電力機(jī)車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及建議

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1大功率重載電力機(jī)車技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)

現(xiàn)階段的大功率重載電力機(jī)車的主電路為交直交電形式，安全系數(shù)較高并且方便保養(yǎng)與養(yǎng)護(hù)。車體設(shè)計(jì)中應(yīng)用了中央梁進(jìn)行承載，能夠采用模塊化的方式進(jìn)行大批量生產(chǎn)。電力機(jī)車包括直流與交流兩種。直流機(jī)車將SS4系列作為示例進(jìn)行說(shuō)明。將對(duì)稱三段半控橋作為主電路，在牽引時(shí)能夠以恒定的電流與速度進(jìn)行。機(jī)車采用電子或微機(jī)控制系統(tǒng)，在機(jī)車空轉(zhuǎn)滑行時(shí)能夠提供必要的保護(hù)，并且具有功率因數(shù)補(bǔ)償、傳送與顯示主要信息數(shù)據(jù)的功能。在布置設(shè)備時(shí)，該種系列的機(jī)車仍然沿用雙邊走廊，呈斜對(duì)稱方向，設(shè)備屏柜化。在設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，使用車體通風(fēng)，從車體一側(cè)的大型百葉窗進(jìn)風(fēng)，給機(jī)械件營(yíng)造微負(fù)壓的環(huán)境。交流電機(jī)將DJ1系列作為示例進(jìn)行說(shuō)明。主電路利用具有明顯優(yōu)勢(shì)的GTO器件給三相異步牽引電動(dòng)機(jī)來(lái)提供電力。機(jī)車?yán)肨CN系統(tǒng)來(lái)提供空轉(zhuǎn)與滑行保護(hù)，并具有軸重轉(zhuǎn)移補(bǔ)償、診斷故障等功能。在進(jìn)行設(shè)備布置時(shí)，利用模塊化，進(jìn)行導(dǎo)軌安裝、設(shè)備成套化等。采用的通風(fēng)系統(tǒng)與直流電機(jī)不同，獨(dú)立通風(fēng)，送風(fēng)由獨(dú)立的機(jī)械間風(fēng)機(jī)進(jìn)行，給機(jī)械間營(yíng)造微正壓的環(huán)境。為滿足重載運(yùn)輸?shù)囊螅鲜鰞蓚€(gè)系列的機(jī)車都安裝了國(guó)外先進(jìn)的LOCOTROL系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本運(yùn)行原理是前部的機(jī)車向其他部分機(jī)車做出同步牽引、制動(dòng)的指示。另外，利用制定管壓力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)能夠監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)線通訊是否處于正常狀態(tài)。使用該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為：能夠減輕牽引車鉤力，在轉(zhuǎn)彎時(shí)減弱車受到的阻力，減輕車輪的損耗。機(jī)車的中部與后部同樣參與排風(fēng)與充風(fēng)，提高排風(fēng)與充風(fēng)的速度，加快制動(dòng)波傳送，減小制動(dòng)產(chǎn)生的縱向力，避免斷鉤。

2大功率重載電力機(jī)車的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)重載電力機(jī)車時(shí)仍然使用傳統(tǒng)的機(jī)車設(shè)計(jì)平臺(tái)，但在選用零部件上需要保證滿足重載運(yùn)輸?shù)男枰褐剌d電力機(jī)車牽引質(zhì)量大、編組長(zhǎng)，需要先進(jìn)行機(jī)車牽引特性的計(jì)算，再確定主傳動(dòng)選用何種系統(tǒng)；需要將縱向動(dòng)力學(xué)對(duì)重載列車的影響考慮在內(nèi)，車鉤力與縱向沖動(dòng)要保持在極限之內(nèi)。針對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要將車體的承載能力考慮在內(nèi)；在計(jì)算沖擊載荷時(shí)，需要考慮重載電力機(jī)車編組對(duì)車鉤緩沖器的要求；近年來(lái)重載電力機(jī)車的編組長(zhǎng)度逐漸增加，單臺(tái)的重聯(lián)機(jī)車已經(jīng)滿足不了牽引、制動(dòng)的需要，采用分布式控制系統(tǒng)具有一定的作用。2.1機(jī)車總體與電氣設(shè)計(jì)技術(shù)相較于直流傳動(dòng)系統(tǒng)，交流的恒定功率范圍更廣，并且具有較高的黏著利用率。在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，采用具有優(yōu)勢(shì)的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，能夠滿足重載電力機(jī)車的牽引質(zhì)量大的特點(diǎn)，并且能夠結(jié)合具體的實(shí)際情況選用適合的牽引變壓器等。由于重載電力機(jī)車在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)線路環(huán)境有要求，所以需要電氣部件具有一定的防護(hù)等級(jí)，并且能夠在一定程度上抵御寒冷。例如，在氣溫很低的環(huán)境中進(jìn)行重載運(yùn)輸?shù)碾娏C(jī)車，對(duì)這類機(jī)車進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要保證屏柜的防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP54級(jí)以上，并且需要增設(shè)加熱電阻來(lái)減弱低氣溫對(duì)電力機(jī)車的影響。一些關(guān)鍵部位的設(shè)備需要進(jìn)行封裝，減少故障發(fā)生的概率。重載機(jī)車的運(yùn)輸路程一般很長(zhǎng)，為保證駕駛員基本的生活需要，要設(shè)計(jì)洗手間、床鋪等基本的生活設(shè)施。現(xiàn)階段的重載電力機(jī)車在進(jìn)行系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用LOCOTROL系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線分布式控制，能夠滿足牽引、制動(dòng)的需要。2.2車體設(shè)計(jì)技術(shù)車體的設(shè)計(jì)都是將底架作為主要部分、其他輔助部件進(jìn)行協(xié)助，能夠共同承載整體的重力，在一定程度上提高底架重量占的比例，能夠在增強(qiáng)底架結(jié)構(gòu)承載能力的基礎(chǔ)上降低電力機(jī)車車體的高度，提高機(jī)車性能。由于重載電力機(jī)車在行進(jìn)中受到較大的縱向牽引力與瞬時(shí)沖擊力，車體受到較大的縱向荷載，在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮這些因素，將車體的承載能力作為重點(diǎn)。保證每個(gè)部件與結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理性，促使縱向荷載更加合理地傳遞，其他承載零部件也能夠參與其中，減少車體在巨大作用下產(chǎn)生的形變。在設(shè)計(jì)中，只滿足車體的結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要將車體剛度對(duì)車體承載結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度考慮在內(nèi)。如果局部的剛度太大或者不協(xié)調(diào)會(huì)影響車體的疲勞強(qiáng)度。所以，為解決這類問題，需要在降低應(yīng)力強(qiáng)度的同時(shí)保證剛度的協(xié)調(diào)性。另外，需要在設(shè)計(jì)中引進(jìn)有關(guān)疲勞強(qiáng)度的理念，保證局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力盡量分散。

3大功率重載電力機(jī)車的發(fā)展

重載鐵路運(yùn)輸對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要影響，國(guó)家對(duì)該行業(yè)的投入力度一直在加強(qiáng)，所以重載電力機(jī)車的技術(shù)與設(shè)計(jì)也取得了一系列的進(jìn)展。具體表現(xiàn)在：不斷加強(qiáng)對(duì)牽引變流器的可靠性研究；三相異步牽引電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平在不斷提高，現(xiàn)有等級(jí)已經(jīng)逐步趕超國(guó)際先進(jìn)水平；微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)不斷提高，微機(jī)故障技術(shù)也更為完善，現(xiàn)階段有關(guān)方面的技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，需要借鑒、吸收、消化、改進(jìn)，進(jìn)一步提高；在車體技術(shù)方面，需要在車體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度符合要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行；有關(guān)大功率重載電力機(jī)車的技術(shù)規(guī)范將逐漸完善，對(duì)車體的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算、分析的水平有所提高；重視車體碰撞的吸能技術(shù)的發(fā)展；加強(qiáng)輪軌關(guān)系的重視，減少車輪的磨損程度，延長(zhǎng)使用壽命；加強(qiáng)三軸徑向轉(zhuǎn)向架的開發(fā)與利用，為電力機(jī)車直線與曲線通行時(shí)提供重載牽引；為改善電力機(jī)車在制動(dòng)后充風(fēng)的問題，借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展電力機(jī)車電空制動(dòng)技術(shù)。

4結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，鐵路運(yùn)輸仍然發(fā)揮著重要的作用。隨著科技的發(fā)展與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)的激烈，使得大功率重載電力機(jī)車的技術(shù)與設(shè)計(jì)日趨重要。尤其是近年來(lái)國(guó)內(nèi)制造企業(yè)針對(duì)我國(guó)的實(shí)際情況借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)并加以改善，使得電力機(jī)車的技術(shù)水平又上升了一個(gè)新的臺(tái)階，與國(guó)家先進(jìn)水平的差距逐漸縮小。

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作者:解芳竹 單位:中鐵十六局