防寒技術(shù)是確保機車低溫工作性能的關(guān)鍵。過去我國電力機車主要在華北及其以南地區(qū)運用，*低使用溫度一般不到一25℃，隨著國產(chǎn)電力機車進入東北地區(qū)和烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦等國外市場，這些地區(qū)冬季嚴寒的氣候給電力機車正常運用帶來了巨大挑戰(zhàn)。以哈爾濱地區(qū)為例，一月份平均氣溫為一19．6 oC，極端*低氣溫可達一42．6oC。這些用戶都明確要求機車應(yīng)能滿足一4o℃(哈薩克斯坦招標機車要求為一5O℃)低溫下正常運行，而低溫下電力機車空氣管路系統(tǒng)因防寒措施不當易出現(xiàn)零部件性能下降、管路及閥件凍結(jié)等問題，將嚴重影響機車的正常運用。

1 空氣管路系統(tǒng)防寒歷程

*初國產(chǎn)電力機車的防寒是在既有機車的基礎(chǔ)上進行防寒處理和改進，以滿足低溫運行要求，其型號主要有SS4改、SS9和SS9改。由于當時缺乏防寒經(jīng)驗，我們主要針對機車低溫下出現(xiàn)的問題，逐步摸索空氣管路系統(tǒng)防寒經(jīng)驗，*終使機車滿足一40℃低溫下正常工作要求。**階段的防寒從首批赴東北地區(qū)運用的SS4改型機車設(shè)計制造階段開始實施。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)注的重點是壓縮機、干燥器及各閥的密封橡膠件等幾項關(guān)鍵部件。此外我們還參照西北地區(qū)電力機車的防寒經(jīng)驗，對空氣管路系統(tǒng)中影響行車**的分配閥、中繼閥、管道濾塵器等幾個重要閥件加包電熱套，并借鑒高寒地區(qū)內(nèi)燃機車用布包裹管道防寒的經(jīng)驗，對安裝于機車底架上的鋼管加包防寒保溫材料。該批機車投入東北地區(qū)運用后在2001年冬季，空氣管路系統(tǒng)出現(xiàn)了一些問題，經(jīng)統(tǒng)計主要有以下幾類：壓縮機無法向總風缸充風；升弓管路系統(tǒng)工作不正常，導致機車升弓、合主斷困難；干燥器工作異常，如無法正常排污或內(nèi)部氣流通道堵塞；少量制動機閥件凍結(jié)卡滯等。針對以上問題，我們實施了**階段的防寒，在原來基礎(chǔ)上擴大電熱套的應(yīng)用范圍，對空氣管路系統(tǒng)幾乎所有氣動閥件加包電熱套?？紤]到蓄電池的容量，這些電熱套分為兩類：**類主要對確保受電弓、主斷正常工作的升弓管路系統(tǒng)各閥件進行加熱，由機車蓄電池提供DC110V電源；其余電熱套列為**類，主要對風源系統(tǒng)和制動機系統(tǒng)各閥件進行電加熱，由機車控制電路供電。實施以上防寒措施后，SS4改型機車低溫工作性能明顯提高，但SS9和SS9改型機車因其特殊的管路布置，仍存在低溫下壓縮機無法向總風缸充風的問題。針對該情況我們在2002年冬季對這兩型機車實施了第三階段防寒，即在兩壓縮機出風管匯合處的三通閥及附近鋼管(均屬機車底架管路)、干燥器排污管共兩處地方纏繞自控溫電伴專線，外包防寒保溫材料；并在螺桿壓縮機與干燥器進風管之間增設(shè)一條備用管路；同時還將雙塔干燥器轉(zhuǎn)換周期縮短，以提高干燥效果；除此之外，還從SS90074機車開始，將螺桿壓縮機與活塞壓縮機位置對調(diào)，以縮短螺桿壓縮機至干燥器的管路長度。通過以上三個階段的防寒，電力機車因低溫而出現(xiàn)的故障大幅減少，基本上能滿足在冬季嚴寒氣候條件下正常運用。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：

(1)加熱保溫針對性不強。由于過去我們對管路系統(tǒng)易凍部位調(diào)查分析不夠，從確保**角度出發(fā)，采取了對幾乎所有氣動閥件加包電熱套，對大部分管路包加防寒材料的措施。實際上這是一種治標措施，效果并不理想。因為該措施不能**管路系統(tǒng)凍結(jié)的真正元兇——冷凝水，反而使機車制造和運行成本增加，電氣線路的故障隱患點增多，而且閥件包加電熱套后還增加了檢修維護的難度。

(2)電熱套缺乏自動調(diào)溫能力。環(huán)境溫度稍高時，部分閥件可能因加熱溫度過高而加速內(nèi)部橡膠件老化；當環(huán)境溫度降低時，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 空氣管路系統(tǒng)防寒技術(shù)分析

2．1 防寒設(shè)計原則

空氣管路系統(tǒng)防寒設(shè)計原則是在滿足機車低溫下正常運用的基礎(chǔ)上，還具備**可靠、經(jīng)濟實用、操作維護方便等優(yōu)點。也就是說，一方面要確保防寒效果顯著，～方面又要使防寒措施簡單實用，具有可靠性、針對性和一定的免維護性。既防止因擴大圍加熱保溫而造成資源浪費，又避免因防寒措施不當而導致機車故障。

2．2 低溫對機車空氣管路系統(tǒng)的影響

我國東北地區(qū)以及哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等地的*冷時期出現(xiàn)在每年l2月至次年1月，此時日*低氣溫一般為一5一一35℃ ，相對濕度60％ 一80％。這種嚴寒的氣候?qū)C車空氣管路系統(tǒng)的影響主要有兩方面。一方面是低溫下各零部件自身性能下降或喪失，如潤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。針對這類問題，關(guān)鍵在于對機車外購零部件及原材料進行把關(guān)，確保選用的產(chǎn)品在一40℃甚至更低溫度下能正常工作。另一方面是壓縮空氣中的冷凝水在管道內(nèi)結(jié)冰，造成管路系統(tǒng)凍結(jié)。這是因為空氣壓縮后，單位體內(nèi)的水蒸氣分壓力增大，露點升高，當其隨環(huán)境溫度降至0 oC以下，就有可能析出冷凝水并結(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)系。

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于l g／kg)，隨著溫度升高，該值呈近似指數(shù)級增長；在溫度不高(40℃以下)時，飽和含濕量與壓力呈近似反比關(guān)系。例如在環(huán)境溫度一20℃ ，相對濕度60％時，大氣含濕量約為0．5 g／kg，對應(yīng)露點一25℃ ；當壓縮至900 kPa后，壓縮空氣的露點將升高至4℃左右，降至環(huán)溫后每含有1 kg干空氣的濕空氣中將有約0．45 g水析出并結(jié)冰。

2．3 干燥指標的選定

防治管路系統(tǒng)凍結(jié)的關(guān)鍵在于對壓縮空氣進行干燥處理，除去其中水份，使其壓力露點低于環(huán)境溫度。為確保空氣管路系統(tǒng)低溫下正常工作，我們應(yīng)正確選定干燥器的干燥指標。根據(jù)**各國經(jīng)驗，為防止管路系統(tǒng)出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，空氣管路系統(tǒng)使用的壓縮空氣相對濕度應(yīng)低于35％，當然這是指壓縮空氣在壓力狀態(tài)和環(huán)境溫度下的相對濕度值。實際上由于在干燥器出風口處的壓縮空氣溫度有可能高于環(huán)溫15℃(螺桿壓縮機供風)甚至更多(活塞壓縮機供風)，在其降溫過程中，相對濕度必然上升，所以干燥器出風口處干燥指標應(yīng)低于35％方能滿足要求。究竟低多少合適呢?我們可假定機車由螺桿壓縮機供風，此時干燥器出風口處的壓縮空氣與環(huán)境的溫差為15℃(忽略總風冷卻管、干燥簡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后相對濕度將為高溫狀態(tài)下的2～4倍。所以為確保壓縮空氣相對濕度始終低于35％，干燥器出風口處干燥指標宜選定為不大于8％。此外，雙塔干燥器的干燥效果與轉(zhuǎn)換周期有一定關(guān)系，一般而言縮短轉(zhuǎn)換周期可提高干燥效果，但會因為轉(zhuǎn)換閥件的工作頻率增高而縮短使用壽命。由于高溫和低溫環(huán)境下干燥劑的吸附效果都會明顯下降，所以此時應(yīng)適當縮短干燥器轉(zhuǎn)換周期，并增大再生孑L徑，以確保干燥效果。

2．4 防治管路系統(tǒng)凍結(jié)的重點部位

根據(jù)對機車低溫下故障情況的統(tǒng)計，我們將下面三個部位作為重點來做好管路系統(tǒng)凍結(jié)的防治工作。

2．4．1干燥器

干燥器低溫下易出現(xiàn)內(nèi)部氣流通道堵塞或無法正常排污等故障。這是因為干燥器內(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，日積月累可能導致排污管和濾清簡冰凍堵塞，排污閥和進氣閥等部件動作卡位。針對這類問題，我們可在安裝設(shè)計中盡量避免排污管大角度折彎，并在該管外包自控溫電伴專線和防寒管材；同時對排污閥和進氣閥等部位采用加熱板或電熱套進行加熱保溫。過去為確保干燥器故障后能維持機車運行，通常設(shè)有干燥器短接塞門，以將其隔離而直接導通壓縮機與總風缸。該做法對防寒工作十分不利，因為導通短接塞門將導致大量未經(jīng)處理的飽和高濕度壓縮空氣直接進入后續(xù)管路，低溫下極易引發(fā)凍結(jié)故障，在實際運用中應(yīng)盡量避免。若干燥器的可靠性很高，則可考慮在設(shè)計中取消短接塞門。

2．4．2總風冷卻管路

壓縮機至干燥器之間的總風冷卻管路凍結(jié)堵塞問題曾經(jīng)在電力機車上多次出現(xiàn)。其主要原因是該段管路位于干燥器之前，內(nèi)部的壓縮空氣未經(jīng)干燥處理，富含水份，低溫下易導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)上下移動實現(xiàn)氣體單向流動的，閥芯表面附著的冷凝水結(jié)冰后，容易使閥芯凍結(jié)在閥體上不能動作，導致壓縮空氣流動受阻。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，使其溫度升至冰點以上。如果壓縮機自帶止回閥(目前裝車的螺桿壓縮機都屬該情況)，則總風冷卻管上的止回閥多余，可予以取消總風冷卻管內(nèi)部完全冰封堵死的情況主要出現(xiàn)在SS9型機車上，且一般位于距干燥器較近的底架管路低凹處以及穿越車底地板處。這是因為SS9型機車壓縮機與干燥器總體布置距離較遠，總風冷卻管較長，且多布置于車底，使得高溫壓縮空氣與外界的熱交換比較充分，冷凝水有足夠時間冷卻并結(jié)冰。相比之下SS4改型機車因為壓縮機與干燥器的距離較近，總風冷卻管較短，而極少出現(xiàn)這種情況。這說明要避免總風冷卻管凍結(jié)堵塞，應(yīng)盡量將干燥器與壓縮機布置在一塊，以縮短該段管路長度，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升弓管路系統(tǒng)

以前電力機車升弓管路系統(tǒng)出現(xiàn)凍結(jié)故障的情況比較嚴重，這是因為機車庫停后重新升弓合主斷時，有時需要輔助壓縮機提供壓縮空氣，而輔助壓縮機提供的壓縮空氣一般未進行有效的干燥處理，其中肯定會有凝結(jié)水隨溫度下降而析出，并容易在隨后管路中的止回閥、調(diào)壓閥等處集結(jié)成冰使其動作失靈，導致機車故障。針對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，可在輔助壓縮機出口設(shè)置冷卻風缸，以盡快降低壓縮空氣溫度，并通過分水濾氣器或小型干燥器及時處理掉已析出的冷凝水，防止其進入后部件；再次，可對易故障閥件采取有效的加熱措施，防止其凍結(jié)；*后，在嚴寒氣候下還應(yīng)盡量少用輔助壓縮機打風，以避免產(chǎn)生水汽而影響后續(xù)管路系統(tǒng)。

3 結(jié)論

電力機車空氣管路系統(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)計經(jīng)驗。為確保機車能夠在高寒地區(qū)更好的運用，建議從優(yōu)化機車整體布置、提高干燥器干燥效果與可靠性、增加升弓管路除水措施等方面考慮機車防寒，并通過進行相關(guān)低溫試驗驗證，進一步提高空氣管路系統(tǒng)在低溫下工可靠性。