擦伤凹槽，严重时还要更换钢轨。空转易造成牵引电动
16、机转速突然增高，引起牵引电动机匝线甩断。发生空转的轮对牵引电动机电流突然减小，使其他牵引电机电流增大，容易造成过载烧损。因空转擦伤的轮对在运行中产生激励振动，容易损坏电力机车部件，降低电力机车使用效率。空转还会引起牵引电动机电枢端电压增高，致使换向器片间电压升高，产生火花和环火。湖南铁路科技职业技术学院毕业设计第 7 页 共 14 页3 造成监控发出卸载或紧急制动指令空转会造成监控装置控制距离产生误差，在越过黄灯、双黄灯前未及时校正信号距离，超过监控装置自动校正范围引起放风。另一方面，当机车发生空转时，未及时回提速手柄，造成列车速度瞬间虚假上升，在其超过监控装置的限制速度时，监控装置会输出紧急
17、制动指令。当列车运行记录监控装置发出紧急制动指令后，列车在空转严重区段势必造成起动困难，超过 10 分钟就必须请求救援，严重干扰运输秩序，加重了运能负担。如果影响了客车，造成客车晚点，会损坏铁路整体形象。四 电力机车空转故障的原因分析1 司机操作不当 电力机车在运行中，司机操作不当，手柄指令过高，容易发生真空转。因此，机车在雨天或坡道上起车或行驶时，指令不应一次给得太高，当速度起来后再继续追加电流。当发生真空转或滑行时，司机应适当降低手柄级位，待速度起来后再追加电流，抑制真空转发生。2 轮缘喷油装置油量过大电力机车轮缘喷油装置喷油量太大、线路道岔油润过多等也会引起机车真空转，伴随空转灯亮、撒沙
18、、减载等。这种情况下，机车检修部门应适当调节轮缘喷油装置的喷油量或改为干式轮缘润滑装置，防止真空转。3 电力机车发生假空转的原因（1）光电传感器故障引起假空转。电力机车上目前使用的光电传感器大部分是 TQG158 型传感器，当传感器芯片烧损或绝缘破损、传感器引出线绝缘破损，线路开路、短路或接触不良等，瞬间无速度信号输出或速度信号受干扰，都会引起假空转。（2）光传感器接线盒进水，引起线路接地或短路将引起假空转。（3）机车转向架到司机室端子排的光电传感器接线开路或绝缘破损，引起速度信号异常，导致假空转。（4）司机室端子到电子柜接线不良或电子柜微机防空转插件故障也会引起空转。4 HXD3 型机车空转
19、故障分析在运行过程中经常发生空转及滑行故障,影响行车安全,易造成轮对、钢轨湖南铁路科技职业技术学院毕业设计第 8 页 共 14 页损伤。而且当天气不良和在困难区段牵引时,机车功率难以正常发挥,极易发生列车途停,严重影响了正常运输秩序和行车安全,同时也给机务段带来了很大的经济损失。较为常见的空转系统故障现象机车静止或运行时,电流给不上,切除防空转系统后故障消除,或由于机车机械振动,主控电路及其电器动作引起防空转系统误动作,从而干扰机车运行,以上现象是微机防空转件故障引起。车一动就撒砂不止,空转显示灯一直亮,电流给不上去,或机车速度提高后,发生无规律的空转误动作,甚至手柄回零后惯性运行时,也撒砂,
20、显示空转等。发生空转故障的原因主要有以下几点:（1）抱轴承间隙增大机车长时间运行导致抱轴承磨损,间隙增大,在线路上运行容易使齿轮相对于安装在齿轮箱上的速度传感器间隙发生变化,从而导致机车速度传感器信号异常,引起牵引电流波动。据现场故障机车情况统计来看,运行万公里而未进行过速度传感器间隙调整的机车空转现象明显高于调整过的机车。（2）速度传感器间隙调整不当传动大齿轮在传动时,安装在齿轮箱上的速度传感器通过感应头产生脉冲,当间隙调整不当时,各个轴速度传感器输出的脉冲幅值会存在较大差异。每一轴速度传感器的路信号供本轴用个,给其他三轴各个,留有个备用。当一个轴间隙调整不当时,其输出的路信号全部异常,在异
21、常信号送给其他三轴和正常信号比较后,机车空转保护被激活,机车自动减少牵引电流寻找新的孰着点。由于信号本身异常,反复激活空转保护系统,导致机车该轴电流反复波动。当两个以上间隙调整不当后会导致两个以上车轴电流反复波动,使牵引力急剧下降,在坡道较大时会形成恶性循环最终导致机车途停造成机破。（3）速度传感器感应头故障机车在运行中由于齿轮啮合磨损导致润滑油中含有大量铁粉,机车运行时传动大齿轮将齿轮箱内的润滑油带至啮合面,油中含有的铁粉被逐步吸附到速度传感器感应头上形成铁粉毛刺,被磁化的毛刺反过来影响磁场的分布,变化的磁场又导致同一速度传感器个磁感应头感应出来的信号不一致,从而造成在控制系统中由于信号不一致而激发机车空转保护,致使机车为寻找新的孰着点而频繁调整牵引电机电流,最终使得机车频繁空转。（4）信号传输有误信号传输需要经过两个插头,由于机车运行途中的振动容易出现断路故障,位于车底的插头也可能会因进水内部混电或因安装松动出现虚接故障。部分机车还出现速度传感器信号线内部导线折损现象,折损现象主要集中在距插头顶端的这一段距离范围内,由于折损部位处于电缆的防护胶套内,外观检查不易发现,造
