防寒技術是確保機車低溫工作性能的關鍵。過去我國電力機車主要在華北及其以南地區運用，*低使用溫度一般不到一25℃，隨著國產電力機車進入東北地區和烏茲彆克斯坦、哈薩克斯坦等國外市場，這些地區冬季嚴寒的氣候給電力機車正常運用帶來了巨大挑戰。以哈爾濱地區為例，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係統因防寒措施不當易出現零部件性能下降、管路及閥件凍結等問題，將嚴重影響機車的正常運用。 1 空氣管路係統防寒曆程 *初國產電力機車的防寒是在既有機車的基礎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。由於當時缺乏防寒經驗，我們主要針對機車低溫下出現的問題，逐步摸索空氣管路係統防寒經驗，*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運用的SS4改型機車設計製造階段開始實施。我們從確保部件的低溫性能人手，要求全部裝車產品滿足一4o℃低溫要求，關注的重點是壓縮機、乾燥器及各閥的密封橡膠件等幾項關鍵部件。此外我們還參照西北地區電力機車的防寒經驗，對空氣管路係統中影響行車**的分配閥、中繼閥、管道濾塵器等幾個重要閥件加包電熱套，並借鑒高寒地區內燃機車用布包裹管道防寒的經驗，對安裝於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運用後在2001年冬季，空氣管路係統出現了一些問題，經統計主要有以下幾類：壓縮機無法向總風缸充風；升弓管路係統工作不正常，導致機車升弓、合主斷困難；乾燥器工作異常，如無法正常排汙或內部氣流通道堵塞；少量製動機閥件凍結卡滯等。針對以上問題，我們實施了**階段的防寒，在原來基礎上擴大電熱套的應用範圍，對空氣管路係統幾乎所有氣動閥件加包電熱套。考慮到蓄電池的容量，這些電熱套分為兩類：**類主要對確保受電弓、主斷正常工作的升弓管路係統各閥件進行加熱，由機車蓄電池提供DC110V電源；其餘電熱套列為**類，主要對風源係統和製動機係統各閥件進行電加熱，由機車控製電路供電。實施以上防寒措施後，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彙合處的三通閥及附近鋼管(均屬機車底架管路)、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；並在螺桿壓縮機與乾燥器進風管之間增設一條備用管路；同時還將雙塔乾燥器轉換周期縮短，以提高乾燥效果；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，以縮短螺桿壓縮機至乾燥器的管路長度。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。由於過去我們對管路係統易凍部位調查分析不夠，從確保**角度出發，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，效果並不理想。因為該措施不能**管路係統凍結的真正元兇——冷凝水，反而使機車製造和運行成本增加，電氣線路的故障隱患點增多，而且閥件包加電熱套後還增加了檢修維護的難度。 (2)電熱套缺乏自動調溫能力。環境溫度稍高時，部分閥件可能因加熱溫度過高而加速內部橡膠件老化；當環境溫度降低時，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 空氣管路係統防寒技術分析 2．1 防寒設計原則 空氣管路係統防寒設計原則是在滿足機車低溫下正常運用的基礎上，還具備**可靠、經濟實用、操作維護方便等優點。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係統的影響 我國東北地區以及哈薩克斯坦、烏茲彆克斯坦等地的*冷時期出現在每年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％。這種嚴寒的氣候對機車空氣管路係統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，關鍵在於對機車外購零部件及原材料進行把關，確保選用的產品在一40℃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結冰，造成管路係統凍結。這是因為空氣壓縮後，單位體內的水蒸氣分壓力增大，露點升高，當其隨環境溫度降至0 oC以下，就有可能析出冷凝水並結冰圖1表示的是壓縮空氣飽和含濕量與**壓力和溫度的關係。 
從圖中可以看出，低溫狀態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係。例如在環境溫度一20℃ ，相對濕度60％時，大氣含濕量約為0．5 g／kg，對應露點一25℃ ；當壓縮至900 kPa後，壓縮空氣的露點將升高至4℃左右，降至環溫後每含有1 kg乾空氣的濕空氣中將有約0．45 g水析出並結冰。 2．3 乾燥指標的選定 防治管路係統凍結的關鍵在於對壓縮空氣進行乾燥處理，除去其中水份，使其壓力露點低於環境溫度。為確保空氣管路係統低溫下正常工作，我們應正確選定乾燥器的乾燥指標。根據**各國經驗，為防止管路係統出現鏽蝕現象，空氣管路係統使用的壓縮空氣相對濕度應低於35％，當然這是指壓縮空氣在壓力狀態和環境溫度下的相對濕度值。實際上由於在乾燥器出風口處的壓縮空氣溫度有可能高於環溫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，所以乾燥器出風口處乾燥指標應低於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，此時乾燥器出風口處的壓縮空氣與環境的溫差為15℃(忽略總風冷卻管、乾燥簡的散熱以及吸附過程中的發熱)。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後相對濕度將為高溫狀態下的2～4倍。所以為確保壓縮空氣相對濕度始終低於35％，乾燥器出風口處乾燥指標宜選定為不大於8％。此外，雙塔乾燥器的乾燥效果與轉換周期有一定關係，一般而言縮短轉換周期可提高乾燥效果，但會因為轉換閥件的工作頻率增高而縮短使用壽命。由於高溫和低溫環境下乾燥劑的吸附效果都會明顯下降，所以此時應適當縮短乾燥器轉換周期，並增大再生孑L徑，以確保乾燥效果。 2．4 防治管路係統凍結的重點部位 根據對機車低溫下故障情況的統計，我們將下麵三個部位作為重點來做好管路係統凍結的防治工作。 2．4．1乾燥器 乾燥器低溫下易出現內部氣流通道堵塞或無法正常排汙等故障。這是因為乾燥器內部一些管路、閥件處在高濕度甚至有冷凝水析出的情況下工作，水份殘留在內壁，日積月累可能導致排汙管和濾清簡冰凍堵塞，排汙閥和進氣閥等部件動作卡位。針對這類問題，我們可在安裝設計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；同時對排汙閥和進氣閥等部位采用加熱板或電熱套進行加熱保溫。過去為確保乾燥器故障後能維持機車運行，通常設有乾燥器短接塞門，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處理的飽和高濕度壓縮空氣直接進入後續管路，低溫下極易引發凍結故障，在實際運用中應儘量避免。若乾燥器的可靠性很高，則可考慮在設計中取消短接塞門。 2．4．2總風冷卻管路 壓縮機至乾燥器之間的總風冷卻管路凍結堵塞問題曾經在電力機車上多次出現。其主要原因是該段管路位於乾燥器之前，內部的壓縮空氣未經乾燥處理，富含水份，低溫下易導致該段管路上的止回閥凍結卡位或鋼管內部完全冰封堵死。止回閥是通過閥芯在閥體內上下移動實現氣體單向流動的，閥芯表麵附著的冷凝水結冰後，容易使閥芯凍結在閥體上不能動作，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餘，可予以取消總風冷卻管內部完全冰封堵死的情況主要出現在SS9型機車上，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。這是因為SS9型機車壓縮機與乾燥器總體布置距離較遠，總風冷卻管較長，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，冷凝水有足夠時間冷卻並結冰。相比之下SS4改型機車因為壓縮機與乾燥器的距離較近，總風冷卻管較短，而極少出現這種情況。這說明要避免總風冷卻管凍結堵塞，應儘量將乾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升弓管路係統 以前電力機車升弓管路係統出現凍結故障的情況比較嚴重，這是因為機車庫停後重新升弓合主斷時，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乾燥處理，其中肯定會有凝結水隨溫度下降而析出，並容易在隨後管路中的止回閥、調壓閥等處集結成冰使其動作失靈，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：受電弓一般自帶調壓閥，設置在管路中的受電弓調壓閥可考慮取消；其次，可在輔助壓縮機出口設置冷卻風缸，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處理掉已析出的冷凝水，防止其進入後部件；再次，可對易故障閥件采取有效的加熱措施，防止其凍結；*後，在嚴寒氣候下還應儘量少用輔助壓縮機打風，以避免產生水汽而影響後續管路係統。 3 結論 電力機車空氣管路係統的防寒工作經過幾年的摸索，目前已積累了一定的設計經驗。為確保機車能夠在高寒地區更好的運用，建議從優化機車整體布置、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車防寒，並通過進行相關低溫試驗驗證，進一步提高空氣管路係統在低溫下工可靠性。 | 
