关于提高SS4型电力机车轮轨间粘着的安全分析

关于提高SS4型电力机车轮轨间粘着的安全分析

摘要：本文通过对SS4型电力机车粘着牵引力的计算，分析目前神朔线SS4改型机车遇天气不良在长大上坡道运行存在粘着不足问题，并制定出相应的解决办法，并通过实际应用进行验证。

关键词：电力机车；空转；轮轨；粘着牵引力；措施

1、概述

随着铁路高速化重载化的发展，机车轮轨间的粘着成为一个重要的研究课题，机车无论是牵引或制动都是通过车轮与钢轨间的粘着来实现的，当机车粘着力不

足时车轮产生空转或滑行，机车空转时轮对踏面与轨面发生剧烈摩擦，造成轮箍

松弛或擦伤钢轨。此时牵引电机转速急剧增加，严重时会造成整流子表面烧坏，

如长时间高速转动会造成牵引电机电枢绕组绑线断损事故，同时因轮对转动不规则，机车强烈震动造成机件损伤。空转的轮对牵引电机几乎丧失牵引力矩，其它

电机负载增加发生多轴空转，不但不能加速，反而容易造成机故救援事故。

2、轮轨粘着分析

2.1粘着系数分析

有关轮轨粘着的试验研究，我国铁路开展的还不多，国外铁路作了大量的工作，例如国际铁路联盟（UIC）的试验研究局（ORE）在专门的B44粘着委员会的

组织下，在20世纪60-70年代连续进行了长期的粘着课题研究，写出了一系列的技术报告，报告中分析了机车速度、轴重、轮径、驱动方式、轴重转移以及轨道

特征、状态、气候条件、污染等对粘着系数的影响程度。很多经验结果是值得我

们借鉴的。

（1）机车粘着性能的线路实验表明，轮轨间的实际粘着系可以在很宽广的范围内变化，由0.18-0.59，上限是下限的三倍之多。

（2）B44粘着委员会的试验还指出，气候条件对粘着系数有较大的影响，最

不利的粘着状态是在线路稍微潮湿时，如雾、细雨或露水等。

①机车运行中遇天气不良，下小雨会造成钢轨表面的粘着系数下降，比值

0.36降至0.12，造成机车的粘着力下降，易发生轮对空转；遇大雨真正的对机车

的粘着系数影响反而不大；

②秋冬季节、轨面有霜露会造成机车粘着力下降，一般发生在机车起车或速

度过低的大电流情况下，对机车影响的较为严重。

③因施工或钢轨维修检测、还有机车轮缘喷油器的角度不正或喷洒量过大而

喷在踏面上造成机车的轮轨间的粘着系数下降，一般粘着系数会下降到0.15，甚

至更低；

④又如轨面上覆盖树叶，会造成低粘着系数，如0.11-0.12左右。因落叶中

含有油脂，若再受到大气中潮气或下雨的影响，粘着系数可低至0.06-0.07，这样

的线路在秋天会使机车空转而发生运行故障。

2.2 SS4机车粘着系数分析

列车在运行中承受各种不同方向和大小的力。列车牵引计算只考虑与列车运

行方向相平行的力：①机车牵引力F，它的方向与列车运行方向相同（正值），

牵引列车前进；②列车阻力W，它的方向与列车运行方向相反（负值），阻止

列车前进；③列车制动力B，它的方向与列车运行方向相反（负值），使列车降

低运行速度、停止运动或作匀速运动。这些正负的力可以互相抵消，各种力的代

数和称为合力C，即：C＝F－W－B

在实际计算中通常采用作用于列车平均单位重量上的合力，称为单位合力C：式中P为机车计算重量；G为牵引的车辆总重；f为机车单位牵引力；为列车单

位阻力；b为列车单位制动力。

在不同的工况下，这三种力作用于列车有不同的组合方式：①牵引运行时机

车牵引力和列车阻力并存，其合力为：C=F－W；②惰力运行时只有列车阻力，

其合力为：C= －W；③制动运行时列车阻力和列车制动力并存，其合力为：C=

－（B+W）。不论在何种工况下，合力大于零叫作加速力，会提高列车的运行速度；合力小于零叫作减速力，会降低列车的运行速度；合力等于零，会保持列车

的匀速运行。在列车合力等于零（机车牵引力等于列车阻力）的条件下，可按下

式求得机车在不同线路坡度上的牵引重量G，单位为t。

机车正常运行时，无论是起动还是在持续工况下机车牵引力都大于粘着牵引力，但是在天气不良的情况，轮轨间粘着系数急剧下降，粘着牵引力随之下降，

当机车牵引力大于粘着力时，将会造成机车空转或滑行。

牵引力的分类：牵引力分为牵引电机牵引力及粘着牵引力，机车粘着牵引力

的计算：

粘着牵引力---受轮轨粘着牵引力限制允许机车发挥的最大牵引力

Fμ=Pμ×g×μϳ

Fμ—计算黏着牵引力KN ；

Pμ—机车粘着质量 t；

g—重力加速度（9.81m/s2）；

μϳ—计算粘着系数。

国产电力机车计算黏着系数µj的计算式（即SS4型电力机车）：

通过上述表格数据不难看出机车不论是起动还是在持续工况下机车牵引力都

大于粘着牵引力，但是在天气不良的情况，粘着系数急剧下降，粘着牵引力随之

下降，列车就可能会出现大坡道区停，区停起不了车甚至打伤钢轨的现象。

3 案列分析

神朔铁路机务段共有SS4改型电力机车96台，SS4B电力机车104台，交流

机车78台，SS4改型电力机车占到机车总台数的35%，伴随着神朔运量的逐年攀升，牵引定数也随之增加，近年来因空转引发的次生问题在SS4改型机车上较为

突出，特别是天气不良的情况尤为明显。

3.1长大上坡道天气不良起车失败救援案例

2011年4月18日，SS4Gxxxx机车司机xxxx，学习司机xxxx，重联SS4Gxxxx

机车司机xxxx，学习司机xxxx，担当xxxx次牵引任务，总重5676吨，计长85.2，辆数66辆，运行至xxxx间，因机车空转严重，被迫停车于xxxx米处，停车后两

次起车失败，请求救援，共堵塞区间正线2小时8分钟。

3.2起车失败的各种因素分析

客观原因是列车运行的区段为12‰的上坡道，当时天气降雨，起车两次，起

车过程中本务机车电流最高达到850A时，机车就发生空转，无法加大电流，重

联机车电流最高为900A，最长等待时间15分钟，但车仍未起动。

通过上述案例的分析，不难看出有两方面的原因造成列车请求救援：一是天

气不良时列车自重增加15%左右（敞车考虑雨、雪等因素造成的载重取标记载重

的1.15倍）；二是天气不良，轮轨附着润滑层，机车轮轨间的粘着系数降低，粘

着牵引力不足造成起车失败，由此可见如何提高天气不良粘着系数己成为我段急

待解决的问题。

可知雨天起车时电力机车黏着系数μϳ=0.12，故起车时的黏着牵引力