机车轮箍弛缓现象分析与研究

机车轮箍弛缓现象分析与研究一、概念图二、关键词：机车迟缓，现象，原因，监测方法。三、课题提出：随着国家对提高内需工作的日益加深，在铁路基础建设上的大量投资，国家铁路产业发展的速度提快很多。特别是国家的再次铁路运输的再次提速，说明了国家在铁路上发展向着高速重载方向又迈进了一步。在高速和重载的发展中，“制动”都是一个非常关键的问题，制动问题如果没有解决，即使有了高质量的的线路，有了大功率的牵引动力，其安全性不能保证，高速或者重载还是不可能实现的【1】。所以对机车的制动系统提出了更高跟新的要求。提高制动系统的可靠性和安全性，实现制动系统的故障检测、诊断、显示与报警等功能，已成为未来机车制动系统的发展方向【2】。本课题拟在机车制动过程中的一个重点机车迟缓现象进行分析整理，通过国内外现阶段在解决机车迟缓现象的技术的收集整理，分析目前技术的发展趋势以提出一种新的解决迟缓现象的解决方式。四、研究的目的及意义：本课题结合目前国内外在防止机车发生迟缓现象的技术，期以整理出各种防范技术的集合，并综合其技术，取长补短以得出一种新的或者更加合理成本更低的技术。为机车安全行驶提供一种新的思路，为铁路建设作出应有的贡献。五、主题概念的定义（定义术语）和界定（使研究掌握在可控制的范围内）本课题将综合分析迟缓现象的产生、原因、已经使用的手段，介绍目前国内外所使用的技术，并对这些技术进行分析说明，以提出一种自动的综合性能较好的检测技术用于防止机车迟缓现象的发生。六、 国内外研究现状、主要研究成果 根据国内机车的发展史，我们将机车技术发展及机车弛缓研究分为3个阶段。第一阶段：上世纪70年代至80年代中。1968年，经过对6Y1型10年的研究改进，在中国半导体工业发展的条件下，将引燃管整流改为大功率半导体整流，试制出韶山1型，代号SS1。1969年开始批量生产，到1988年止，共生产826台。机车持续功率3780kW，最大速度90km/h，车长19400mm。韶山1型电力机车获全国科学大会奖 1969年，株洲电力机车研究所和株洲电力机车工厂联合研制了韶山2型电力机车试验车，代号SS2。 株洲电力机车工厂1978年设计试制的大功率电力机车韶山3型客货两用干线电力机车、代号SS3。1989年开始批量生产至今。该年代的特点是，从SS1到SS3的研制成功仅仅花了10年的时间。该阶段是我国机车发展史上最为重要的阶段。该阶段的对机车的研发，基本上将我国从内燃机车时代带入了电力机车的时代。同时，在技术上，由于在机车大件上的研发成功，并没有使得许多安全细节上进行了全面的突破。而且，由于电力机车的刚刚研发成功，运行的时间不长。所以在运行中还没有将所有的安全细节问题暴露出来。综上所述，70年代在机车弛缓现象上基本上没有进行研究。第二阶段：上世纪80年代到90年代初。由于SS系列机车在铁路线上的大规模的运行。SS3B型机车研发成功，也和SS系列机车一样成为了铁路客运的重要组成部分。该阶段开始逐渐暴露出了SS型机车在安全方面的问题，特别是在制动方面的问题。因为制动及走行部是直接关系到机车整车安全的重要环节，所以引起了相关研究人员的重视。并在此阶段开始研究并发现了机车弛缓现象对机车整车安全行驶的危害。在此研究过程中发现，不但在SS型机车上存在着机车弛缓现象，内燃机车也存在着这样的安全危害。但是由于内燃机车运行期间运行速度没有电力机车高，所以直到电力机车大规模运行才引起了人们对弛缓问题的重视。在该阶段对机车弛缓的分析主要还是在人为因素方面。由于机车乘务员对机车操作不当，责任轮箍弛缓极为严重。有的途中停车站发现轮箍弛缓到限，造成机破，打扰了运行次序，影响行车安全。如若在运行次序正常情况下，遇到运行图中的直通列车，途中站间区间一路通过，造成轮箍弛缓不易发现，就有可能导致轮箍发生横向位移，甚至轮箍脱落。这样，轻者机车脱线，重则引起列车颠覆的重大事件，其后果是不堪设想的。【3】同时，该阶段的研究在另外三个方面也进行了研究。一是，对轮箍弛缓现象进行了整理和研究，并对轮箍发生的原因进行了探讨。原因分析大概有以下几点：1、 闸瓦导热性能不佳，使得轮箍上的温度远远大于闸瓦温度，没有达到散热的作用。2、 牵引力大于制动力。3、 机车乘务员没有按照标准化作业，单阀忘缓解，在机车制动的情况下就加载运行，造成轮箍弛缓。4、 检查工人的疏忽，在没有解除制动的情况下就进行牵引。【3】二是，对轮箍弛缓现象的监测也开始了探索，但是由于当时的技术水平的限制，所以很大部分的研究工作都受到了技术水平的限制。三是，对轮箍弛缓现象的预防进行了探索，并在预防上进行了技术改进。通过对以上原因的分析，该阶段解决该问题的方式集中表现在对原有线路的改进和增加预防措施。入对VCP板进行的改进。【4】第三阶段：上世纪90年代到现在。该阶段的特点是对机车弛缓现象有了新的认识，并地SS系列机车的研究有了深入的发展。在该领域不仅出现了大量的对SS系列机车弛缓现象的研究分析，而且引进了各种先进的技术。可以说，该阶段是机车安全技术蓬勃发展的时期。下面我们分为几个方面进行讨论：（一）从人为因素发展到关注技术因素。综合技术上的原因分析可以得出以下原因：1、 轮箍与轮辋过盈量不足。2、 机车带闸运行。3、 闸瓦间隙不当。4、 闸瓦自动上闸。5、 轮对空转。6、 多个轴箱拉杆内橡胶件同时失效。7、 闸瓦材质不良或者散热效果差。【5】8、 运行中单阀制动，制动器不复位。9、 更换闸瓦后忘记开发塞门。【6】（二）探测、检测技术大量出现。由于探测技术的发展突飞猛进，所以在探测方面有了很多种方式。但从根本来说都是根据机车弛缓所产生的现象进行的。弛缓现象的表征有几个方面：1、 最直接的表征就是轮箍与轮辋产生了相对位移。2、 第二个表征是当产生弛缓现象时候轮箍和轮辋将产生较大的温度差。根据计算公式我们可以推导出温差DF4机车在108摄氏度的时候将产生的线膨胀可以抵消过盈量。【7】机车轮箍弛缓的红外故障诊断，张小玲，中国水运（理论版）第4卷第6期，2006年6月。3、 第三个表征量是当产生弛缓现象时候风管或者制动缸压力很大，但是制动器制动后仍然动作；另外对闸瓦直接测试压力也是一种方法。4、 第四个表征量是当制动解除后闸瓦没没有动作，没有解除对轮箍的制动，也即是对制动不完全解除。根据以上几个表征量，可以得出基本的探测、检测技术的基本状况。1、 对制动缸压力测试。在机车制动管上加装1个防弛缓压力传感器，通过该传动器将制动缸压力实时传递给监控装置，由监控装置对该压力传感器所传递的压力进行实时分析判断，当出现非正常压力时语音报警，一定延时后实施紧急制动，以防止类似事故的发生。【8】2、 对制动器行程检测。制动器的行程检测，即监测闸瓦的位移或者闸瓦片与车轮间隙。此种方法只能监测闸瓦的动作，对闸瓦制动力不能检测，传感器输出为开关信号，确定传感器的安装位置、安装方法以及补偿闸瓦片磨损带来的传感器与车轮踏面间隙的变化比较困难，但是这种方法不需要标定，检测仪硬软件设计简单。【9】。3、 闸瓦踏面的温度检测当出现抱死闸现象时,高强度的摩擦力作用在轮箍与闸瓦间,产生大量的热,随着摩擦作用时间延长,使轮箍温度升高,这样一来,原来的轮箍与轮毂的整体性受到威胁,当温度上升比较高时,致使轮箍与轮毂发生相对位移,即弛缓发生。若抱闸时间太长,可能发生轮箍与轮毂相互脱离。所以根据热传递的效用，即可以采取在闸瓦托进行热电偶的安装进行温度的检测。【10】。4、 轮箍与轮辋温度差检测以上为接触式温度传感器的在机车弛缓中的应用，同时我们也可以考虑利用红外原理对轮箍及轮辋进行非接触式的检测。出于机车安全运行的需要和现场安装位置与尺寸的限制，通过模拟试验和实地情况勘查，设计了含有OTC236红外温度传感器的测量单元，安装在闸瓦气动机构的外部倾斜面上，红外感受窗正对轮对外缘踏面。经过现场试验，证明该检测点能准确感受轮箍表面的温度变化。【11】七、预防措施大量出现。检测技术的发展同时也有大量的预防措施的出现。1、 传统的划红线方式。根据机车轮箍弛缓现象的发生一定是轮箍和轮辋发生了相对位移，所以在轮箍和轮辋上划一条直线。当轮箍和轮辋直线发生相对位移的时候就意味着机车轮箍弛缓现象一定发生。直线相对位移较大的时候，在检修的时候就认定该轮对出现问题，需要更换。2、 加强对驾驶员操作的规范化。根据以上资料显示，很多机车轮箍弛缓现象的发生都是因为驾驶员在操作的是操作不当引起的，所以加强驾驶员的规范化操作可以有效防止弛缓现象的发生。综合以上检测方式，可以对各种检测技术进行对比讨论。1、 在几种探测方式中，通过压力检测的方式是比较可靠的，安装方便，成本较低。但是由于不能直接反映机车是否有弛缓现象的发生，所以在检测过程中有较多的干扰，必须具备较强的纠错软件进行纠错和补偿。2、 对闸瓦的温度检测是比较方便可靠且成本较低的方案，但是同样也存在以上干扰的问题。因为在温度的逐级传递的过程中，势必会造成温度的损失。而闸瓦托反映的温度与轮箍的温度是否呈线性关系还是未知的。3、 就最直接的检测方式为红外方式，也是最理想的方式，但是该方式中红外温度传感器受外界条件的限制较多，比如安装环境产生的油污、机车运行环境的烟雾等都将对红外温度探测器带来影响。4、 所以一种有效的方式是采用几种检测方式进行探测，但是由于考虑到成本和安装方便问题，所以可以考虑根据实际项目需求而定。5、 另外一种方式是磁感应。就目前发展较多的射频技术可以进行研究，也是本课题的研究所在。【1】机车轮箍弛缓监测装置设计，杨 杰，机 车 电 传 动2002年第6期【2】机车轮箍防弛缓报警装置的研制，蔡其文，内燃机车，2006年第四期。【3】ND_5型机车轮箍弛缓的原因分析及解决办法内燃机车1989第12期【4】机车预防轮箍弛缓报警装置内燃机车，2002，第三期。【5】机车轮箍弛缓监测装置设计，杨杰，机车电传动，2002第6期。【6】SS3型机车轮箍弛缓的原因及防范措施，肖付辉，电力机车与城轨车辆，第29卷第1期。【7】机车轮箍弛缓的红外故障诊断，张小玲，中国水