机车转换开关故障及改进措施毕业论文设计

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摘要.....................................................................5

一、 结合实例的转换开关的事故分析..............................6

(一)两位置转换开关打摆及不转换的故障及实例简析................6

1.由转换开关“打摆”引起的事故..........................................6

2.转换开关“打摆”事故的分析及解决措施..................................6

(二)开关带电转换触指间引弧引起的故障及实例简析..................8

1.转换开关带电转换触指间引弧的事故...................................8

2.带电转换触指间引弧引起的事故分析及解决措施.........................8

(三)电子柜插件引起的机车两位置转换开关故障及实例简析...........8

1. 电子柜插件引起的机车两位置转换开关故障............................9

2. 电子柜插件引起的故障及改进措施...................................9

二、罪魁祸首:转换开关惯性故障及惯性烧损的部位...............9

(一)分析转换开关的惯性烧损.........................................10

1. 带电转动引起的电弧烧损...........................................10

2. 动、静触指相对运动产生电弧........................................10

3. 转换开关的超程偏大...............................................11

4. 开关触指松动或动、静触指压力较小引起频繁电弧......................11

(二)改善解决惯性事故的方案.........................................11

1. 对转换开关电气电路的改进.........................................11

2. 提高重视度.......................................................11

3. 加强日常检查和保养,及时消除故障隐患..............................12

4. 严格执行制造工艺及检修工艺.......................................12

三、结语...............................................................12

致谢....................................................................13

参考文献...............................................................14

 

 

 

 

机车转换开关故障及改进措施

   摘要:机车转换开关是如今行驶在铁道上的电力机车和内燃机车的核心部位,无论在行车和制动方面都是无可替代的。由于在中国铁路现阶段不管客运还是货运,大力发展的是电力机车,本课题就以电力机车作为主要讲解对象。电力机车上,各型转换开关的工作原理和结构基本相同。各类事故发现的转换开关问题不外乎电子柜插件引起的机车两位置转换开关故障、开关带电转换触指间引弧、惯性烧损、风管路存在的不足之处等等,本课题旨在从事故中找问题,在硬件和人力方面寻求安全、可靠、经济的解决之道。

    关键词:电力机车、机车转换开关、电子柜插件、开关带电转换触指间引弧、惯性烧损、风管路。                     

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、 结合实例的转换开关的事故分析

在我国,现阶段大力发展的是电力机车,韶山系列电力机车作为国产主型电力机车尤为引人关注。韶山系列电力机车上,SS1型、SS3型、SS3B型电力机车采用的是TKH3—500/1500型转换开关,SS4型电力机车采用的是TKH4—840/1000型转换开关,SS8型采用的则是TKH4—970/1000型转换开关。各型转换开关的工作原理和结构基本相同,因此TKH4A型转换开关的问题和故障存在于各类韶山系列电力机车上。

奔跑在我国960万平方公里上的电力机车,我们耳熟能详的也是沿用至今的电力机车就是韶山系列了。韶山系列电力机车配备的转换开关有TKH3—500/1500、TKH4—840/1000、TKH4—970/1000。其中,TKH4—970/1000型转换开关是由TKH4—840/1000型派生而成,功能及可靠性能更强大。

转换开关作为机车不可或缺的一部分,其作用亦是不可忽视的。回首之前发生的诸多事故,其中不乏可以通过技术或者人为手段改进得以避免的。所以啊,转换开关的变革是必须的,为了铁路,为了将来中国铁路运输的未来。变革方向应当从人为及技术方面入手。人为的暂且不累述,技术方面应该向解决电子柜插件的、风管路存在的、开关带电转换触指间引弧引起的机车两位置转换开关故障的方向改进,尤其是,故障发生率之首的转换开关的惯性烧损及烧损部位应当更加关注解决。

 

(一)两位置转换开关打摆及不转换的故障及实例简析

故障综述:两位置转换开关是用来改变机车运行方向和实现机车牵引制动工况转换的,其是否正常转换到位直接影响机车的正常工作。假设,转换开关在运行过程中无端打摆,势必会造成机车运行的机破事故。

1.  由转换开关“打摆”引起的事故

2002年9月4日,江岸机务段配属的SS4改进型219号机车在京广线鸡公山准备进站停车,机车乘务员采用电阻制动减速后,转换到向前牵引位时,发现预备灯不灭,两位置转换开关来回“打摆”,无法正常牵引列车进站停车,造成机破。2001年江岸机务段电力机车也因两位置转换开关故障发生过2起机破。

2.  转换开关“打摆”事故的分析及解决措施

机车回段检查发现,造成两位置转换开关“打摆”的原因是控制电路窜电。根据事故原因所采取的解决方法:(1)加强对电空接触器的检查,严格按工艺要求检修。避免发生卡位、主触头粘连等故障,发现辅助联锁杠杆有严重磨耗的及时更换。

(2)对原电路进行改进,防止窜电故障再次发生。具体如下:对SS4型电力机车,利用二极管的单向导电性,我们在405#线和91KM的辅助常开联锁之间加入一个二极管V1,即可断开403经91KM辅助联锁向405窜电的电路。


 

 

江岸机务段对运用的79台电力机车全部进行了改造。机车运用近两年再未发生因9 1 K M的辅助常开联锁未断开,两位置转换开关来回“打摆”的现象,有效地防止了由这类故障引起的机破。

(二)开关带电转换触指间引弧引起的故障及实例简析

本事故所述的转换开关的烧损并不是由过流引起的,而是因为工况转换开关带电转换触指间引弧造成的。烧损的事故我们很多时候想到的都是过流,而本例就是表面像过流烧损,实则是开关带电转换触指间引弧引起的烧损。

1.  转换开关带电转换触指间引弧的事故

从1999年8月起至2000年1月,石家庄机务段已发生多起工况转换开关烧损故障(表1)。虽然未造成机破,但已严重影响到行车安全和小辅修停修时间。

2.  带电转换触指间引弧引起的事故分析及解决措施

分析事故原因,发现:SS8机车采用的方向转换开关与工况转换开关,两者型号相同,机械和电气参数完全相同;机车运行时,两者通过的电流也大致相同。由于SS8机车采用微机控制的恒流准恒速控制特性,加之“牵引电机过载” 在电路上可以使主断路器跳开,加以保护,不太可能因过流而引起烧损。另外,从工况开关烧损情况来看,烧损全部发生在与3号线相连接的转鼓,触指基本无过热变色现象(有的触指虽已过热变色,但均是点状烧损),有的高压柜门已被电弧冲击变色,甚至引起主电路接地,主断路器跳闸。我们分析一下就可以想到工况转换开关的带电转换,线路接触器的灭弧罩有很强的灭弧能力,即使带电开断也不会引起烧损;而转换开关不具备任何灭弧能力,带电转换必须引起转鼓烧损。

由分析结果找解决方案,要从认为和技术两方面加以整改啊。具体方案有:(1)加强对乘务员和试验人员的教育。在进行电阻制动特别是加馈电阻制动试验时,回手柄要慢,主手柄回零后,要停留2 s~3 s,再扳动换向手柄,就可以实现工况转换开关的无电转换,避免转鼓烧损。

(2)对工况转换开关控制电路进行改进。为了防止个别操作人员操纵失误而烧损工况转换开关,必须对控制电路进行改进,用延时释放继电器控制电磁阀,使它延时3 s方能转换。

(三)电子柜插件引起的机车两位置转换开关故障及实例简析

电子柜是机车传递信号的部门,它传递着诸多机车行驶及保障的信号,一旦电子柜出现问题,对机车的影响无疑是巨大的,作为控制机车前进、后退、加速、减速的转换开关,也受着电子柜的操控。就以一例来简析电子柜引起的两位置转换开关的故障及整改措施吧。

1.  电子柜插件引起的机车两位置转换开关故障

2000年3月,邵武机务段SS40457,机车进行辅修作业机车试验时,出现两位置转换开关不转换故障。无论是在A节还是在B节操纵,当进行机车换向检查试验时,B节车换向正常,而A节车“牵引”、“制动”两位置转换开关转换鼓始终停在“制动”位,即出现两位置转换开关一节车转换正常,而另一节车不转换的故障。

2.  电子柜插件引起的故障及改进措施

对那辆机车进行检查,发现通过对A节车“制动”位得电电路进行检查,发现导线405始终有电。遂对机车空气管路原理图进行检查,发现当空电联合单缓中间继电器457KA常开闭合,可使导线405得电,如图1所示。405导线反向供电至高压柜中,导致两位置转换开关转动到“制动”位。

 

 

 

 

 

 

而根据机车控制电路原理,457KA是经电子柜的05号输入输出插件的,7B通道得电的。检查,7B通道,发现其继电器联锁触头确已焊死。更换电子柜05号输入输出插件,机车恢复正常。

由此大致做出了两种整改措施:其一,提高机车乘务员的重视度。通常,机车运行中两位置转换开关需频繁动作。一旦不转换,机车乘务员应及时准确判断故障原因,并进行相应处理。造成两位置转换开关不转换的原因主要有电气和机械方面的原因。电气方面主要有:断线、串电、电磁阀烧损等,机械方面主要有串风、堵塞、转轴卡劲等。而此例机车故障电路较隐蔽,不易引起重视。

其二,在高压柜与空气制动柜间的导线405上加装二极管,以防逆电。

二、罪魁祸首:转换开关惯性故障及惯性烧损的部位

在诸多故障中,转换开关的故障最危险,一个处理不当,就可能造成机破事故,机车无法正常行驶。造成机车转换开关故障的原因不少,大致有电子柜插件的、风管路存在的、开关带电转换触指间引弧等等引起的机车两位置转换开关故障。故障的原因花样很多,不过,最后常常表现为转换开关的触指、动静触点等的部位烧损。转换开关的故障,归根结底同它的烧损是脱不开干系的。下面我们就来剖析一下转换开关的惯性烧损及惯性烧损的部位。

(一)分析转换开关的惯性烧损

对机车来说,小小的转换开关只是个小部件,不过一旦发生转换开关的惯性烧损事故,问题一严重并且司机师傅还不能及时排障的话,很可能庞大的电力机车就因一个小小的转换开关而无法动弹。其实啊,无论是转换开关的来回打摆,还是转换开关带电转换引起的触指间引弧,或者电子柜发生的故障,最后表现往往都是转换开关的烧损。为此,对烧损尤其是惯性烧损细作分析。我们发现,与机车转换开关惯性事故息息相关的原因有:

1.  带电转动引起的电弧烧损

转换开关的转换是通过电空阀动作打开气路,压缩空气通过电空阀进入气缸,推动传动缸活塞杆左右运动而达到转换

的目的。根据电路原理,工况转换开关电空阀要得电,司机控制器TK在“6”位,从而实现转换开关的不带电转换。TK进级后,转换开关电空阀失电,传动气缸风路截止,此时转换开关两传动气缸无风压,转换开关就固定在某一位置(牵引位或制动位)。假如转换开关已在牵引位,此时若制动位电空阀窜风且通往大气的排风口不畅通(半堵或堵塞),来自低压气缸的压缩空气漏入传动气缸不能排往大气,将带动转换开关缓慢向制动位动作。同时由于TK已离开“6”位,主电路有高压电通过,转换开关带电转动将产生电弧而烧损触指

2.  动、静触指相对运动产生电弧

另外,由于牵引位动、静触指相对运动产生电弧,使周围空气介质电离导电,也可能造成动触指与非接通的静触指导通。例如,在牵引位导线3和导线34的静触指通过转鼓连通,如果动、静触指相对运动产生电弧,空气介质导电导致动触指与对面的导线70的静触指导通,正好造成主回路正负端短路。虽然此时接地、短路保护均已动作,主断路器跳开,但主回路短路瞬间产生的强大电弧会导致高压柜内控制线路的烧损,此处(导线3、34和导线70的连接触指)位置较低,卫生环境相对差,导电介质容易存在,又由于转换开关结构缺点,导线3和导线70的触指在同一动触指的左右两侧,往往转换开关烧损多发生此处。

3.  转换开关的超程偏大

设计要求转换开关的超程为2~3mm,单指压力为39~49N;实际测定超程一般为4~5mm,单指压力小于30N。因为超程的增大导致静触头触指与动触头鼓片间的接触压力减小,从而使接触电阻增大,最终导致动、静触头发热烧损。此原因引起的烧损主要表现为动触头鼓片和静触头触指表面发黑,氧化。

4.  开关触指松动或动、静触指压力较小引起频繁电弧

转换开关触指松动或动、静触指压力较小。在机车运行中,由于转换开关频繁转动,经常发生触指安装螺栓松动及压力调节弹簧力不够等现象,造成触指间接触不良而产生电弧烧损触指;触指间频繁产生电弧,同样也会使周围空气介质电离导电而发生主回路正负端短路。

(二)改善解决惯性事故的方案

转换开关故障原因很多,分门别类的区分其实也很清晰,主要有转换开关带电动作,转换开关制造工艺,司机认为操作的坏习惯、其他电机电器的影响等四个方面。不过,很多时候,事故或者机破的发生并不仅仅由一个故障方面引起的。很可能转换开关制造工艺出现小问题,又由于司机长时间的不规范操作,导致最后发热事故或者机破。有时候甚至出现三个方面的问题或者更多才导致事故的发生。

所以对症下药的要从这三方面找出改进方案。

1.  对转换开关电气电路的改进

对转换开关电气电路的改进,例如:在控制电路中配装联锁进行自锁,消除了反位转换开关电空阀故障而使转换开关动作现象。同时既保证转换开关转换时,TK必须在“0”位,又使转换开关一旦转换到某位置(制动或牵引位),可通过辅助触指进行自锁。

2.  提高重视度

提高机车乘务员的重视度,加强对乘务员和试验人员的教育。在进行电阻制动特别是加馈电阻制动试验时,回手柄要慢,主手柄回零后,要停留2 s~3 s,再扳动换向手柄,就可以实现工况转换开关的无电转换,避免转鼓烧损。通常,机车运行中两位置转换开关需频繁动作。一旦不转换,机车乘务员应及时准确判断故障原因,并进行相应处理。

3.  加强日常检查和保养,及时消除故障隐患

日常检查和保养也不容忽视,保养能大大延长机车各部件的使用寿命;日常检查往往又能及时发现故障,就能及时排障。这方面,就要求我们的地检部门和检修部门兢兢业业一丝不苟地完成任务。

4.  严格执行制造工艺及检修工艺

严格按照制造工艺制造转换开关或者与之相关的电机电气零件、部件:加强对与转换开关相关部件的检查,严格按工艺要求检修。避免发生卡位、主触头粘连等故障,发现辅助联锁杠杆有严重磨耗的及时更换。

三、结语

电力机车在我国的蓬勃发展,少不了技术员工的开拓进取,也当然不能少却驾驶价值百万机车的机车驾驶员。机车的机破事故有时候是不可避免的,但如何将损失降至最低,就要看行车中驾驶员师傅能否及时发现故障,也要看技术检修员将机车修复到风采依旧。还是那句话,机车转换开关是颗小螺丝,但又是机车正常运行不可或缺的部件。我认为啊:要抓好,就要从制造开始,再到规范司机和检修人员等与机车息息相关的人员,最后,改进机车性能的技术人员的加入也能达到事半功倍的效果。我国是个人民众多的大国,也是运输行业的大国。交通运输方面,我们不仅要在数量上称第一,更要在运输质量上奋勇前进,开拓创新。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

我的论文得以顺利完成,这里要感谢的人实在太多了。首先特别要衷心地感谢我的指导老师钟自峰钟老师,非常感谢您能在百忙之中,抽出您的宝贵的休息时间帮助我,给以我细心的指导,在您开阔的思维,严谨的治学态度,循循善诱的指导一直给我很大的帮助。当我对论文的思路感到迷茫时,您为我理清思路,指导我往一条比较清晰的思路上进行修改。在论文的不断修改中,我也努力做到及时积极地跟钟老师交流,因为我觉得这样可以使得我的论文更加完善。在这里还要深深的对您说上一句抱歉,因为我的懒散和懈怠,令您费尽苦心并且几近失望。论文的最终完成,也是一波三折。在不断完善和修改的过程中,也让我更加懂得“一分耕耘才有一分收获”的道理。再次对您表示感谢,师恩伟大,无以回报。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

[1] 张惠山,曹赞文,一起SS4改型机车转换开关故障的分析 ,电力机车与城轨车辆, Electric Locomotives & Mass Transit Vehicles, 编辑部邮箱 2003年 05期

[2]赵叔东,韶山8型电力机车[M]北京:中国铁道出版社,2007

[3]楼修力,韶山1型电力机车[M]北京:中国铁道出版社,1987

[4]刘友梅,韶山4B型电力机车[M]北京:中国铁道出版社,1999

 



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