交直型电力机车全天候黏着控制系统
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［６】
ｏ
将校正型防空转系统改成基于蠕滑控制原理 的黏着控制系统后，雨雪天起动列车时，机车在司 乘人员人工撒砂情况下直线轨面手柄可像晴天一 样给到最大级位，单台ＳＳ。型电力机车理论上可在 曲线半径大于３００Ⅲ，１２‰坡道上顺利平稳挺钩起 动２ ８００ ｔ列车：ＳＳ，。固定重联机车理论上则可在曲 线半径大于３００ ｍ，１２‰坡道上顺利平稳挺钩起动 ５ ０００ ｔ列车。系统还能有效防止包括缓慢发展的空 转与滑行，对ｄ∥ｄｔ、ｄ俨／ｄｔ２的有效处理及快速响 应能有效防止轮轨擦伤。 ３．２实验结果
为了检验全天候黏着控制系统的实际效果，充 分利用现有线路条件，２００６年１０月１４日一２００７年１１ 月１０日，在成都铁路局管内的沪昆线湘黔段、成昆 线、宝成线高坡困难区段进行对比性牵引试验。试 验采用同一台机车、同样喷水、同一列货车、同一 地点。既有系统起动后，立即返回，在原地再次用 新系统起动，以获得尽量真实的对比数据，牵引力曲 线对比如图４、图５所示。在沪昆线湘黔段贵阳南一大 土，成昆线联合乡一新凉、普雄一上普雄，宝成南线 江油一老坪坝、马角坝一斑竹园，分别做一台ＳＳ。及二
万方数据
中国铁路ｃＨＩＮＥｓＥ ＲＡｌＬｗＡＹｓ ２００８／１ ２
１
交直型电力机车全天候黏着控制系统张国力
轮一轮对获得驱动扭矩怛Ｊ。牵引力的大小随着作用在动
轮上驱动扭矩的大小而改变，由司机改变主控制手柄
来实现。但牵引力的大小不能无限制增大，当其超过
黏着力的极限值时，轮轨之间的黏着被破坏，使动轮
在钢轨上滑动，造成动轮空转。因此，机车牵引力最
图４原系统贵阳甫—谷立，谷立一大土牵引力曲线
图５新系统贵阳南—谷立．谷立—大土牵引力曲线 台ＳＳ，重联的对比试验，牵引质量分别比现行运用值提
高５％，即１００～２００ ｔ，效果显著。既有系统绝大部份无 法起动，偶有能起动但发生大空转，甚至发生电机过 流跳主断现象。而新系统均一次顺利起动，电机平均 电流明显增大，而试验车测得牵引力也同样增加。其 中试验最为困难的区间是宝成南线江油一老坪坝、马 角坝一斑竹园，下行２ ８００ ｔ，上行２ ６００ ｔ均为闯坡通 过，既有系统根本不能进行雨雪天坡停起动，而新系 统上、下行均能进行２ ８００ ｔ坡停起动。
２控制系统原理
交直型电力机车全天候黏着控制系统的主要功能 分为防空转、防滑行速度测量和黏着控制两大部分。 速度测量包括机车真实速度和轮对线速度测量，其中 机车真实速度采用机车速度传感器与加速度计算法相 补充获得。防空转、防滑行控制部分的主要功能是对 速度信号进行处理，当达到空转、滑行整定值时，对 电流指令信号进行快速校正及记忆，并增加智能撒 砂、空转显示及自动制动阀缓解等附属功能，同时还 提供机车速度的恒压、恒流输出。黏着控制让两个转 向架在不同的轨面状态自行寻找最优的黏着值。
∥。。系统兼顾所有，相互弥补制约，加强稳定性处 理，不追求极限值，留有裕量，使之适合大小雨量气 候变化，以达到经济实用的目的。
３实施方案
３．１结构及主要性能 系统采用Ｔ Ｉ公司高端的定点Ｄ Ｓ Ｐ处理器
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，它是整个系统运算和控制的核心，如图
３所示。
驷四剿∞掣幽刊；热Ｈ蒌岛ｚ踮
牵引———————＿１ 制动
４结束语
改进后防空转系统与原有防空转系统对比试验可 以看出，加装新系统后，成都铁路局管内困难线路可 从装备上解决雨雪天坡停现象，带来可观的社会及经 济效益。
【２】王伯铭．高速动车组总体及转向架［Ｍ】．成都：西南 交通大学出版衽，２００８
【５】郑树选．８Ｋ型电力机车【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，
１ ９９４
空转，如图１所示。机车只要在牵引力最大值左侧方
框运行，就不会出
现空转，越趋近最
大值，获得的平均
牵引力就越大。然
而，轮轨黏着系数
决定因素多，随机
性大，并且随着路
况不同，黏着系数 也会随之变化，主
图１ 牵引力与蠕滑速度关系曲线
要表现在： （１）制动工况比牵引工况约小２０％； （２）
弯道比直线小，超高轴重不同，轮缘的接触面也不
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｉ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＩｎｔｅＩＩｉｇｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，
成都铁路局现有电力机车８５５台，以Ｓｓ。型电力机车 为主。雨雪天机车牵引力发挥很不理想，极端气候条
当机车在钢轨上使车轮和钢轨成为有压力接触 时，就产生车轮作用于钢轨的、可以控制的力。该力 所引起的钢轨作用于车轮的反作用力就是使机车发生 平移运动的外力，这种由钢轨沿机车运行方向加于动 轮轮周上的切向外力的合力称为轮周牵引力，简称机 车牵引力，这是机车前进的唯一外力…。电力机车牵 引力的产生过程基本按照如下线路进行：接触网电能 一受电弓一变压器一传动装置一牵引电动机一牵引齿
篓烈雾雾 ｌ串口Ｉ
ｒ－１
ｌ
ｌ一
图２不同路况时的蠕滑特性曲线 黏着控制有多种方法，目前国际通行的主要有两 大类： （１）蠕滑速度法（分直接法和间接法），其关 键是取得蠕滑速度，美国ＧＭ公司与德国西门子合作的 交直交机车曾采用多普勒雷达测量机车的实际速度， 精度要求高于５‰，但是在具体运用时均有较大的技术 难度，且成本昂贵； （２）黏着斜率法（分相位移法和
４
交直型电力机车全天候黏着控制系统张国力
果司机根据线路弯道情况预先人为调整给定，牵引力 发挥则更加稳定。
试验结果表明：雨雪天牵引力提高的数值已大 于１２‰坡道、２ ８００ ｔ的坡道阻力与运行阻力之和，因 此，不仅坡道运行时不会减速，而且可以坡停起动、 加速；既有系统则与上述情况相反，在高坡区段雨雪 天运行非常困难。
结构、轮箍和钢轨的材质、表面状态及车速等因素有
关。大量分析和试验结果表明，只有当机车轮对在蠕
滑状态的时候，机车才能产生有效的黏着力，随着蠕
滑速率的加大，黏着系数也逐渐提高，能够产生的牵
引力也逐渐增大。以干燥轨面为例，当蠕滑速率达到
某一定值时，黏着力呈最大值，超越这个最大值后黏 着系数会突然降低甚至呈负阻特性，此时，轮对发生
件下经常发生坡停、运缓等事故。频繁坡停扰乱了铁 路运输的正常秩序，严重危及铁路行车安全。坡停引 起正线运输中断导致的经济损失为几十万元至上百万 元，如果再引发救援、列车溜逸等二次事故，损失无 法估量。
１现状及主要问题
我 国是一个典型的多山国家，７５％左右的国土是 山区或丘陵地带。以西南铁路为例，成都铁 路局管辖的四川、贵州、重庆两省一市铁路营业里程 ５ １７２ ｋⅢ，线路曲线多、坡度大、半径小，自然灾害频 发，救援不便。复杂的地形及气候使铁路线路条件非常 恶劣，安全提速是必须研究和解决的一个重要课题。
万方数据
中国铁路ｃＨＩＮＥＳＥ ＲＡＩＬｗＡＹＳ ２００８／１２
３
交直型电力机车全天候黏着控制系统张国力
此外，系统具有速度传感器故障诊断功能， 可以自动切除和记忆故障的速度传感器，采用非易 失性ＲＡＭ作为数据断电保护。系统还具备２ ０００次空 转或滑行的记忆存贮功能，包括时间、地点、空转 滑行程度、持续时间、电机电流及车速等数据，可 供下载分析，有利于故障及轮对擦伤等事故的分析
大值不能超过机车各动轮与钢轨间黏着力最大值的总
和，即
ｋ＝∑‘≤ｌ ０００∥Ｊ，可，．一
（１）
式中：‰＝∑ｋ，为机车动轮最大轮轴牵引力（Ｎ）；Ｆ，．。
为机车黏着牵引力（Ｎ）；∥。为机车最大物理黏着系
数；Ｐ。为机车黏着重量（ｋＮ）。 黏着系数是表征轮轨黏着状态好坏的重要参数，
它与车轮荷重、线路刚度、机车传动装置和走行部的
既有系统雨雪天坡停起动电流给定一般不能大于 ５５０～６００ Ａ，否则空转不停，很易发生大空转事故，机 务段均规定严禁雨雪天高坡强行起车；新系统则挺钩 起动，电流给定可达６５０～７３０ Ａ，各架电流根据黏着情 况自动调节，全车电流及牵引力平均值明显增加，如
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交直型电力机车全天候黏着控制系统 张国力
系统实时检测各轮对黏着状态，并力求接近又不 超过∥。，关键就是发现∥。。按照２０世纪７０年代末 美国ＧＭ公司牵引动力部所发表由大量试验数据整理出 的机车蠕滑率特性［５１（所示曲线较为经典并被大量引 用），如图２所示；中低速时，干燥轨面的黏着特性有 明显的峰值；当水平坐标的蠕滑速度到达一定值后，
摘要：针对我国现有交直型电力机车大部分采用校 正型防空转、防滑行系统的固有缺陷，采用实验和分 析相结合的方法，对大量线路实测数据进行分析，参 考国内外最新的研究成果，提出对既有交直型电力机 车防空转、防滑行系统黏着控制改造方案，分析改造 后对山区铁路运输组织的影响，为山区铁路的安全提 速提出建议。 关键词：铁路运输；电力机车；蠕滑控制；山区铁路
于蠕滑特性的随机性和离散性很大，黏着系数是大量 数据的统计值，并非是条固定的稳定曲线，微分运算 对噪声的放大作用、牵引电机电流的脉动、Ａ／Ｄ采样 的固有误差等，使∥。；测量难以得到快速又稳定的数 值，而且潮湿轨面的黏着特性曲线平坦，撒砂后数值 跳变很大。为此，改善雨雪天的黏着特பைடு நூலகம்以获取较大
有效黏着系数也随之上升（纵坐标），而黏着系数上升 到最大值后，突然向下急降呈不稳定的负阻特性。黏 着系统控制的理想结果就是轮对黏着状态始终是蠕滑 系数接近而又不超越∥。。。值。校正型防空转系统控制 原理便是任其超越∥。后再迅速拉回，然后再缓慢地 由低向高恢复。
【４】刘友梅．韶山型４０００系电力机车【Ｍ】．北京：中国铁 道出版社，Ｉ ９９６
【５】Ｔ Ｇａｄｊａｒ，ｌ Ｒｕｄａｓ，Ｙ ｓｕｄａ．Ｎｅｕ卜ａＩ舱ｔｗｏｒｋ ｂａｓｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｉｃｔｊｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅｅＩ ａｎｄ ｒａ¨［Ｊ１． １ ９ ９ ７眶ＥＥ
同，采用Ｃｏ—ｃｏ转向架的ＳＳ。机车通过弯道时横向分力
大，曲率半御＝３００ ｍ时比直线纵向牵引力要小２０％以
上； （３）潮湿轨面比相同干燥轨面的平均黏着系数约
小１／３。
上述客观原因导致山区铁路机车雨雪天容易发生
空转和牵引力发挥不理想。目前大部分国产交直型电
力机车均采用校正型防空转、防滑行系统，系统不检 测黏着最大值，电机电流随着控制手柄给定增大而增 大（牵引力也随之增大），一旦超过黏着最大值，由速 度差△Ｉ，、加速度ｄ∥ｄ￡、以及ｄ旷／ｄｔ２判断有无轮对发 生或将要发生空转，便快速深度削减整定电流给定， 进行防空转校正，把电机电流控制到最低值，待空转 抑制后，再快升，然后缓慢恢复以寻找下一个黏着最 大值。当雨雪天给定电流稍大时，会造成整定电流每 ３～５ ｓ便大幅波动一次（对于ＳＳ，机车能引起ｌ／２牵引 力的波动）。由于雨雪天黏着特性呈平坦状态，若给 定电流较大时，各轮对缓慢空转，加速度很小，达不 到既有防空转、防滑行系统的整定值，各轮对△ｙ也很 小，结果防空转系统失效，直到整车发生大的空转才 可能被司乘人员发觉，对钢轨、机车轮箍、电机危害 很大。这就是所有国产交直电力机车以及进口８Ｋ型电 力机车防空转、防滑行系统固有的缺陷¨‘４。。
（２）
比２Ｋ一％
（３）
式中：口为黏着系数：ｙ。为蠕滑速度；ｋ为车轮线速 度；％为车体速度。
按参数方程求导方法，黏着特性的斜率厂为：
厂＝ｄ户／ｄ屹＝（ｄ芦／ｄｔ）／（ｄ屹／ｄｔ）＝ａ：Ⅳ／ａ屹
（４）
当∥接近最大值时，厂应为Ｏ。实际计算发现，由
时积分求得机车计算速度，同速度传感器校正后得到 机车车体真实速度、传感器速度差等黏着控制输入参 量，然后采用蠕滑控制模式进行减载量的计算，以及 空转校正后的电机转速和电流值输出。若发现机车某 轴黏着系数接近最大值，则阻止电机转矩上升或稍降 其电流给定，只有轨面黏着突然大幅下降使之超越最 大值时，才进行一次快速深度削减电流的处理。以整 车的速度信号为基础，还处理空转、撒砂、滑行保护 等开关信号，经电子柜输入输出插件继电器输出。
定冀鋈＝霾同ｄ圳竖竺—悃也
图３交直电力机车全天候黏着控制系统硬件框图 ４个轴的转速脉冲信号经整形送入ＤＳＰ处理器，在 ＤＳＰ内转换成相应的数字量，机车惰行时，自动进行轮 径校准并记忆。ＤＳＰ同时采集机车加速度，并进行短
黏着因数导数法），就黏着特性而言，∥一左边是单
调上升曲线，其坐标分别为
∥＝∥（ｆ）
ｏ
将校正型防空转系统改成基于蠕滑控制原理 的黏着控制系统后，雨雪天起动列车时，机车在司 乘人员人工撒砂情况下直线轨面手柄可像晴天一 样给到最大级位，单台ＳＳ。型电力机车理论上可在 曲线半径大于３００Ⅲ，１２‰坡道上顺利平稳挺钩起 动２ ８００ ｔ列车：ＳＳ，。固定重联机车理论上则可在曲 线半径大于３００ ｍ，１２‰坡道上顺利平稳挺钩起动 ５ ０００ ｔ列车。系统还能有效防止包括缓慢发展的空 转与滑行，对ｄ∥ｄｔ、ｄ俨／ｄｔ２的有效处理及快速响 应能有效防止轮轨擦伤。 ３．２实验结果
为了检验全天候黏着控制系统的实际效果，充 分利用现有线路条件，２００６年１０月１４日一２００７年１１ 月１０日，在成都铁路局管内的沪昆线湘黔段、成昆 线、宝成线高坡困难区段进行对比性牵引试验。试 验采用同一台机车、同样喷水、同一列货车、同一 地点。既有系统起动后，立即返回，在原地再次用 新系统起动，以获得尽量真实的对比数据，牵引力曲 线对比如图４、图５所示。在沪昆线湘黔段贵阳南一大 土，成昆线联合乡一新凉、普雄一上普雄，宝成南线 江油一老坪坝、马角坝一斑竹园，分别做一台ＳＳ。及二
万方数据
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交直型电力机车全天候黏着控制系统张国力
轮一轮对获得驱动扭矩怛Ｊ。牵引力的大小随着作用在动
轮上驱动扭矩的大小而改变，由司机改变主控制手柄
来实现。但牵引力的大小不能无限制增大，当其超过
黏着力的极限值时，轮轨之间的黏着被破坏，使动轮
在钢轨上滑动，造成动轮空转。因此，机车牵引力最
图４原系统贵阳甫—谷立，谷立一大土牵引力曲线
图５新系统贵阳南—谷立．谷立—大土牵引力曲线 台ＳＳ，重联的对比试验，牵引质量分别比现行运用值提
高５％，即１００～２００ ｔ，效果显著。既有系统绝大部份无 法起动，偶有能起动但发生大空转，甚至发生电机过 流跳主断现象。而新系统均一次顺利起动，电机平均 电流明显增大，而试验车测得牵引力也同样增加。其 中试验最为困难的区间是宝成南线江油一老坪坝、马 角坝一斑竹园，下行２ ８００ ｔ，上行２ ６００ ｔ均为闯坡通 过，既有系统根本不能进行雨雪天坡停起动，而新系 统上、下行均能进行２ ８００ ｔ坡停起动。
２控制系统原理
交直型电力机车全天候黏着控制系统的主要功能 分为防空转、防滑行速度测量和黏着控制两大部分。 速度测量包括机车真实速度和轮对线速度测量，其中 机车真实速度采用机车速度传感器与加速度计算法相 补充获得。防空转、防滑行控制部分的主要功能是对 速度信号进行处理，当达到空转、滑行整定值时，对 电流指令信号进行快速校正及记忆，并增加智能撒 砂、空转显示及自动制动阀缓解等附属功能，同时还 提供机车速度的恒压、恒流输出。黏着控制让两个转 向架在不同的轨面状态自行寻找最优的黏着值。
∥。。系统兼顾所有，相互弥补制约，加强稳定性处 理，不追求极限值，留有裕量，使之适合大小雨量气 候变化，以达到经济实用的目的。
３实施方案
３．１结构及主要性能 系统采用Ｔ Ｉ公司高端的定点Ｄ Ｓ Ｐ处理器
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，它是整个系统运算和控制的核心，如图
３所示。
驷四剿∞掣幽刊；热Ｈ蒌岛ｚ踮
牵引———————＿１ 制动
４结束语
改进后防空转系统与原有防空转系统对比试验可 以看出，加装新系统后，成都铁路局管内困难线路可 从装备上解决雨雪天坡停现象，带来可观的社会及经 济效益。
【２】王伯铭．高速动车组总体及转向架［Ｍ】．成都：西南 交通大学出版衽，２００８
【５】郑树选．８Ｋ型电力机车【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，
１ ９９４
空转，如图１所示。机车只要在牵引力最大值左侧方
框运行，就不会出
现空转，越趋近最
大值，获得的平均
牵引力就越大。然
而，轮轨黏着系数
决定因素多，随机
性大，并且随着路
况不同，黏着系数 也会随之变化，主
图１ 牵引力与蠕滑速度关系曲线
要表现在： （１）制动工况比牵引工况约小２０％； （２）
弯道比直线小，超高轴重不同，轮缘的接触面也不
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｉ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＩｎｔｅＩＩｉｇｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，
成都铁路局现有电力机车８５５台，以Ｓｓ。型电力机车 为主。雨雪天机车牵引力发挥很不理想，极端气候条
当机车在钢轨上使车轮和钢轨成为有压力接触 时，就产生车轮作用于钢轨的、可以控制的力。该力 所引起的钢轨作用于车轮的反作用力就是使机车发生 平移运动的外力，这种由钢轨沿机车运行方向加于动 轮轮周上的切向外力的合力称为轮周牵引力，简称机 车牵引力，这是机车前进的唯一外力…。电力机车牵 引力的产生过程基本按照如下线路进行：接触网电能 一受电弓一变压器一传动装置一牵引电动机一牵引齿
篓烈雾雾 ｌ串口Ｉ
ｒ－１
ｌ
ｌ一
图２不同路况时的蠕滑特性曲线 黏着控制有多种方法，目前国际通行的主要有两 大类： （１）蠕滑速度法（分直接法和间接法），其关 键是取得蠕滑速度，美国ＧＭ公司与德国西门子合作的 交直交机车曾采用多普勒雷达测量机车的实际速度， 精度要求高于５‰，但是在具体运用时均有较大的技术 难度，且成本昂贵； （２）黏着斜率法（分相位移法和
４
交直型电力机车全天候黏着控制系统张国力
果司机根据线路弯道情况预先人为调整给定，牵引力 发挥则更加稳定。
试验结果表明：雨雪天牵引力提高的数值已大 于１２‰坡道、２ ８００ ｔ的坡道阻力与运行阻力之和，因 此，不仅坡道运行时不会减速，而且可以坡停起动、 加速；既有系统则与上述情况相反，在高坡区段雨雪 天运行非常困难。
结构、轮箍和钢轨的材质、表面状态及车速等因素有
关。大量分析和试验结果表明，只有当机车轮对在蠕
滑状态的时候，机车才能产生有效的黏着力，随着蠕
滑速率的加大，黏着系数也逐渐提高，能够产生的牵
引力也逐渐增大。以干燥轨面为例，当蠕滑速率达到
某一定值时，黏着力呈最大值，超越这个最大值后黏 着系数会突然降低甚至呈负阻特性，此时，轮对发生
件下经常发生坡停、运缓等事故。频繁坡停扰乱了铁 路运输的正常秩序，严重危及铁路行车安全。坡停引 起正线运输中断导致的经济损失为几十万元至上百万 元，如果再引发救援、列车溜逸等二次事故，损失无 法估量。
１现状及主要问题
我 国是一个典型的多山国家，７５％左右的国土是 山区或丘陵地带。以西南铁路为例，成都铁 路局管辖的四川、贵州、重庆两省一市铁路营业里程 ５ １７２ ｋⅢ，线路曲线多、坡度大、半径小，自然灾害频 发，救援不便。复杂的地形及气候使铁路线路条件非常 恶劣，安全提速是必须研究和解决的一个重要课题。
万方数据
中国铁路ｃＨＩＮＥＳＥ ＲＡＩＬｗＡＹＳ ２００８／１２
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交直型电力机车全天候黏着控制系统张国力
此外，系统具有速度传感器故障诊断功能， 可以自动切除和记忆故障的速度传感器，采用非易 失性ＲＡＭ作为数据断电保护。系统还具备２ ０００次空 转或滑行的记忆存贮功能，包括时间、地点、空转 滑行程度、持续时间、电机电流及车速等数据，可 供下载分析，有利于故障及轮对擦伤等事故的分析
大值不能超过机车各动轮与钢轨间黏着力最大值的总
和，即
ｋ＝∑‘≤ｌ ０００∥Ｊ，可，．一
（１）
式中：‰＝∑ｋ，为机车动轮最大轮轴牵引力（Ｎ）；Ｆ，．。
为机车黏着牵引力（Ｎ）；∥。为机车最大物理黏着系
数；Ｐ。为机车黏着重量（ｋＮ）。 黏着系数是表征轮轨黏着状态好坏的重要参数，
它与车轮荷重、线路刚度、机车传动装置和走行部的
既有系统雨雪天坡停起动电流给定一般不能大于 ５５０～６００ Ａ，否则空转不停，很易发生大空转事故，机 务段均规定严禁雨雪天高坡强行起车；新系统则挺钩 起动，电流给定可达６５０～７３０ Ａ，各架电流根据黏着情 况自动调节，全车电流及牵引力平均值明显增加，如
万方数据
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万方数据
中国铁路ＣＨｌＮＥｓＥ ＲＡｌＬｗＡＹｓ ２００８／１２
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交直型电力机车全天候黏着控制系统 张国力
系统实时检测各轮对黏着状态，并力求接近又不 超过∥。，关键就是发现∥。。按照２０世纪７０年代末 美国ＧＭ公司牵引动力部所发表由大量试验数据整理出 的机车蠕滑率特性［５１（所示曲线较为经典并被大量引 用），如图２所示；中低速时，干燥轨面的黏着特性有 明显的峰值；当水平坐标的蠕滑速度到达一定值后，
摘要：针对我国现有交直型电力机车大部分采用校 正型防空转、防滑行系统的固有缺陷，采用实验和分 析相结合的方法，对大量线路实测数据进行分析，参 考国内外最新的研究成果，提出对既有交直型电力机 车防空转、防滑行系统黏着控制改造方案，分析改造 后对山区铁路运输组织的影响，为山区铁路的安全提 速提出建议。 关键词：铁路运输；电力机车；蠕滑控制；山区铁路
于蠕滑特性的随机性和离散性很大，黏着系数是大量 数据的统计值，并非是条固定的稳定曲线，微分运算 对噪声的放大作用、牵引电机电流的脉动、Ａ／Ｄ采样 的固有误差等，使∥。；测量难以得到快速又稳定的数 值，而且潮湿轨面的黏着特性曲线平坦，撒砂后数值 跳变很大。为此，改善雨雪天的黏着特பைடு நூலகம்以获取较大
有效黏着系数也随之上升（纵坐标），而黏着系数上升 到最大值后，突然向下急降呈不稳定的负阻特性。黏 着系统控制的理想结果就是轮对黏着状态始终是蠕滑 系数接近而又不超越∥。。。值。校正型防空转系统控制 原理便是任其超越∥。后再迅速拉回，然后再缓慢地 由低向高恢复。
【４】刘友梅．韶山型４０００系电力机车【Ｍ】．北京：中国铁 道出版社，Ｉ ９９６
【５】Ｔ Ｇａｄｊａｒ，ｌ Ｒｕｄａｓ，Ｙ ｓｕｄａ．Ｎｅｕ卜ａＩ舱ｔｗｏｒｋ ｂａｓｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｉｃｔｊｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｗｈｅｅＩ ａｎｄ ｒａ¨［Ｊ１． １ ９ ９ ７眶ＥＥ
同，采用Ｃｏ—ｃｏ转向架的ＳＳ。机车通过弯道时横向分力
大，曲率半御＝３００ ｍ时比直线纵向牵引力要小２０％以
上； （３）潮湿轨面比相同干燥轨面的平均黏着系数约
小１／３。
上述客观原因导致山区铁路机车雨雪天容易发生
空转和牵引力发挥不理想。目前大部分国产交直型电
力机车均采用校正型防空转、防滑行系统，系统不检 测黏着最大值，电机电流随着控制手柄给定增大而增 大（牵引力也随之增大），一旦超过黏着最大值，由速 度差△Ｉ，、加速度ｄ∥ｄ￡、以及ｄ旷／ｄｔ２判断有无轮对发 生或将要发生空转，便快速深度削减整定电流给定， 进行防空转校正，把电机电流控制到最低值，待空转 抑制后，再快升，然后缓慢恢复以寻找下一个黏着最 大值。当雨雪天给定电流稍大时，会造成整定电流每 ３～５ ｓ便大幅波动一次（对于ＳＳ，机车能引起ｌ／２牵引 力的波动）。由于雨雪天黏着特性呈平坦状态，若给 定电流较大时，各轮对缓慢空转，加速度很小，达不 到既有防空转、防滑行系统的整定值，各轮对△ｙ也很 小，结果防空转系统失效，直到整车发生大的空转才 可能被司乘人员发觉，对钢轨、机车轮箍、电机危害 很大。这就是所有国产交直电力机车以及进口８Ｋ型电 力机车防空转、防滑行系统固有的缺陷¨‘４。。
（２）
比２Ｋ一％
（３）
式中：口为黏着系数：ｙ。为蠕滑速度；ｋ为车轮线速 度；％为车体速度。
按参数方程求导方法，黏着特性的斜率厂为：
厂＝ｄ户／ｄ屹＝（ｄ芦／ｄｔ）／（ｄ屹／ｄｔ）＝ａ：Ⅳ／ａ屹
（４）
当∥接近最大值时，厂应为Ｏ。实际计算发现，由
时积分求得机车计算速度，同速度传感器校正后得到 机车车体真实速度、传感器速度差等黏着控制输入参 量，然后采用蠕滑控制模式进行减载量的计算，以及 空转校正后的电机转速和电流值输出。若发现机车某 轴黏着系数接近最大值，则阻止电机转矩上升或稍降 其电流给定，只有轨面黏着突然大幅下降使之超越最 大值时，才进行一次快速深度削减电流的处理。以整 车的速度信号为基础，还处理空转、撒砂、滑行保护 等开关信号，经电子柜输入输出插件继电器输出。
定冀鋈＝霾同ｄ圳竖竺—悃也
图３交直电力机车全天候黏着控制系统硬件框图 ４个轴的转速脉冲信号经整形送入ＤＳＰ处理器，在 ＤＳＰ内转换成相应的数字量，机车惰行时，自动进行轮 径校准并记忆。ＤＳＰ同时采集机车加速度，并进行短
黏着因数导数法），就黏着特性而言，∥一左边是单
调上升曲线，其坐标分别为
∥＝∥（ｆ）