我國(guó)干線(xiàn)交直傳動(dòng)機(jī)車(chē)中軸功率最大的是ss8型客運(yùn)電力機(jī)車(chē)，其牽引電動(dòng)機(jī)功率900kw，軸重為22t.近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)的問(wèn)世，機(jī)車(chē)單軸功率已經(jīng)突破1.2mw，同時(shí)為適應(yīng)更高速度運(yùn)用要求，其軸重普遍小于21 t.這樣一來(lái)，機(jī)車(chē)單位重量所傳遞的功率和牽引力大大增加，粘著利用系數(shù)大大提高，傳統(tǒng)的防空轉(zhuǎn)控制技術(shù)已無(wú)法適應(yīng)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)大功率、高響應(yīng)和高粘著利用的要求。因此，有必要對(duì)粘著控制技術(shù)做一些研究。

1機(jī)車(chē)粘著控制技術(shù)特點(diǎn)比較當(dāng)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)傳遞牽引力時(shí)，電機(jī)定子頻率與轉(zhuǎn)子頻率間存在一定的轉(zhuǎn)速差（轉(zhuǎn)差很小，一般為定子頻率的1%~2%）。當(dāng)牽引力超過(guò)輪軌粘著力時(shí)輪對(duì)發(fā)生空轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升很快，而由變流器控制所給定的電機(jī)定子頻率因?yàn)轫憫?yīng)滯后，相對(duì)追蹤上升較慢，引起電機(jī)轉(zhuǎn)差減小，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩自然下降，抑制了空轉(zhuǎn)的進(jìn)一步擴(kuò)大，輪軌粘著能較快恢復(fù)。因此，單從交流電機(jī)本身特性來(lái)看，其自身就具有一定的空轉(zhuǎn)抑制能力。再加上交流傳動(dòng)為高頻開(kāi)關(guān)控制，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)非常迅速（數(shù)毫秒），與交直傳動(dòng)相控整流相比，響應(yīng)時(shí)間要快一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)可通過(guò)動(dòng)態(tài)檢測(cè)車(chē)輪蠕滑狀態(tài)來(lái)找到輪軌最佳粘著點(diǎn)，并適時(shí)地降低給定，提前預(yù)防并迅速抑制空轉(zhuǎn)，使其粘著利用較交直傳動(dòng)有了很大提高。交流傳動(dòng)與交直傳動(dòng)機(jī)車(chē)粘著利用性能對(duì)比見(jiàn)表1.表1交流傳動(dòng)與交直傳動(dòng)粘著利用的對(duì)比項(xiàng)目交流傳動(dòng)交直傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬軟轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快慢控制響應(yīng)快慢粘著優(yōu)化有無(wú)平均粘著利用高低國(guó)際上對(duì)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)粘著控制的研究工作已進(jìn)行了數(shù)十年，取得了許多突破和進(jìn)展。據(jù)報(bào)道，交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的啟動(dòng)粘著利用系數(shù)已經(jīng)達(dá)到0.4以上，而交直傳動(dòng)機(jī)車(chē)一般只能達(dá)到0.36左右。這一方面是由于交流傳動(dòng)所固有的優(yōu)點(diǎn)，如電動(dòng)機(jī)特性好、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)響應(yīng)高，另一方面也得益于采用了先進(jìn)的粘著控制技術(shù)。所示為1972―1995年ge公司內(nèi)燃機(jī)車(chē)啟動(dòng)粘著利用提高的發(fā)展歷程。從可以看出，20多年來(lái)，交流傳動(dòng)粘著控制技術(shù)的應(yīng)用已將內(nèi)燃機(jī)車(chē)啟動(dòng)粘著利用提高了將近1倍。

2粘著控制原理分析機(jī)車(chē)牽引力是輪軌間相互作用的結(jié)果。在牽引電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，車(chē)輪踏面與軌面接觸并產(chǎn)生一定塑性變形和蠕滑，鋼軌對(duì)車(chē)輪施加反作用力即牽引力，輪軌接觸處所能傳遞的最大牽引力稱(chēng)為粘著力。由于蠕滑的存在，車(chē)輪的輪周速度要稍微高于機(jī)車(chē)速度，二者的差異即為車(chē)輪的蠕滑速度，蠕滑速度與機(jī)車(chē)速度和輪周速度平均值的百分率稱(chēng)為蠕滑率。為車(chē)輪蠕滑及牽引力產(chǎn)生的示意圖。

例如，瑞士re460機(jī)車(chē)采用的就是相位法，即在實(shí)際牽引力上疊加一個(gè)（710hz）頻率、（2%4%）幅度的正弦測(cè)相信號(hào)，根據(jù)反饋速度與實(shí)際力的相位差來(lái)確定是否達(dá)到最佳粘著點(diǎn)。當(dāng)然，任何一種粘著控制模型和算法，都會(huì)受到實(shí)際運(yùn)用中各種干擾的影響，不可能精確地得到車(chē)輪實(shí)際的蠕滑狀況，因此很難真正達(dá)到理想的最大粘著，但經(jīng)過(guò)反復(fù)優(yōu)化的確可以提高平均粘著利用率。

我國(guó)交流傳動(dòng)技術(shù)的工程化剛剛起步，對(duì)粘著控制的研究和試驗(yàn)還不夠深入。盡管如此，通過(guò)借鑒交直傳動(dòng)防空轉(zhuǎn)技術(shù)成功的經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)探索出了一種通過(guò)實(shí)時(shí)、快速地檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速及機(jī)車(chē)牽引力的變化，不斷尋找最佳粘著點(diǎn)來(lái)確定當(dāng)前的給定轉(zhuǎn)矩門(mén)檻的控制方法。由于交流傳動(dòng)響應(yīng)較快，空轉(zhuǎn)抑制迅速，它與傳統(tǒng)的防空轉(zhuǎn)技術(shù)相比也能取得較好的效果。然而，這種新的粘著控制方法的控制效果還有待于長(zhǎng)期的運(yùn)用考核和觀察。

3正線(xiàn)粘著測(cè)試數(shù)據(jù)分析為驗(yàn)證首臺(tái)國(guó)產(chǎn)交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)的粘著控制效果，在鐵道部科技司的安排下，2002年6月22日，d20001“奧星”交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)在鄭州鐵路局管內(nèi)京廣北段信陽(yáng)一廣水間進(jìn)行了2次運(yùn)行及坡停啟動(dòng)試驗(yàn)（如所示），以測(cè)試驗(yàn)證機(jī)車(chē)的粘著利用效果。當(dāng)日天氣為小雨轉(zhuǎn)陰，為模擬濕滑的軌面條件，由安裝在機(jī)車(chē)上的噴水裝置對(duì)軌面實(shí)施人工灑水，噴灑用水為手感滑膩的肥皂水，且所有試驗(yàn)均在未撒砂的條件下完成。試驗(yàn)編組負(fù)載為900t（含試驗(yàn)車(chē)、重載貨車(chē)），試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.表2d20001機(jī)車(chē)試驗(yàn)結(jié)果總匯試驗(yàn)區(qū)間李家寨一孝子店一雞公山武勝關(guān)武勝關(guān)直段運(yùn)行次別下行1下行2上行2試驗(yàn)內(nèi)容坡行牽引坡行牽引坡停啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間/min開(kāi)始速度/kmh-1結(jié)束速度/kmh-1最大車(chē)鉤牽引力/kn最小車(chē)鉤牽引力/kn平均車(chē)鉤牽引力/kn運(yùn)行附加阻力/kn平均牽引力/kn粘著利用系數(shù)為準(zhǔn)確地分析機(jī)車(chē)的粘著利用，應(yīng)盡量排除彎道和線(xiàn)路超高帶來(lái)的影響。在上行2啟動(dòng)加速過(guò)程中，試驗(yàn)車(chē)記錄的速度、時(shí)間、縱斷面和車(chē)鉤力曲線(xiàn)表明，15~40km/h恰好處于直線(xiàn)段上，因此取此段數(shù)據(jù)來(lái)估算啟動(dòng)粘著利用系數(shù)最合適。該段平均車(chē)鉤力約為175kn，加速時(shí)間恰好約為100s，平均啟動(dòng)加速度a=0.0694m/s2，機(jī)車(chē)重量m按84t計(jì)，機(jī)車(chē)加速力約為5.8kn，機(jī)車(chē)坡道阻力為9.9kn（12%.坡道下滑力），機(jī)車(chē)基本阻力根據(jù)環(huán)行線(xiàn)數(shù)據(jù)近似取2kn，則機(jī)車(chē)實(shí)際發(fā)揮牽引力f為：175+5.8+9.9+2對(duì)比ss8機(jī)車(chē)1997年和1998年在同樣區(qū)段進(jìn)行的防空轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)報(bào)告還發(fā)現(xiàn)，在噴水和撒砂的情況下，ss8機(jī)車(chē)的平均啟動(dòng)牽引力僅約為182kn（根據(jù)記錄下的電機(jī)電流折算到機(jī)車(chē)上的輪周牽引力），機(jī)車(chē)粘著利用系數(shù)大約為0.210.d2機(jī)車(chē)與ss8機(jī)車(chē)的坡停啟動(dòng)粘著利用測(cè)試結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3.表3 d2機(jī)車(chē)與ss8機(jī)車(chē)啟動(dòng)粘著利用對(duì)比項(xiàng)目軸重/t總重/t最大啟動(dòng)牽引力/kn實(shí)測(cè)平均牽引力/kn 192.7（不撒砂）實(shí)測(cè)粘著利用系數(shù)0.234（不撒砂）從表3可以看出，d2交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的粘著利用即使在不撒砂的情況下，仍較ss8交直傳動(dòng)機(jī)車(chē)提高11%以上。

4存在不足及改進(jìn)建議盡管?chē)?guó)產(chǎn)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)粘著利用較交直傳動(dòng)機(jī)車(chē)有所提升，但仍存在不少有待改進(jìn)的地方，有必要進(jìn)一步改善空轉(zhuǎn)的保護(hù)和抑制的效果，進(jìn)一步提高粘著利用率。據(jù)國(guó)外相關(guān)資料介紹，交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)粘著利用較直流傳動(dòng)機(jī)車(chē)可提高20%30%.如adtranz公司（現(xiàn)bombadier公司）提供的12x交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)粘著控制試驗(yàn)資料3eh-110328中，給出了各種軌面條件下試驗(yàn)的粘著利用數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表4.表412x機(jī)車(chē)粘著試驗(yàn)數(shù)據(jù)工況人工噴水自然潮濕雪覆蓋平均啟動(dòng)牽引力/kn粘著利用系數(shù)注：機(jī)車(chē)重量82t，不撒砂，取直線(xiàn)段數(shù)據(jù)。

12x是單軸控制方式的交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)，軸重轉(zhuǎn)移的影響幾乎可以忽略不計(jì)。即使考慮到軸重轉(zhuǎn)移的影響（按最大10%考慮），其粘著利用仍高于國(guó)產(chǎn)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的20%左右。由此看來(lái)，國(guó)產(chǎn)交流傳動(dòng)粘著控制技術(shù)仍有較大的提升改進(jìn)空間。

針對(duì)d2交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)運(yùn)用考核近1年暴露的問(wèn)題，對(duì)其粘著控制提出如下改進(jìn)建議：盡快開(kāi)展優(yōu)化粘著控制模型和算法的研究，并全天候跟蹤機(jī)車(chē)的粘著控制的效果，不斷優(yōu)化粘著控制參數(shù)。

因在不同速度下粘著的發(fā)揮不一致，相同的一組參數(shù)難以使各段的粘著控制效果達(dá)到最佳，建議高速和低速段（或分幾段）采用不同的參數(shù)。

由于傳動(dòng)環(huán)節(jié)存在彈性，電機(jī)側(cè)與輪對(duì)側(cè)轉(zhuǎn)速不完全一致，可能會(huì)導(dǎo)致粘著利用不充分。建議在取一路電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)速作為逆變器控制轉(zhuǎn)速信號(hào)的前提下，嘗試另一路直接采用輪對(duì)端轉(zhuǎn)速作為粘著控制的輸入轉(zhuǎn)速信號(hào)。

電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖數(shù)太少（60個(gè)/r），建議向d機(jī)車(chē)和12x機(jī)車(chē)靠攏，取120個(gè)/r或更高數(shù)目，以提高轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度，提高粘著控制的效果。

綜上所述，國(guó)產(chǎn)交流傳動(dòng)粘著控制技術(shù)的研究仍有很大潛力，相信隨著研究的不斷深入，國(guó)產(chǎn)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)粘著控制技術(shù)將會(huì)日益走向成熟。