防寒技術(shù)是確保機(jī)車低溫工作性能的關(guān)鍵。過去我國(guó)電力機(jī)車主要在華北及其以南地區(qū)運(yùn)用，*低使用溫度一般不到一25℃，隨著國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車進(jìn)入東北地區(qū)和烏茲彆克斯坦、哈薩克斯坦等國(guó)外市場(chǎng)，這些地區(qū)冬季嚴(yán)寒的氣候給電力機(jī)車正常運(yùn)用帶來了巨大挑戰(zhàn)。以哈爾濱地區(qū)為例，一月份平均氣溫為一19．6 oC，極端*低氣溫可達(dá)一42．6oC。這些用戶都明確要求機(jī)車應(yīng)能滿足一4o℃(哈薩克斯坦招標(biāo)機(jī)車要求為一5O℃)低溫下正常運(yùn)行，而低溫下電力機(jī)車空氣管路係統(tǒng)因防寒措施不當(dāng)易出現(xiàn)零部件性能下降、管路及閥件凍結(jié)等問題，將嚴(yán)重影響機(jī)車的正常運(yùn)用。

1 空氣管路係統(tǒng)防寒曆程

*初國(guó)產(chǎn)電力機(jī)車的防寒是在既有機(jī)車的基礎(chǔ)上進(jìn)行防寒處理和改進(jìn)，以滿足低溫運(yùn)行要求，其型號(hào)主要有SS4改、SS9和SS9改。由於當(dāng)時(shí)缺乏防寒經(jīng)驗(yàn)，我們主要針對(duì)機(jī)車低溫下出現(xiàn)的問題，逐步摸索空氣管路係統(tǒng)防寒經(jīng)驗(yàn)，*終使機(jī)車滿足一40℃低溫下正常工作要求。**階段的防寒從首批赴東北地區(qū)運(yùn)用的SS4改型機(jī)車設(shè)計(jì)製造階段開始實(shí)施。我們從確保部件的低溫性能人手，要求全部裝車產(chǎn)品滿足一4o℃低溫要求，關(guān)注的重點(diǎn)是壓縮機(jī)、乾燥器及各閥的密封橡膠件等幾項(xiàng)關(guān)鍵部件。此外我們還參照西北地區(qū)電力機(jī)車的防寒經(jīng)驗(yàn)，對(duì)空氣管路係統(tǒng)中影響行車**的分配閥、中繼閥、管道濾塵器等幾個(gè)重要閥件加包電熱套，並借鑒高寒地區(qū)內(nèi)燃機(jī)車用布包裹管道防寒的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)安裝於機(jī)車底架上的鋼管加包防寒保溫材料。該批機(jī)車投入東北地區(qū)運(yùn)用後在2001年冬季，空氣管路係統(tǒng)出現(xiàn)了一些問題，經(jīng)統(tǒng)計(jì)主要有以下幾類：壓縮機(jī)無法向總風(fēng)缸充風(fēng)；升弓管路係統(tǒng)工作不正常，導(dǎo)致機(jī)車升弓、合主斷困難；乾燥器工作異常，如無法正常排汙或內(nèi)部氣流通道堵塞；少量製動(dòng)機(jī)閥件凍結(jié)卡滯等。針對(duì)以上問題，我們實(shí)施了**階段的防寒，在原來基礎(chǔ)上擴(kuò)大電熱套的應(yīng)用範(fàn)圍，對(duì)空氣管路係統(tǒng)幾乎所有氣動(dòng)閥件加包電熱套。考慮到蓄電池的容量，這些電熱套分為兩類：**類主要對(duì)確保受電弓、主斷正常工作的升弓管路係統(tǒng)各閥件進(jìn)行加熱，由機(jī)車蓄電池提供DC110V電源；其餘電熱套列為**類，主要對(duì)風(fēng)源係統(tǒng)和製動(dòng)機(jī)係統(tǒng)各閥件進(jìn)行電加熱，由機(jī)車控製電路供電。實(shí)施以上防寒措施後，SS4改型機(jī)車低溫工作性能明顯提高，但SS9和SS9改型機(jī)車因其特殊的管路布置，仍存在低溫下壓縮機(jī)無法向總風(fēng)缸充風(fēng)的問題。針對(duì)該情況我們?cè)?span lang="EN-US">2002年冬季對(duì)這兩型機(jī)車實(shí)施了第三階段防寒，即在兩壓縮機(jī)出風(fēng)管彙合處的三通閥及附近鋼管(均屬機(jī)車底架管路)、乾燥器排汙管共兩處地方纏繞自控溫電伴專線，外包防寒保溫材料；並在螺桿壓縮機(jī)與乾燥器進(jìn)風(fēng)管之間增設(shè)一條備用管路；同時(shí)還將雙塔乾燥器轉(zhuǎn)換周期縮短，以提高乾燥效果；除此之外，還從SS90074機(jī)車開始，將螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)位置對(duì)調(diào)，以縮短螺桿壓縮機(jī)至乾燥器的管路長(zhǎng)度。通過以上三個(gè)階段的防寒，電力機(jī)車因低溫而出現(xiàn)的故障大幅減少，基本上能滿足在冬季嚴(yán)寒氣候條件下正常運(yùn)用。但以上防寒措施中也存在一些問題與不足，主要有以下幾點(diǎn)：

(1)加熱保溫針對(duì)性不強(qiáng)。由於過去我們對(duì)管路係統(tǒng)易凍部位調(diào)查分析不夠，從確保**角度出發(fā)，采取了對(duì)幾乎所有氣動(dòng)閥件加包電熱套，對(duì)大部分管路包加防寒材料的措施。實(shí)際上這是一種治標(biāo)措施，效果並不理想。因?yàn)樵摯胧┎荒?*管路係統(tǒng)凍結(jié)的真正元兇——冷凝水，反而使機(jī)車製造和運(yùn)行成本增加，電氣線路的故障隱患點(diǎn)增多，而且閥件包加電熱套後還增加了檢修維護(hù)的難度。

(2)電熱套缺乏自動(dòng)調(diào)溫能力。環(huán)境溫度稍高時(shí)，部分閥件可能因加熱溫度過高而加速內(nèi)部橡膠件老化；當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，另一部分閥件又可能因加熱功率不足而起不到防凍的效果。

2 空氣管路係統(tǒng)防寒技術(shù)分析

2．1 防寒設(shè)計(jì)原則

空氣管路係統(tǒng)防寒設(shè)計(jì)原則是在滿足機(jī)車低溫下正常運(yùn)用的基礎(chǔ)上，還具備**可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。也就是說，一方麵要確保防寒效果顯著，～方麵又要使防寒措施簡(jiǎn)單實(shí)用，具有可靠性、針對(duì)性和一定的免維護(hù)性。既防止因擴(kuò)大圍加熱保溫而造成資源浪費(fèi)，又避免因防寒措施不當(dāng)而導(dǎo)致機(jī)車故障。

2．2 低溫對(duì)機(jī)車空氣管路係統(tǒng)的影響

我國(guó)東北地區(qū)以及哈薩克斯坦、烏茲彆克斯坦等地的*冷時(shí)期出現(xiàn)在每年l2月至次年1月，此時(shí)日*低氣溫一般為一5一一35℃ ，相對(duì)濕度60％ 一80％。這種嚴(yán)寒的氣候?qū)C(jī)車空氣管路係統(tǒng)的影響主要有兩方麵。一方麵是低溫下各零部件自身性能下降或喪失，如潤(rùn)滑油脂粘度增大甚至固化、橡膠件變脆且易老化龜裂、鋼材韌性下降而脆性增大、電子元器件工作異常等。針對(duì)這類問題，關(guān)鍵在於對(duì)機(jī)車外購(gòu)零部件及原材料進(jìn)行把關(guān)，確保選用的產(chǎn)品在一40℃甚至更低溫度下能正常工作。另一方麵是壓縮空氣中的冷凝水在管道內(nèi)結(jié)冰，造成管路係統(tǒng)凍結(jié)。這是因?yàn)榭諝鈮嚎s後，單位體內(nèi)的水蒸氣分壓力增大，露點(diǎn)升高，當(dāng)其隨環(huán)境溫度降至0 oC以下，就有可能析出冷凝水並結(jié)冰圖1表示的是壓縮空氣飽和含濕量與**壓力和溫度的關(guān)係。

從圖中可以看出，低溫狀態(tài)下空氣飽和含濕量一般較低(0．75 0．9 MPa壓縮空氣在0℃ 以下的飽和含濕量小於l g／kg)，隨著溫度升高，該值呈近似指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)；在溫度不高(40℃以下)時(shí)，飽和含濕量與壓力呈近似反比關(guān)係。例如在環(huán)境溫度一20℃ ，相對(duì)濕度60％時(shí)，大氣含濕量約為0．5 g／kg，對(duì)應(yīng)露點(diǎn)一25℃ ；當(dāng)壓縮至900 kPa後，壓縮空氣的露點(diǎn)將升高至4℃左右，降至環(huán)溫後每含有1 kg乾空氣的濕空氣中將有約0．45 g水析出並結(jié)冰。

2．3 乾燥指標(biāo)的選定

防治管路係統(tǒng)凍結(jié)的關(guān)鍵在於對(duì)壓縮空氣進(jìn)行乾燥處理，除去其中水份，使其壓力露點(diǎn)低於環(huán)境溫度。為確保空氣管路係統(tǒng)低溫下正常工作，我們應(yīng)正確選定乾燥器的乾燥指標(biāo)。根據(jù)**各國(guó)經(jīng)驗(yàn)，為防止管路係統(tǒng)出現(xiàn)鏽蝕現(xiàn)象，空氣管路係統(tǒng)使用的壓縮空氣相對(duì)濕度應(yīng)低於35％，當(dāng)然這是指壓縮空氣在壓力狀態(tài)和環(huán)境溫度下的相對(duì)濕度值。實(shí)際上由於在乾燥器出風(fēng)口處的壓縮空氣溫度有可能高於環(huán)溫15℃(螺桿壓縮機(jī)供風(fēng))甚至更多(活塞壓縮機(jī)供風(fēng))，在其降溫過程中，相對(duì)濕度必然上升，所以乾燥器出風(fēng)口處乾燥指標(biāo)應(yīng)低於35％方能滿足要求。究竟低多少合適呢?我們可假定機(jī)車由螺桿壓縮機(jī)供風(fēng)，此時(shí)乾燥器出風(fēng)口處的壓縮空氣與環(huán)境的溫差為15℃(忽略總風(fēng)冷卻管、乾燥簡(jiǎn)的散熱以及吸附過程中的發(fā)熱)。從圖1可看出，該溫差將導(dǎo)致空氣飽和含濕量下降為原來的1／4～1／2，即壓縮空氣充分冷卻後相對(duì)濕度將為高溫狀態(tài)下的2～4倍。所以為確保壓縮空氣相對(duì)濕度始終低於35％，乾燥器出風(fēng)口處乾燥指標(biāo)宜選定為不大於8％。此外，雙塔乾燥器的乾燥效果與轉(zhuǎn)換周期有一定關(guān)係，一般而言縮短轉(zhuǎn)換周期可提高乾燥效果，但會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)換閥件的工作頻率增高而縮短使用壽命。由於高溫和低溫環(huán)境下乾燥劑的吸附效果都會(huì)明顯下降，所以此時(shí)應(yīng)適當(dāng)縮短乾燥器轉(zhuǎn)換周期，並增大再生孑L徑，以確保乾燥效果。

2．4 防治管路係統(tǒng)凍結(jié)的重點(diǎn)部位

根據(jù)對(duì)機(jī)車低溫下故障情況的統(tǒng)計(jì)，我們將下麵三個(gè)部位作為重點(diǎn)來做好管路係統(tǒng)凍結(jié)的防治工作。

2．4．1乾燥器

乾燥器低溫下易出現(xiàn)內(nèi)部氣流通道堵塞或無法正常排汙等故障。這是因?yàn)榍锲鲀?nèi)部一些管路、閥件處在高濕度甚至有冷凝水析出的情況下工作，水份殘留在內(nèi)壁，日積月累可能導(dǎo)致排汙管和濾清簡(jiǎn)冰凍堵塞，排汙閥和進(jìn)氣閥等部件動(dòng)作卡位。針對(duì)這類問題，我們可在安裝設(shè)計(jì)中儘量避免排汙管大角度折彎，並在該管外包自控溫電伴專線和防寒管材；同時(shí)對(duì)排汙閥和進(jìn)氣閥等部位采用加熱板或電熱套進(jìn)行加熱保溫。過去為確保乾燥器故障後能維持機(jī)車運(yùn)行，通常設(shè)有乾燥器短接塞門，以將其隔離而直接導(dǎo)通壓縮機(jī)與總風(fēng)缸。該做法對(duì)防寒工作十分不利，因?yàn)閷?dǎo)通短接塞門將導(dǎo)致大量未經(jīng)處理的飽和高濕度壓縮空氣直接進(jìn)入後續(xù)管路，低溫下極易引發(fā)凍結(jié)故障，在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)儘量避免。若乾燥器的可靠性很高，則可考慮在設(shè)計(jì)中取消短接塞門。

2．4．2總風(fēng)冷卻管路

壓縮機(jī)至乾燥器之間的總風(fēng)冷卻管路凍結(jié)堵塞問題曾經(jīng)在電力機(jī)車上多次出現(xiàn)。其主要原因是該段管路位於乾燥器之前，內(nèi)部的壓縮空氣未經(jīng)乾燥處理，富含水份，低溫下易導(dǎo)致該段管路上的止回閥凍結(jié)卡位或鋼管內(nèi)部完全冰封堵死。止回閥是通過閥芯在閥體內(nèi)上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣體單向流動(dòng)的，閥芯表麵附著的冷凝水結(jié)冰後，容易使閥芯凍結(jié)在閥體上不能動(dòng)作，導(dǎo)致壓縮空氣流動(dòng)受阻。要解決該問題可考慮在止回閥外部加裝效果良好的加熱裝置，使其溫度升至冰點(diǎn)以上。如果壓縮機(jī)自帶止回閥(目前裝車的螺桿壓縮機(jī)都屬該情況)，則總風(fēng)冷卻管上的止回閥多餘，可予以取消總風(fēng)冷卻管內(nèi)部完全冰封堵死的情況主要出現(xiàn)在SS9型機(jī)車上，且一般位於距乾燥器較近的底架管路低凹處以及穿越車底地板處。這是因?yàn)?span lang="EN-US">SS9型機(jī)車壓縮機(jī)與乾燥器總體布置距離較遠(yuǎn)，總風(fēng)冷卻管較長(zhǎng)，且多布置於車底，使得高溫壓縮空氣與外界的熱交換比較充分，冷凝水有足夠時(shí)間冷卻並結(jié)冰。相比之下SS4改型機(jī)車因?yàn)閴嚎s機(jī)與乾燥器的距離較近，總風(fēng)冷卻管較短，而極少出現(xiàn)這種情況。這說明要避免總風(fēng)冷卻管凍結(jié)堵塞，應(yīng)儘量將乾燥器與壓縮機(jī)布置在一塊，以縮短該段管路長(zhǎng)度，若條件允許還可在該段鋼管外纏繞自控溫電伴專線，外包防寒保溫材料。

2．4．3升弓管路係統(tǒng)

以前電力機(jī)車升弓管路係統(tǒng)出現(xiàn)凍結(jié)故障的情況比較嚴(yán)重，這是因?yàn)闄C(jī)車庫停後重新升弓合主斷時(shí)，有時(shí)需要輔助壓縮機(jī)提供壓縮空氣，而輔助壓縮機(jī)提供的壓縮空氣一般未進(jìn)行有效的乾燥處理，其中肯定會(huì)有凝結(jié)水隨溫度下降而析出，並容易在隨後管路中的止回閥、調(diào)壓閥等處集結(jié)成冰使其動(dòng)作失靈，導(dǎo)致機(jī)車故障。針對(duì)這類問題首先可考慮減少易故障部件，如：受電弓一般自帶調(diào)壓閥，設(shè)置在管路中的受電弓調(diào)壓閥可考慮取消；其次，可在輔助壓縮機(jī)出口設(shè)置冷卻風(fēng)缸，以儘快降低壓縮空氣溫度，並通過分水濾氣器或小型乾燥器及時(shí)處理掉已析出的冷凝水，防止其進(jìn)入後部件；再次，可對(duì)易故障閥件采取有效的加熱措施，防止其凍結(jié)；*後，在嚴(yán)寒氣候下還應(yīng)儘量少用輔助壓縮機(jī)打風(fēng)，以避免產(chǎn)生水汽而影響後續(xù)管路係統(tǒng)。

3 結(jié)論

電力機(jī)車空氣管路係統(tǒng)的防寒工作經(jīng)過幾年的摸索，目前已積累了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。為確保機(jī)車能夠在高寒地區(qū)更好的運(yùn)用，建議從優(yōu)化機(jī)車整體布置、提高乾燥器乾燥效果與可靠性、增加升弓管路除水措施等方麵考慮機(jī)車防寒，並通過進(jìn)行相關(guān)低溫試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步提高空氣管路係統(tǒng)在低溫下工可靠性。