淺析造成機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)的原因及預(yù)防措施

李小華

摘 要：當(dāng)機(jī)車起動(dòng)或滿載爬坡使用最大牽引力時(shí)，常常發(fā)生動(dòng)輪和鋼軌之間粘著破壞而使動(dòng)輪空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，其根本原因是輪周牽引力瞬間大于輪周粘著力。而空轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，機(jī)車牽引力急劇下降，輪軌劇烈摩擦，牽引電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，易造成動(dòng)輪擦傷、刨鋼軌、電機(jī)損傷、造成LKJ車位錯(cuò)誤、坡停、運(yùn)緩等問(wèn)題影響列車的運(yùn)行秩序。因此預(yù)防和制止輪對(duì)的空轉(zhuǎn)是一名合格的機(jī)車司機(jī)必備的能力之一。

關(guān)鍵詞：防止；機(jī)車動(dòng)輪；空轉(zhuǎn)；措施

中圖分類號(hào)：U269.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0028-02

1 機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)問(wèn)題的提出及原因分析

1.1 機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)問(wèn)題

機(jī)車牽引車列運(yùn)行在鋼軌上，機(jī)車動(dòng)力裝置（牽引電機(jī)）發(fā)出的扭矩經(jīng)傳動(dòng)裝置傳遞，在各動(dòng)輪的輪周上形成切線力，依靠輪、軌間粘著作用產(chǎn)生由鋼軌作用于各動(dòng)輪周上的反作用力，從而使列車產(chǎn)生平移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)車動(dòng)輪輪周上的切線力大于輪軌間的粘著力時(shí)，粘著將被破壞，在輪軌接觸點(diǎn)處出現(xiàn)車輪與鋼軌間的相對(duì)滑動(dòng)。車輪在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下，就會(huì)圍繞輪軸高速旋轉(zhuǎn)而發(fā)生空轉(zhuǎn)。

機(jī)車動(dòng)輪在鋼軌上的狀態(tài)有三種狀態(tài)：靜止、滾動(dòng)和滑動(dòng)，因此動(dòng)輪與鋼軌之間的摩擦系數(shù)也有三種：靜摩擦系數(shù)、粘著系數(shù)和滑動(dòng)摩擦系數(shù)。

1.1.1 動(dòng)輪在鋼軌上靜止

動(dòng)輪在鋼軌上靜止時(shí)，機(jī)車與鋼軌的接觸和受力情況如圖1所示，動(dòng)輪軸重Pug通過(guò)輪軌接觸點(diǎn)C作用于鋼軌上，剛鋼軌有一反向作用力N，通過(guò)C點(diǎn)作用于動(dòng)輪，當(dāng)牽引電動(dòng)機(jī)通電后，在力矩M的作用下，動(dòng)輪對(duì)鋼軌有一切向作用力F1，力F1的作用是要向后推鋼軌，由于鋼軌是被固定在道床上不動(dòng)，在F1尚未超過(guò)靜摩擦力最大值時(shí)，動(dòng)輪與鋼軌不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，這時(shí)，輪軌間的摩擦系數(shù)為靜摩擦系數(shù)，隨著牽引電動(dòng)機(jī)電流的增加，動(dòng)輪作用于鋼軌的力F1繼續(xù)加大，鋼軌作用于動(dòng)輪的切向反力F2也隨之加大。

但當(dāng)力F1和F2達(dá)到靜摩擦力的最大值時(shí)，則動(dòng)輪與鋼軌間的摩擦狀態(tài)就要遭到破壞而產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，即發(fā)生所謂“空轉(zhuǎn)”。F2不再是靜摩擦力，而是滑動(dòng)摩擦力，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于F1。

1.1.2 動(dòng)輪在鋼軌上滾動(dòng)

動(dòng)輪在鋼軌上正常滾動(dòng)時(shí)，輪軌間的摩擦系數(shù)稱為粘著系數(shù)，摩擦力稱為粘著力，粘著與靜摩擦有著本質(zhì)的區(qū)別。運(yùn)動(dòng)中機(jī)車動(dòng)輪有增載和減載的情況，各動(dòng)輪軸之間牽引力分配不均。同時(shí)列車運(yùn)行中不可避免的要產(chǎn)生各種沖擊和振動(dòng)，車輪在鋼軌上滾動(dòng)的同時(shí)還伴隨有一定量的縱向和橫向的滑動(dòng)。所以，輪軌間切向反作用力的最大值實(shí)際上與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，而且比物理中的“最大靜摩擦力”小得多。因此，分析輪軌間受力總是不用“靜摩擦”這一概念，而以“粘著”來(lái)代替，相應(yīng)地輪軌間切向反作用力的最大值稱為“粘著力”。輪周上的切線力大于輪軌間的粘著力時(shí)車輪就要發(fā)生空轉(zhuǎn)。在機(jī)車不發(fā)生空轉(zhuǎn)的前提下，所實(shí)現(xiàn)的最大輪周牽引力稱為粘著牽引力。

1.2 機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)的原因分析

引起機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)的原因是多種多樣的，有主觀、客觀的因素，但主要有以下幾個(gè)方面的因素：

（1）操縱不當(dāng)。起車時(shí)司機(jī)控制器的調(diào)速手柄提的過(guò)猛和位置過(guò)高，或加速時(shí)手柄一次提的過(guò)多，或低速時(shí)進(jìn)級(jí)過(guò)快，都將使?fàn)恳υ诙虝r(shí)間內(nèi)增加過(guò)多，打破了輪周牽引力受粘著牽引力的限制條件，而造成動(dòng)輪空轉(zhuǎn)。大電流起動(dòng)，固然會(huì)使機(jī)車在瞬間獲得較理想的牽引力，產(chǎn)生大的加速度，使列車起動(dòng)迅速，但過(guò)大的起動(dòng)電流，不僅會(huì)給牽引電動(dòng)機(jī)換向帶來(lái)困難，而且過(guò)大的起動(dòng)牽引力還會(huì)超出機(jī)車粘著條件的限制，使動(dòng)輪空轉(zhuǎn)，而造成機(jī)車牽引力的突然降低，產(chǎn)生事與愿違的后果，導(dǎo)致起動(dòng)失敗，因此，起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流不能過(guò)大，要消除空轉(zhuǎn)，只有靠司機(jī)謹(jǐn)慎合理的操縱來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）機(jī)車狀態(tài)不良。如：軸荷重不均、牽引電動(dòng)機(jī)電流分配不均、彈簧復(fù)原裝置不良、機(jī)車輪緣噴油器噴嘴安裝位置不當(dāng)，將油噴到動(dòng)輪踏面上，這些情況都能引起動(dòng)輪空轉(zhuǎn)。作為牽引動(dòng)機(jī)裝置的直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，具有良好的負(fù)載分配性能。在設(shè)計(jì)上，機(jī)車上各臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)承受負(fù)載是相同的，但由于制造過(guò)程中的誤差，使得電機(jī)及機(jī)車部件均存在一定的誤差；機(jī)車運(yùn)行中，各種沖擊振動(dòng)，都會(huì)在機(jī)車上得到反應(yīng)，這些不均衡的破壞力，勢(shì)必會(huì)使各軸上的負(fù)荷發(fā)生不同程度的變化，均能誘發(fā)空轉(zhuǎn)的發(fā)生。（3）微機(jī)防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)由電子元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、電氣線路等組成，長(zhǎng)期運(yùn)用中難免產(chǎn)生故障，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生誤判斷，即發(fā)生通常所說(shuō)的假空轉(zhuǎn)故障。根據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)，造成機(jī)車假空轉(zhuǎn)故障的原因主要有以下幾方面：1）速度傳感器故障。速度傳感器轉(zhuǎn)軸與車軸軸頭方孔之間屬于機(jī)械式連接，由于長(zhǎng)期轉(zhuǎn)動(dòng)磨耗，造成運(yùn)行中全車速度傳感器之間反饋的速度頻率信號(hào)出現(xiàn)不同步故障。2）連接線路故障。速度傳感器接線盒、連線插頭安裝在機(jī)車轉(zhuǎn)向架上，完全裸露在機(jī)車車體外部，由于機(jī)車運(yùn)行途中的振動(dòng)、通過(guò)曲線時(shí)轉(zhuǎn)向架的位移，加劇了線路的破損，出現(xiàn)短路、斷路故障，插頭也會(huì)因安裝松動(dòng)出現(xiàn)虛接故障。速度信號(hào)的傳輸使用的是調(diào)制好的頻率信號(hào)，受到外界干擾很容易產(chǎn)生失真。3）電子插件故障。防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子元件超出使用壽命期，造成插件程序故障。（4）線路狀態(tài)不良。動(dòng)輪踏面與鋼軌表面愈平整，機(jī)車運(yùn)行接觸點(diǎn)的振動(dòng)越小，則粘著系數(shù)就愈大。路基松軟，枕木腐朽處所，以及軌面有油垢都能引起空轉(zhuǎn)。使得輪軌間的粘著狀態(tài)被破壞，粘著系數(shù)下降，機(jī)車不能發(fā)揮最大的粘著牽引力。（5）天氣不良。天氣對(duì)粘著系數(shù)影響很大，潮濕、降霧、霜或小雨天氣時(shí)，使轉(zhuǎn)軌間粘著下降，也容易發(fā)生空轉(zhuǎn)。另外，列車運(yùn)行在上坡道區(qū)段以及通過(guò)曲線、道岔等處，都有發(fā)生空轉(zhuǎn)的可能。

2 空轉(zhuǎn)造成的危害

機(jī)車發(fā)生空轉(zhuǎn)后，會(huì)產(chǎn)生很多不良影響，甚至造成機(jī)車破損事故：

（1）空轉(zhuǎn)時(shí)，輪軌之間相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生劇烈摩擦，容易造成動(dòng)輪擦傷及擦傷鋼軌。（2）空轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速急速增加，使電刷和整流子表面產(chǎn)生強(qiáng)烈火花，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致環(huán)火燒壞電刷和整流子表面，甚至引起飛弧接地。長(zhǎng)時(shí)間空，還會(huì)造成電樞綁線甩斷。電機(jī)一旦空轉(zhuǎn)，如果不回牽引手柄，空轉(zhuǎn)就會(huì)越轉(zhuǎn)越快，以致于發(fā)生電機(jī)掃膛。同時(shí)，因輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)不規(guī)則，機(jī)車產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，容易損傷各部休機(jī)件。（3）輪對(duì)發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，使該輪對(duì)上的牽引電機(jī)喪失牽引力矩，使其它電機(jī)的負(fù)載增加，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，引起其它輪對(duì)也發(fā)生空轉(zhuǎn)，從而降低了運(yùn)行速度，造成運(yùn)緩?？辙D(zhuǎn)發(fā)生在上坡道時(shí)，還可能造成坡停事故。（4）影響列車的運(yùn)行秩序，造成LKJ車位錯(cuò)誤，更有甚者給列車追尾沖突埋下隱患。endprint

3 預(yù)防空轉(zhuǎn)的措施

近年來(lái)隨著牽引技術(shù)的發(fā)展，機(jī)車功率不斷加大，以及牽引電動(dòng)機(jī)制造水平的日益提高，粘著能力越來(lái)越不能滿足牽引力正常發(fā)揮的要求，尤其是在低速和中速運(yùn)行時(shí)，粘著問(wèn)題已成為限制牽引力、制動(dòng)力發(fā)揮的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，除了理論上對(duì)輪軌間的粘著進(jìn)行探討研究外，還要在實(shí)際運(yùn)用中掌握機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)的規(guī)律，采取預(yù)防措施，以提高粘著系數(shù)，并使粘著質(zhì)量充分被利用。

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)新機(jī)車時(shí)，應(yīng)合理選擇機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)的布置方式，降低牽引點(diǎn)的高度，減少簧下重量以減少軸重轉(zhuǎn)移，提高粘著質(zhì)量的利用率，和諧機(jī)車具有準(zhǔn)恒速及軸重轉(zhuǎn)移控制功能，機(jī)車在發(fā)生空轉(zhuǎn)后，機(jī)車將會(huì)根據(jù)列車運(yùn)行速度、牽引力自動(dòng)尋找粘著點(diǎn)并逐步增加牽引力。發(fā)生空轉(zhuǎn)后機(jī)車根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，采取主動(dòng)撒砂抑制動(dòng)輪空轉(zhuǎn)。

3.2 提高機(jī)車走行部質(zhì)量

使機(jī)車經(jīng)常處于良好的技術(shù)狀態(tài)，盡可能使所有的動(dòng)輪具有相同的輪徑；保持彈簧裝置的良好狀態(tài)，使各動(dòng)軸具有均衡的荷重。保持機(jī)車走行部的清潔，特別是注意調(diào)整好輪緣噴油器的噴頭角度，以防止將油噴到動(dòng)輪踏面與鋼軌上。機(jī)車出段前應(yīng)認(rèn)真檢查砂質(zhì)狀態(tài)，砂量應(yīng)充足，撒砂裝置機(jī)能應(yīng)良好。

3.3 安裝空轉(zhuǎn)保護(hù)裝置（或者防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)）

在新型機(jī)車上，裝有防空轉(zhuǎn)自動(dòng)檢測(cè)保護(hù)裝置和防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使機(jī)車在空轉(zhuǎn)剛剛發(fā)生時(shí)，就能檢測(cè)出來(lái)，并能自動(dòng)采取措施消除空轉(zhuǎn)，以保證機(jī)車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)判斷機(jī)車產(chǎn)生空轉(zhuǎn)時(shí)，將輸出空轉(zhuǎn)信號(hào)給司機(jī)室空轉(zhuǎn)指示燈，提示司機(jī)減小牽引電機(jī)電流。同時(shí)，空轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)在自動(dòng)削減電機(jī)電流的同時(shí)，還會(huì)輸出撒砂信號(hào)給機(jī)車撒砂系統(tǒng)，通過(guò)撒砂增加機(jī)車粘著，抑制空轉(zhuǎn)。

3.4 精心操縱列車，防止空轉(zhuǎn)發(fā)生

掌握發(fā)生空轉(zhuǎn)的規(guī)律性，是防止空轉(zhuǎn)的首要條件，司機(jī)對(duì)易發(fā)生空轉(zhuǎn)的地段，一定要做到心中有數(shù)，要根據(jù)當(dāng)時(shí)所處的具體情況，采取撒砂等相應(yīng)的措施。

（1）機(jī)車乘務(wù)員在運(yùn)行途中要精心操縱列車，做好預(yù)想預(yù)防。機(jī)車乘務(wù)員在庫(kù)內(nèi)接車時(shí)須檢查機(jī)車撒砂裝置作用良好。起車時(shí)，應(yīng)提前適量撒砂，以提高輪軌間粘著條件的限制。掛車前適當(dāng)撒砂，列車起動(dòng)前適當(dāng)壓縮車鉤。在易發(fā)生空轉(zhuǎn)的地點(diǎn)做預(yù)防性撒砂，幫助電機(jī)恢復(fù)正常牽引力。不可盲目退手柄、降低牽引力，造成空轉(zhuǎn)加劇。（2）根據(jù)具體的情況，采用不同的撒砂方法。撒砂的目的是為了增加輪軌間的粘著系數(shù)，從而提高粘著力，防止空轉(zhuǎn)發(fā)生。撒砂的方法有“點(diǎn)式”和“線式”兩種，無(wú)論采用哪一種方法，都應(yīng)注意當(dāng)空轉(zhuǎn)已經(jīng)發(fā)生時(shí)，嚴(yán)禁撒砂，以及防轉(zhuǎn)軌間突然增加摩擦阻力而使機(jī)械走行部受到損壞和加速鋼軌及踏面磨耗，發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)先降低調(diào)速手柄級(jí)位，以降低牽引力，待空轉(zhuǎn)停止后，及時(shí)撒砂，然后再提高調(diào)速手柄的運(yùn)行級(jí)位。遇列車在接近上坡道的車站停車后，要認(rèn)真檢查機(jī)車撒砂裝置，站內(nèi)起動(dòng)列車時(shí)要發(fā)揮機(jī)車最大粘著牽引力，充分利用站內(nèi)有利地形提高列車運(yùn)行速度。待全列出站后，再根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整調(diào)速手柄位置，充分發(fā)揮機(jī)車最大牽引力，注意撒砂、防止空轉(zhuǎn)，做到起車穩(wěn)，加速快。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)問(wèn)題，對(duì)造成機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)原因進(jìn)行了深入的研究分析，并對(duì)機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)造成的危害展開(kāi)了描述，提出了空轉(zhuǎn)預(yù)防措施。對(duì)于防止運(yùn)行中機(jī)車動(dòng)輪空轉(zhuǎn)有一定的指導(dǎo)作用。

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