郑 平，张惠山

（南昌铁路局 福州机务段，福建福州350014）

SS3型电力机车假空转故障原因分析及处理

郑 平，张惠山

（南昌铁路局 福州机务段，福建福州350014）

通过分析SS3型电力机车发生假空转故障的原因，提出相应的处理方法。为降低假空转故障发生的次数，提出了一些建议。

电力机车；假空转；原因分析；处理方法；建议

SS3型电力机车在运行途中，牵引电机产生的旋转力矩通过齿轮传递给车轴，再通过轮轨间的黏着产生纵向驱动力使机车向前运行。司机操作不当或轨面状态不良等原因使机车驱动力大于轮轨间黏着力时，黏着将被破坏，在轮轨接触点处出现车轮与钢轨间的相对滑动，车轮在驱动力矩的作用下产生高速旋转而发生空转（真空转）。发生空转时，机车速度传感器反馈的速度差、加速度、加速度变化率中某个值会超过空转保护系统设定值，系统就判断机车发生了空转，自动进行减载、撒沙来抑制空转，从而防止擦伤轮轨、减少空转引起的牵引力损失，这种情况属于发生真空转时系统的正常动作。有时电力机车空转保护系统速度传感器、连接线路、空转保护插件板等部件发生故障会引起系统误动作，即没有发生轮对高速旋转的空转也进行减载、撒沙等动作，这种情况俗称为假空转。频繁发生假空转会影响司机正常操纵机车，因此有必要分析电力机车发生假空转故障的原因，并提出相应的处理方法。

1 假空转故障原因分析

1.1 速度传感器故障

早期的SS3型电力机车是使用无源磁电式速度传感器，由于磁电式速度传感器故障率较高，因此近几年已被有源光电转速传感器（简称速度传感器）代替。2013年上半年福州机务段有多台电力机车在运行途中发生无名跳主断路器故障，其中SS34125电力机车在运行途中多次发生无名跳主断路器故障影响机车正常运行，技术人员多次上该车检查后判断是微机控制柜收到机车速度超过110 km/h的信号而切断主断路器。SS3型电力机车实际运行速度不会超过110 km/h，微机控制柜发出切断主断路器的信号是速度测量误差大导致的。由于福州机务段一时无法确定机车速度测量误差大的原因，就将此情况反馈给微机控制柜制造公司，公司派来的技术人员添乘记录了该车运行数据。通过查看该车运行数据发现超速信号是第4轮对上速度传感器发出的，该速度传感器发出的异常速度信号还多次引起机车过曲线或道岔时发生假空转。经检查发现SS34125电力机车第4轮对速度传感器传动万向轴与弹簧片磨损都较大，当机车通过曲线或道岔时速度传感器传动轴受到额外的冲击力，使速度传感器传动轴产生与机车轮对轴不同步的转动，不同步转动导致空转保护系统测得的机车速度与机车实际速度产生差异，这种差异较大时就会发生假空转故障。

1.2 连接线路不良

速度传感器发出的信号需经过插头、接线盒插座、接线盒与车上端子排间的连线等才能输送到空转保护系统，其中裸露在机车车体外的部分容易出现故障。例如，机车运行途中转向架与车体间的位移、洗车用清洗剂渗入接插件等都可能引起连接线路不良的故障。

1.3 空转保护插件板

SS3型电力机车空转保护系统电路原来是由频率变换插件板与空转控制插件板组成，伴随着电子技术的高速发展，后来就用一块空转保护插件板代替了原有的2块插件板。空转保护插件板保留了频率变换插件板的基本功能，将速度传感器输出的频率信号转换成电压信号，但此时的电压信号仅用于判断转速传感器是否存在故障，不作为速度信号提供给空转保护控制电路，这一点与2块插件板的空转保护系统不同，应引起机车检修技术人员注意。空转保护插件板空转控制部分是由单片机应用系统来完成的，速度传感器输出的信号经整形后送往单片机进行处理，单片机计算出速度差、加速度、加速度变化率等3个数值，当其中某个数值超过空转保护系统设定值时，就实施空转保护动作。采用空转保护插件板后，SS3型电力机车对空转的响应速度提高了，空转保护系统插件板的故障率也降低了，因此在处理假空转故障时应先检查速度传感器及连接线路等零部件是否存在故障，当这些零部件都没有故障时，再拆下空转保护插件板到地面试验台检测是否存在故障。

2 处理方法

2.1 速度传感器

SS3型电力机车小修工艺要求速度传感器做性能试验，但是试验台无法测试速度传感器传动万向轴与弹簧片的磨损量，检修工艺也没有明确允许的磨损量，因此造成传动万向轴与弹簧片磨损量较大的速度传感器还在使用中。为此在处理假空转故障时，可以通过测量速度传感器传动万向轴周向间隙的方法判断磨损量，周向间隙大于15°时应该更换（上述SS34125电力机车第4轮对速度传感器周向间隙约为30°），小修时还应在万向轴处添加适量的油脂。

2.2 方孔套与传动轴的间隙

电力机车在运行中是通过轮对轴端方孔套带动速度传感器方形传动轴转动的，传动轴与方孔套的间隙会造成速度传感器传动轴与机车轮对不同步转动。为减少传动轴与方孔套的间隙带来的测速误差，在处理假空转故障时应检查传动轴与方孔套的周向间隙，周向间隙应小于10°，传动轴及方孔套方孔四壁应涂适量的油脂。

2.3 连接线路

为检查连接线路状态自制了简易机车速度模拟信号发生器（简称信号发生器），信号发生器主要由直流电压变换器ICL7660、14级二进制分频器/振荡器CD4060、32768 Hz石英晶体振荡器及一些电阻电容等组成。9 V电池经ICL7660倍压电路转换成约15 V的电源，供方波发生电路使用，方波发生电路输出的信号频率为1 024 Hz。1 024 Hz的机车速度模拟信号相当于机车轮对直径1 250 mm、速度72.4 km/h时，速度传感器输出信号的频率，该频率速度信号变换的电压值由空转保护系统频率变换电路特性确定，例如Z317空转保护插件板变换的电压值为3.62 V。

通过手动目测检查连接线路接插件、线鼻子等接触状态，检查连接线是否有破损，如果目测检查未发现异常可以使用信号发生器作进一步检测。信号发生器通过车体外接线盒代替速度传感器向空转保护系统输送模拟信号，然后在机车上用数字万用表测量相关测试孔（例如Z317空转保护插件板2B、3B、4B、5B测试孔）电压，当所测电压与空转保护系统频率变换电路正常输出值相同时，可认为连接线路基本正常。

图1 简易机车速度模拟信号发生器

2.4 空转保护插件板

空转保护插件板空转控制电路故障引起假空转的可能性很小，但是空转保护插件板频率变换电路故障会影响假空转故障原因的判断，为此可用信号发生器向空转保护插件板相关测试孔（例如Z317空转保护插件板2A、3A、4A、5A测试孔）输送1 024 Hz方波信号，用数字万用表测量对应测试孔（例如Z317空转保护插件板2B、3B、4B、5B测试孔）电压的方法来判断是否存在故障。例如Z317空转保护插件板，如果数字万用表测得的电压与3.62 V相差较大或者测试孔之间最大差值大于0.2 V，该插件板就可能存在故障，应该卸下到地面试验台做进一步的检测或维修。

空转保护插件板频率变换电路通常采用LM2917、LM231等单片集成频率电压转换器，其中采用LM2917的频率变换电路故障相对多些，LM2917频率电压转换电路如图2所示。LM2917芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将频率信号转换为直流电压信号，内部有一只稳压管用于提高电源的稳定性，LM2917频率电压转换电路输出电压U与输入频率f的关系如式（1）。

式中VCC为LM2917内部稳压管的稳压值（等于7.56 V）；R×C为充电泵的时间常数（Z317空转保护插件板R等于47 kΩ，C等于0.01μF）。

图2 频率电压变换电路

当发现空转保护系统频率变换电路某通道输出电压异常时，应该先检测LM2917芯片第9脚输出电压，如果电压值与7.56 V差异较大该芯片就应该更换，如果差异不大则可以通过调整R的阻值使该通道输出电压恢复正常。

3 建 议

3.1 修改中修工艺

SS3型电力机车中修工艺规定轮对轴端方孔套边长不得大于21 mm，速度传感器方形传动轴边长不得小于18 mm。边长18 mm传动轴在边长21 mm方孔套中会产生约21.2°周向间隙，这个周向间隙太大，因此建议修改SS3型电力机车中修工艺，缩小速度传感器方形传动轴与轮对轴端方孔套的间隙。

由于SS3型电力机车中修工艺没有明确速度传感器传动万向轴与弹簧片允许的磨损量，不能确保中修后速度传感器状态良好，因此建议在中修工艺中增加速度传感器传动万向轴与弹簧片磨损量限度值与测量方法。

3.2 改进微机控制柜软件

SS3型电力机车原来安装的是电子控制柜，电子控制柜上有空转保护插件板，近几年不少机车已在大修时更新使用微机控制柜，空转保护系统在微机控制柜内。SS34125电力机车上安装的就是微机控制柜，与电子控制柜相比，微机控制柜有更高的测量精度与更快的响应速度。从SS34125电力机车运行数据可以看出，第4轮对速度传感器发出的速度信号在10 ms时间内从50 km/h上升到92 km/h，微机控制柜测量到如此大的加速度立即按空转处理。由于轮对与牵引电动机转子等都有较大的转动惯量，10 ms时间内速度根本不可能产生如此大的变化，微机控制柜按空转处理显然是误动作，即假空转按真空转处理。假空转时其他3个轮对速度传感器发出的速度信号都是60 km/h，这3个速度传感器10 ms时间能发出大约8.5个方波脉冲，第4轮对受外力冲击且速度传感器传动轴周向间隙较大，导致与速度传感器传动轴连接的光栅盘产生晃动后多发出了几个方波脉冲，微机控制柜测量到的该轮对速度也就比其他3个轮对大许多，假空转就发生了。建议微机控制柜生产公司通过改进软件过滤掉如此异常的假空转，减少发生假空转故障的次数。

4 结束语

根据福州机务段机统－6数据统计，2013年1～10月司机报修SS3型电力机车空转故障200多台次。由于电力机车真、假空转判断较困难，所以机车运行途中发生空转次数较多时司机就会填写机统－6报修。地面机车检修人员接到机统－6报修单时，按理只要对发生假空转或大空转故障的机车进行检修，而根据机统－6报修单与现有的检测手段难以判断是否有故障，通常采取预防性检修措施，更换速度传感器或空转保护插件板。为了判断速度传感器与空转保护插件板是否需要更换，本文提出检测速度传感器传动万向轴与弹簧片的磨损量等处理方法，以期达到降低SS3型电力机车假空转故障次数的目的。

［1］ 刘友梅.韶山3型4000系电力机车［M］.北京：中国铁道出版社，2000.

［2］ 中华人民共和国铁道部.TB/T 2760.1-2010机车转速传感器第1部分：光电转速传感器［S］.

［3］ 齐永利，鲁云峰，刘 鸣.LM2907频率/电压转换器原理及应用［J］.国外电子元器件，2005，（5）：70-71.

Cause Analysis and Processing for the False Idling Fault of SS3Electric Locomotive

ZHENG Ping ZHANG Huishan
（Fuzhou Locomotive Depot，Nanchang Railway Bureau，Fuzhou 350014 Fujian，China）

By analyzing the cause of false Idling fault of ss3 electric locomotive，this paper puts forward the corresponding processing method.To reduce the number of false idling fault，some suggestion is proposed.

electric locomotive；false idling；cause analysis；processing method；suggestion

U264.1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.28

1008－7842（2014）04－0120－03

�）男，高级工程师（

2013－11－29）