电力机车空气管路系统防寒技术

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  发表日期：20##年1月30日          【编辑录入：办公室】

防寒技术是确保机车低温工作性能的关键。过去我国电力机车主要在华北及其以南地区运用，最低使用温度一般不到一25℃，随着国产电力机车进入东北地区和乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦等国外市场，这些地区冬季严寒的气候给电力机车正常运用带来了巨大挑战。以哈尔滨地区为例，一月份平均气温为一19．6 oC，极端最低气温可达一42．6 oC。这些用户都明确要求机车应能满足一4o℃(哈萨克斯坦招标机车要求为一5O℃)低温下正常运行，而低温下电力机车空气管路系统因防寒措施不当易出现零部件性能下降、管路及阀件冻结等问题，将严重影响机车的正常运用。

1 空气管路系统防寒历程

最初国产电力机车的防寒是在既有机车的基础上进行防寒处理和改进，以满足低温运行要求，其型号主要有SS4改、SS9和SS9改。由于当时缺乏防寒经验，我们主要针对机车低温下出现的问题，逐步摸索空气管路系统防寒经验，最终使机车满足一40℃低温下正常工作要求。第一阶段的防寒从首批赴东北地区运用的SS4改型机车设计制造阶段开始实施。我们从确保部件的低温性能人手，要求全部装车产品满足一4o℃低温要求，关注的重点是压缩机、干燥器及各阀的密封橡胶件等几项关键部件。此外我们还参照西北地区电力机车的防寒经验，对空气管路系统中影响行车安全的分配阀、中继阀、管道滤尘器等几个重要阀件加包电热套，并借鉴高寒地区内燃机车用布包裹管道防寒的经验，对安装于机车底架上的钢管加包防寒保温材料。该批机车投入东北地区运用后在20##年冬季，空气管路系统出现了一些问题，经统计主要有以下几类：压缩机无法向总风缸充风；升弓管路系统工作不正常，导致机车升弓、合主断困难；干燥器工作异常，如无法正常排污或内部气流通道堵塞；少量制动机阀件冻结卡滞等。针对以上问题，我们实施了第二阶段的防寒，在原来基础上扩大电热套的应用范围，对空气管路系统几乎所有气动阀件加包电热套。考虑到蓄电池的容量，这些电热套分为两类：第一类主要对确保受电弓、主断正常工作的升弓管路系统各阀件进行加热，由机车蓄电池提供DC 110 V电源；其余电热套列为第二类，主要对风源系统和制动机系统各阀件进行电加热，由机车控制电路供电。实施以上防寒措施后，SS4改型机车低温工作性能明显提高，但SS9和SS9改型机车因其特殊的管路布置，仍存在低温下压缩机无法向总风缸充风的问题。针对该情况我们在20##年冬季对这两型机车实施了第三阶段防寒，即在两压缩机出风管汇合处的三通阀及附近钢管(均属机车底架管路)、干燥器排污管共两处地方缠绕自控温电伴热线，外包防寒保温材料；并在螺杆压缩机与干燥器进风管之间增设一条备用管路；同时还将双塔干燥器转换周期缩短，以提高干燥效果；除此之外，还从SS90074机车开始，将螺杆压缩机与活塞压缩机位置对调，以缩短螺杆压缩机至干燥器的管路长度。通过以上三个阶段的防寒，电力机车因低温而出现的故障大幅减少，基本上能满足在冬季严寒气候条件下正常运用。但以上防寒措施中也存在一些问题与不足，主要有以下几点：

(1)加热保温针对性不强。由于过去我们对管路系统易冻部位调查分析不够，从确保安全角度出发，采取了对几乎所有气动阀件加包电热套，对大部分管路包加防寒材料的措施。实际上这是一种治标措施，效果并不理想。因为该措施不能清除管路系统冻结的真正元凶—— 冷凝水，反而使机车制造和运行成本增加，电气线路的故障隐患点增多，而且阀件包加电热套后还增加了检修维护的难度。

(2)电热套缺乏自动调温能力。环境温度稍高时，部分阀件可能因加热温度过高而加速内部橡胶件老化；当环境温度降低时，另一部分阀件又可能因加热功率不足而起不到防冻的效果。

2 空气管路系统防寒技术分析

2．1 防寒设计原则

空气管路系统防寒设计原则是在满足机车低温下正常运用的基础上，还具备安全可靠、经济实用、操作维护方便等优点。也就是说，一方面要确保防寒效果显著，～方面又要使防寒措施简单实用，具有可靠性、针对性和一定的免维护性。既防止因扩大围加热保温而造成资源浪费，又避免因防寒措施不当而导致机车故障。

2．2 低温对机车空气管路系统的影响

我国东北地区以及哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦等地的最冷时期出现在每年l2月至次年1月，此时日最低气温一般为一5一一35℃ ，相对湿度60％ 一80％。这种严寒的气候对机车空气管路系统的影响主要有两方面。一方面是低温下各零部件自身性能下降或丧失，如润滑油脂粘度增大甚至固化、橡胶件变脆且易老化龟裂、钢材韧性下降而脆性增大、电子元器件工作异常等。针对这类问题，关键在于对机车外购零部件及原材料进行把关，确保选用的产品在一40℃甚至更低温度下能正常工作。另一方面是压缩空气中的冷凝水在管道内结冰，造成管路系统冻结。这是因为空气压缩后，单位体内的水蒸气分压力增大，露点升高，当其随环境温度降至0 oC以下，就有可能析出冷凝水并结冰图1表示的是压缩空气饱和含湿量与绝对压力和温度的关系。

从图中可以看出，低温状态下空气饱和含湿量一般较低(0．75 0．9 MPa压缩空气在0℃ 以下的饱和含湿量小于l g／kg)，随着温度升高，该值呈近似指数级增长；在温度不高(40℃以下)时，饱和含湿量与压力呈近似反比关系。例如在环境温度一20℃ ，相对湿度60％时，大气含湿量约为0．5 g／kg，对应露点一25℃ ；当压缩至900 kPa后，压缩空气的露点将升高至4℃左右，降至环温后每含有1 kg干空气的湿空气中将有约0．45 g水析出并结冰。

2．3 干燥指标的选定

防治管路系统冻结的关键在于对压缩空气进行干燥处理，除去其中水份，使其压力露点低于环境温度。为确保空气管路系统低温下正常工作，我们应正确选定干燥器的干燥指标。根据世界各国经验，为防止管路系统出现锈蚀现象，空气管路系统使用的压缩空气相对湿度应低于35％，当然这是指压缩空气在压力状态和环境温度下的相对湿度值。实际上由于在干燥器出风口处的压缩空气温度有可能高于环温15℃(螺杆压缩机供风)甚至更多(活塞压缩机供风)，在其降温过程中，相对湿度必然上升，所以干燥器出风口处干燥指标应低于35％方能满足要求。究竟低多少合适呢?我们可假定机车由螺杆压缩机供风，此时干燥器出风口处的压缩空气与环境的温差为15℃(忽略总风冷却管、干燥简的散热以及吸附过程中的发热)。从图1可看出，该温差将导致空气饱和含湿量下降为原来的1／4～1／2，即压缩空气充分冷却后相对湿度将为高温状态下的2～4倍。所以为确保压缩空气相对湿度始终低于35％ ，干燥器出风口处干燥指标宜选定为不大于8％。此外，双塔干燥器的干燥效果与转换周期有一定关系，一般而言缩短转换周期可提高干燥效果，但会因为转换阀件的工作频率增高而缩短使用寿命。由于高温和低温环境下干燥剂的吸附效果都会明显下降，所以此时应适当缩短干燥器转换周期，并增大再生孑L径，以确保干燥效果。

2．4 防治管路系统冻结的重点部位

根据对机车低温下故障情况的统计，我们将下面三个部位作为重点来做好管路系统冻结的防治工作。

2．4．1 干燥器

干燥器低温下易出现内部气流通道堵塞或无法正常排污等故障。这是因为干燥器内部一些管路、阀件处在高湿度甚至有冷凝水析出的情况下工作，水份残留在内壁，日积月累可能导致排污管和滤清简冰冻堵塞，排污阀和进气阀等部件动作卡位。针对这类问题，我们可在安装设计中尽量避免排污管大角度折弯，并在该管外包自控温电伴热线和防寒管材；同时对排污阀和进气阀等部位采用加热板或电热套进行加热保温。过去为确保干燥器故障后能维持机车运行，通常设有干燥器短接塞门，以将其隔离而直接导通压缩机与总风缸。该做法对防寒工作十分不利，因为导通短接塞门将导致大量未经处理的饱和高湿度压缩空气直接进入后续管路，低温下极易引发冻结故障，在实际运用中应尽量避免。若干燥器的可靠性很高，则可考虑在设计中取消短接塞门。

2．4．2 总风冷却管路

压缩机至干燥器之间的总风冷却管路冻结堵塞问题曾经在电力机车上多次出现。其主要原因是该段管路位于干燥器之前，内部的压缩空气未经干燥处理，富含水份，低温下易导致该段管路上的止回阀冻结卡位或钢管内部完全冰封堵死。止回阀是通过阀芯在阀体内上下移动实现气体单向流动的，阀芯表面附着的冷凝水结冰后，容易使阀芯冻结在阀体上不能动作，导致压缩空气流动受阻。要解决该问题可考虑在止回阀外部加装效果良好的加热装置，使其温度升至冰点以上。如果压缩机自带止回阀(目前装车的螺杆压缩机都属该情况)，则总风冷却管上的止回阀多余，可予以取消总风冷却管内部完全冰封堵死的情况主要出现在SS9型机车上，且一般位于距干燥器较近的底架管路低凹处以及穿越车底地板处。这是因为SS9型机车压缩机与干燥器总体布置距离较远，总风冷却管较长，且多布置于车底，使得高温压缩空气与外界的热交换比较充分，冷凝水有足够时间冷却并结冰。相比之下SS4改型机车因为压缩机与干燥器的距离较近，总风冷却管较短，而极少出现这种情况。这说明要避免总风冷却管冻结堵塞，应尽量将干燥器与压缩机布置在一块，以缩短该段管路长度，若条件允许还可在该段钢管外缠绕自控温电伴热线，外包防寒保温材料。

2．4．3 升弓管路系统

以前电力机车升弓管路系统出现冻结故障的情况比较严重，这是因为机车库停后重新升弓合主断时，有时需要辅助压缩机提供压缩空气，而辅助压缩机提供的压缩空气一般未进行有效的干燥处理，其中肯定会有凝结水随温度下降而析出，并容易在随后管路中的止回阀、调压阀等处集结成冰使其动作失灵，导致机车故障。针对这类问题首先可考虑减少易故障部件，如：受电弓一般自带调压阀，设置在管路中的受电弓调压阀可考虑取消；其次，可在辅助压缩机出口设置冷却风缸，以尽快降低压缩空气温度，并通过分水滤气器或小型干燥器及时处理掉已析出的冷凝水，防止其进入后部件；再次，可对易故障阀件采取有效的加热措施，防止其冻结；最后，在严寒气候下还应尽量少用辅助压缩机打风，以避免产生水汽而影响后续管路系统。

3 结论

电力机车空气管路系统的防寒工作经过几年的摸索，目前已积累了一定的设计经验。为确保机车能够在高寒地区更好的运用，建议从优化机车整体布置、提高干燥器干燥效果与可靠性、增加升弓管路除水措施等方面考虑机车防寒，并通过进行相关低温试验验证，进一步提高空气管路系统在低温下工可靠性。

第二篇：铁路技师论文

对曲线正矢技术标准的探讨

韩永强

邯郸工务段 电话152xxxxxxxx

摘要：曲线养护工作至关重要，尤其是“正矢”这一养护中依据的技术标准更为重要，虽然《修规》在曲线正矢方面做了一些具体的规定，但是在曲线的实际养护维修中还存在着一些“无据可查”的现象，所以笔者想把这些问题提出来，希望能引起大家的重视。 关键词： 曲线 正矢 技术标准

在工务部门设备养护工作中，曲线设备一直是养护的重点和难点，主要是因为曲线结构的复杂性、标准的严格性和养护的困难性所造成。这些年，随着列车运量增大、速度提高，对曲线养护的质量提出了更高的要求，作为一名线路养护者，自己在实际工作中发现现有的技术标准中存在一些不足，本文针对此情况与大家共同探讨。

1对曲线正矢的检查验收没能全面反映曲线状态。 1.1《修规》中对曲线检查的标准。

我们首先看《修规》3.7.10条中的规定，曲线应保持圆顺。曲线正矢作业验收标准容许偏差管理值如表3.7.10-1的规定。

同时还提到“现场曲线的始终点、缓和曲线长度、曲线全长、曲线半径、实设超高均应与设备图表保持一致。”

1.2、《修规》中规定存在的缺陷。

从以上条文中，我们可以看出，在控制曲线的圆顺度上，有了明确具体的数字标准进行把控，即采用了“缓和曲线的正矢与计算正矢差、圆曲线正矢连续差、圆曲线正矢最大最小差”三项指标，很好地实现了对曲线圆顺度的控制，但是在确保曲线诸要素与设备台帐保持一致的要求上却一笔带过，不能说是一个遗憾，也正是这一个遗憾，造成在现场的曲线设备中，曲线要素与台帐图表的不一致。具体来说主要有以下集中情形。

一是曲线头尾和重要点发生变化。主要表现为ZH、HY、YH、HZ具体位置前后移动，曲线长度、缓和曲线长度发生变化，如果只根据以上三项指标测量，曲线仍是完全符合要求的。

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二是曲线半径发生变化。举一个简单的例子：半径为500米的曲线，圆曲线计划正矢为100，如果实测圆曲线正矢符合上述三项指标规定，但如果根据实测正矢得出平均正矢为104，也就是说半径已经变为480米，显然与实际半径不一致。

1.3具体建议。

由此可见，仅靠原有的“三项指标”虽然实现了对曲线圆顺度的控制，但是对曲线要素的保持起不到应用的控制作用，特别是在各项检查验收中，对曲线方向的验收也都集中在“三项指标”上，造成了对曲线要素的忽视，再加上测量和施工精度的限制，造成了90%以上的曲线要素都有不同程度的变化，而曲线要素的变化必然会带来曲线各项技术指标的正常发挥，所以必须引起我们足够的重视。目前急需解决的就是将现场曲线要素与台帐曲线要素的的符合程度进行量化。从线路检查养护的角度来看，要对曲线要素所有指标进行量化考核难度比较大，但是我们可以逐渐进行量化，目前的“缓和曲线正矢与计算正矢差”这一项指标已经在一定程度上实现了对曲线各主要点位置（ZH、HY、YH、HZ）的控制，但是对曲线半径的控制还不够，因此我们建议增加一项新的技术指标即：曲线计划正矢和与曲线实测正矢和的差应小于曲线全长的十分之一，这样可以认为现场曲线转角值与设备图标给定的转向值基本一致，按此掌握，每个桩点的现场正矢与计划正矢差平均为1mm，在保证曲线圆顺的同时，基本保证了圆曲线半径和缓和曲线长度不变。

2对“小曲线”的正矢检查验收标准没有明确规定。

2.2问题的由来

我们这里所指的小曲线主要是从长度来说的，特别是站专线中的小曲线众多，这些曲线半径小、长度短、往往因为忽视这些小曲线的养护给安全带来巨大的隐患。这些曲线中主要是以岔后连接曲线包括附带曲线，以及股道内的短曲线。以往由于对站专线的重视程度不够，造成站内曲线要素丢失的现象极为严重，这些年各工务段都开始重视站专线的小曲线，并加强了养护维修力度，但是在养护维修中有一个问题，就是曲线正矢的验收标准问题。

2.3目前的状况。

修规中虽然对曲线的作业验收容许误差、经常保养容许误差做了规定，但是那些数据都是基于20米弦测量结果来说的，而站专线中的小曲线总长往往只有三四十米，如果用20米弦测量，根本起不到任何作用，所以往往采用的是10米弦，这样就产生一个问题，用10米弦测量正矢误差应该控制在多大呢？

由于站专线曲线比较短，往往也不设缓和曲线，允许通过的速度也比较低，我们从一些资料查得对附带曲线圆度的维修标准是：用10米弦测量，连续正矢差在正线、到发线应不超过3毫米，在其他站、专线应不超过4毫米。但是在《修规》中我们没有看到相关规定，而且这一规定也是针对岔后连接曲线的。

2.4具体建议。

2

按照20米弦测量的允许误差用到10米弦测量的允许误差肯定是不行的，那么我们是不是可以根据两种不同弦长下正矢的比较来确定10米弦的允许误差呢？比如用20米弦长曲线正矢为50000/R，用10米弦曲线正矢为12500/R，可以看出，用10米弦测得的正矢为用20米弦测得的正矢的1/4，那么我们是不是可以推断出用10弦测量正矢所允许的误差应该为用20米弦测量允许误差的1/4呢？理论上这样应该是可以的，但是缺少一个官方的标准，因此建议在《修规》中进行量化和明确。

3曲线正矢点布置混乱。

3.1目前的状况。

虽然正式点的布置对曲线本身的影响不大，但是对于曲线养护关系密切，目前各单位在正矢点布置上没有统一的规定，对曲线的检查、养护、验收带来诸多不便。目前存在的主要方法有，以20米弦为例：（1）正矢点的布置是从头到尾，以10米为单位顺序排列，遇到YH、HZ点不在点上时，则对这些点进行计算后将计算后的计划正矢标上去。（2）从曲线中央点分别向两头布点将曲线对称分开；（2）从两头向中央布点，将不足10米米点布置在圆曲线中，形成所谓的“套拉点”。

3.3具体建议。

从上表中，我们不难看出，第一种方法才是最符合实际需要的方法。因此我们建议有关部门进行统一规定。

以上是我们在曲线养护中遇到的一些问题，在这里与各位同行共同探讨，希望能进一步提高提高我们曲线养护质量。

参考文献

（1）中华人民共和国铁道部.《铁路线路修理规则》.中国铁道出版社.20xx年

（2）铁道部和劳动卫生司、铁道部运输局.《线路工》.中国铁道出版社，20xx年10月第一版。

（3）荣佑范.《铁路线路维修与大修》.中国铁道出版社.20xx年1月第2版。

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