摘要：本文通過分析電力電子技術的發展狀況，再結合電力電子技術在我國電力機車牽引電傳動系統中的應用情況，指出了寬禁帶半導體技術是今后從事電力電子技術研究的重要方向，并提出了繼續探究優化改型IGBT和SiC功率器件在電力機車上的應用研究，對促進我國電力機車的發展具有重大意義。

關鍵詞:電力電子技術；電力機車；牽引電傳動系統

隨著電力電子技術的快速發展，電力機車牽引電傳動系統發生了巨大的變化。20世紀中后期，采用交直傳動系統的韶山型電力機車在我國鐵路交通運輸中占主導地位，但隨著現代科學與技術的快速發展，采用交直交傳動系統的和諧系列電力機車，在生產實際中得到廣泛的應用，并逐漸取代了韶山型電力機車。在電力機車牽引電傳動系統的發展歷程中，電力電子技術承擔著舉足輕重的作用，因此，電力電子技術在電力機車牽引電傳動系統中的應用研究具有重要意義。

1電力電子技術的發展

1947年，第一只晶體管的研制成功，開創了半導體固態電子學，20世紀50年代功率半導體二極管的出現，提高了整流電路的效率。1957年美國通用電氣公司研制出第一只可控型電力電子器件———晶閘管，次年得以商業化，標志著對電能變換與控制的電力電子技術誕生。電力電子技術是一門新型技術，但是發展快速，其原因有兩個：一是：人類電氣化時代，電能在國民工業中的應用比重已成為衡量一個國家發展水平的重要指標，電力電子技術適應了當今世界人們對電能的巨大需求以及能源利用效率的不斷追求，利用電力電子技術可以實現交流到直流（AC/DC）、直流到交流（DC/AC）、交流到交流（AC/AC）、直流到直流（DC/DC）等多形式的能量變換，這為太陽能、風能等清潔能源的利用，高效的交流傳動，以及高壓直流輸電等各領域的應用打開了廣闊的前景。二是：電力電子器件的發展極大地擴展了電力電子技術應用的功率范圍，微處理器的出現實現了控制數字化，快速推進了電力電子技術的應用發展。1.1傳統電力電子技術。晶閘管的發明擴展了半導體器件的功率控制范圍，在二十世紀60年代得到快速推廣，主要應用于大功率整流器。二十世紀60年代普遍較大功率的工業用電由工頻交流發電機產生，其中有近20%的電力是給直流用電負載使用，而大功率硅整流器實現了將工頻交流電轉換成直流電。晶閘管具有體積小、功耗小、效率高、可控等特點，用它構成的變流裝置具有壽命長、易維護等優點。因此，晶閘管的開發與應用在上世紀六、七十年代得到了快速發展。由于晶閘管的關斷不可控，需要依靠外加電路或外加反向電壓來實現關斷，這就限制了晶閘管的應用。隨著科技的發展，多種多樣的負載不斷涌現，對需求的電能提出了更高的要求，在二十世紀70年代，全控型器件出現了，并逐漸占據主導地位，如快速晶閘管、門極可關斷晶閘管。全控型器件具有自身可關斷性能和較高開關速度，在整流、逆變、斬波、變頻電路中得到了廣泛應用，電力電子技術得到突飛猛進的發展。但是快速晶閘管、門極可關斷晶閘管工作頻率不高，只能在中低頻的范圍內應用。1.2現代化電力電子技術。20世紀80年代初期，大功率絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的出現把電力電子技術的應用帶入高頻及中大功率領域。IGBT具有較高綜合性能，開關頻率方面，一般可達10kHz至20kHz，小功率的甚至高達100kHz；電壓等級方面，最高電壓已達到6500V，該電壓下的電流可達750A，1700V電壓等級的電流可達2400A；溫度方面，最高可達175℃。開關器件的高頻化也促進了電感器件體積的成倍縮小。大中型功率高頻IGBT的發展持續促進著電力電子設備朝輕重量、小體積、高效能方面發展，再結合日益進步的微處理芯片技術，現代電力電子技術已實現了全控化、集成化、高頻化、控制技術數字化和電路形式弱電化，應用場合越來越廣泛。由于負載對供電電能的質量要求越來越高，科研工作者還在不斷進行IGBT改型研究。經過多年應用發展Si器件為基礎的電力電子技術相當成熟，Si器件在開關頻率、通態壓降以及結溫等性能指標上難以繼續提升，發展空間較小。新一代寬禁帶半導體材料（如碳化硅）的電力電子器件具有比硅器件高得多的耐受高電壓的能力、低得多的通態電阻、更好的導熱性能和熱穩定性以及更強的耐受高溫和射線輻射的能力等。當前寬禁帶半導體器件的發展一直受制于材料的提煉、制造以及半導體的制造工藝水平，尚處于起步階段。目前，我國在應用寬禁帶半導體方面也進行了初步的研究。寬禁帶半導體在照明中應用已形成一定規模，2017年我國氮化物半導體照明產業的產值突飛猛進，突破了5000億。同時，微波毫米波器件已開始應用于通訊、衛星通信、對抗、雷達等領域。未來，寬禁帶半導體將在新能源汽車、電力轉換等行業有著越來越廣泛的應用。由此可見，寬禁帶半導體技術是我們從事電力電子技術研究的一個重要方面。

2電力電子技術在我國電力機車牽引電傳動系統中的應用

1大功率重載電力機車技術的發展現狀與特點

現階段的大功率重載電力機車的主電路為交直交電形式，安全系數較高并且方便保養與養護。車體設計中應用了中央梁進行承載，能夠采用模塊化的方式進行大批量生產。電力機車包括直流與交流兩種。直流機車將SS4系列作為示例進行說明。將對稱三段半控橋作為主電路，在牽引時能夠以恒定的電流與速度進行。機車采用電子或微機控制系統，在機車空轉滑行時能夠提供必要的保護，并且具有功率因數補償、傳送與顯示主要信息數據的功能。在布置設備時，該種系列的機車仍然沿用雙邊走廊，呈斜對稱方向，設備屏柜化。在設置通風系統時，使用車體通風，從車體一側的大型百葉窗進風，給機械件營造微負壓的環境。交流電機將DJ1系列作為示例進行說明。主電路利用具有明顯優勢的GTO器件給三相異步牽引電動機來提供電力。機車利用TCN系統來提供空轉與滑行保護，并具有軸重轉移補償、診斷故障等功能。在進行設備布置時，利用模塊化，進行導軌安裝、設備成套化等。采用的通風系統與直流電機不同，獨立通風，送風由獨立的機械間風機進行，給機械間營造微正壓的環境。為滿足重載運輸的要求，上述兩個系列的機車都安裝了國外先進的LOCOTROL系統。該系統的基本運行原理是前部的機車向其他部分機車做出同步牽引、制動的指示。另外，利用制定管壓力自動檢測系統能夠監控系統的無線通訊是否處于正常狀態。使用該系統的優點為：能夠減輕牽引車鉤力，在轉彎時減弱車受到的阻力，減輕車輪的損耗。機車的中部與后部同樣參與排風與充風，提高排風與充風的速度，加快制動波傳送，減小制動產生的縱向力，避免斷鉤。

2大功率重載電力機車的設計

設計重載電力機車時仍然使用傳統的機車設計平臺，但在選用零部件上需要保證滿足重載運輸的需要：重載電力機車牽引質量大、編組長，需要先進行機車牽引特性的計算，再確定主傳動選用何種系統；需要將縱向動力學對重載列車的影響考慮在內，車鉤力與縱向沖動要保持在極限之內。針對強度進行設計時，要將車體的承載能力考慮在內；在計算沖擊載荷時，需要考慮重載電力機車編組對車鉤緩沖器的要求；近年來重載電力機車的編組長度逐漸增加，單臺的重聯機車已經滿足不了牽引、制動的需要，采用分布式控制系統具有一定的作用。2.1機車總體與電氣設計技術相較于直流傳動系統，交流的恒定功率范圍更廣，并且具有較高的黏著利用率。在設計傳動系統時，采用具有優勢的交流傳動系統，能夠滿足重載電力機車的牽引質量大的特點，并且能夠結合具體的實際情況選用適合的牽引變壓器等。由于重載電力機車在實際運行中對線路環境有要求，所以需要電氣部件具有一定的防護等級，并且能夠在一定程度上抵御寒冷。例如，在氣溫很低的環境中進行重載運輸的電力機車，對這類機車進行設計時要保證屏柜的防護等級達到IP54級以上，并且需要增設加熱電阻來減弱低氣溫對電力機車的影響。一些關鍵部位的設備需要進行封裝，減少故障發生的概率。重載機車的運輸路程一般很長，為保證駕駛員基本的生活需要，要設計洗手間、床鋪等基本的生活設施。現階段的重載電力機車在進行系統集成設計時，通常采用LOCOTROL系統進行無線分布式控制，能夠滿足牽引、制動的需要。2.2車體設計技術車體的設計都是將底架作為主要部分、其他輔助部件進行協助，能夠共同承載整體的重力，在一定程度上提高底架重量占的比例，能夠在增強底架結構承載能力的基礎上降低電力機車車體的高度，提高機車性能。由于重載電力機車在行進中受到較大的縱向牽引力與瞬時沖擊力，車體受到較大的縱向荷載，在設計時需要充分考慮這些因素，將車體的承載能力作為重點。保證每個部件與結構的科學合理性，促使縱向荷載更加合理地傳遞，其他承載零部件也能夠參與其中，減少車體在巨大作用下產生的形變。在設計中，只滿足車體的結構靜強度是遠遠不夠的，還要將車體剛度對車體承載結構的疲勞強度考慮在內。如果局部的剛度太大或者不協調會影響車體的疲勞強度。所以，為解決這類問題，需要在降低應力強度的同時保證剛度的協調性。另外，需要在設計中引進有關疲勞強度的理念，保證局部結構應力盡量分散。

3大功率重載電力機車的發展

重載鐵路運輸對國民經濟的發展具有重要影響，國家對該行業的投入力度一直在加強，所以重載電力機車的技術與設計也取得了一系列的進展。具體表現在：不斷加強對牽引變流器的可靠性研究；三相異步牽引電動機的設計與制造水平在不斷提高，現有等級已經逐步趕超國際先進水平；微機網絡的技術不斷提高，微機故障技術也更為完善，現階段有關方面的技術與國際先進水平還存在一定的差距，需要借鑒、吸收、消化、改進，進一步提高；在車體技術方面，需要在車體結構的強度符合要求的基礎上進行；有關大功率重載電力機車的技術規范將逐漸完善，對車體的強度進行計算、分析的水平有所提高；重視車體碰撞的吸能技術的發展；加強輪軌關系的重視，減少車輪的磨損程度，延長使用壽命；加強三軸徑向轉向架的開發與利用，為電力機車直線與曲線通行時提供重載牽引；為改善電力機車在制動后充風的問題，借鑒發達國家的先進經驗，發展電力機車電空制動技術。

1車鉤緩沖裝置

1．1功能描述。HXD2型電力機車的車鉤緩沖裝置由車鉤、緩沖器、鉤尾框、從板及提桿裝置等組成。緩沖器是吸收機車對列車進行連掛時及列車在運行中由于傳遞牽引力、制動力的動態作用產生的縱向沖擊力。車鉤和緩沖器安裝在底架端梁內，下部依靠均衡梁和托板支撐。車鉤有鉤體、鉤舌、鉤舌銷、鉤鎖、鉤舌推鐵、下鎖銷裝配組成。車鉤相對于底架能上下左右移動。車鉤組裝后鉤身可以在人力的作用下擺動。車鉤水平中心線距軌面的高度為880±10mm。車鉤高度可以通過增加或減少托板或均衡梁下面的墊板進行調整。均衡梁前部設有托梁，其作用是限制均衡梁的縱向擺動角度，放置車鉤吊桿受力彎曲。同時，起到防止車鉤脫落的作用。1．2探傷說明。車鉤緩沖裝置的探傷采用磁探法進行，主要要求如下。1．2．1鉤體探傷。探傷檢查鉤體尾部300mm內鉤耳銷孔周圍及其后部圓弧處，鉤體上的橫向裂紋、耳銷孔處超過斷面45％的裂紋、銷孔向尾部發展的裂紋禁止焊修并應報廢。目視檢查鉤體及其他部位，重點為鉤頭與鉤身的交界處、下鎖銷孔筋部、鉤腔內的上下牽引臺，有裂紋時報廢。1．2．2鉤舌探傷。探傷檢查鉤舌，重點為牽引面的彎角部和上下彎角、鉤舌銷孔周圍、牽引臺、沖臺，鉤舌有裂紋時更新。探傷檢查鉤舌銷、鉤尾銷，有裂紋時更換；鉤舌銷彎曲時加熱調修并探傷復查或更換。1．2．3鉤尾框的探傷。探傷檢查鉤尾框，各處有橫裂紋、框角處有裂紋、后部圓弧處裂紋及銷孔向前發展的裂紋時，不得焊修，其他部位裂紋焊修是須有增強焊波。1．2．4車鉤各部零件不許裂紋。下列情況禁止焊修：鉤體上的橫裂紋，銷孔向尾端發展的裂紋，耳銷孔處超過斷面40％的裂紋；鉤舌上的裂紋；車鉤尾框上的橫裂紋及變形時須整修。

2驅動軸組裝

2．1概述。每個轉向架包含兩組驅動軸組裝。每組驅動軸組裝由車軸、車輪、從動齒輪、抱軸箱裝配、左軸箱、右軸箱和標牌等組成。驅動軸組裝是機車走形部最關鍵的部件之一，它不僅支承機車的全部重量，同時，通過驅動軸組裝與鋼軌的粘著產生牽引力和制動力。2．2探傷說明。車軸材料采用AIN鋼，采用實心車軸。其透身性能檢查、鑲入部內外側、大裂紋查找采取超聲波探傷法，車軸外露表面采取磁粉探傷。超聲波檢驗：透聲試驗應符合有關規定，其缺陷不能大于Φ3mm平底孔的當量缺陷。磁粉探傷：不應有任何橫向缺陷，縱向缺陷容許范圍是規定的圓弧部Z0部位不得有缺陷，其余Z1、Z2、Z3部位分別應符合單個缺陷最大不大于6mm，累計不大于6mm。在公差范圍內消除裂紋。車輪采用整體碾鋼車輪，由材料為R7級碳鋼制成，車輪設有注油孔和油溝，用于車輪的注油退卸。車輪踏面采用超探檢查不得有超過Φ2mm平底孔當量缺陷。磁粉探傷部位缺陷不大于2mm。在公差范圍內消除裂紋。齒輪箱采用上下分體結構，由上箱和下箱組成，箱體上設置有集油槽及油路。采用磁粉探傷，其Z區缺陷不超過Lmla／Amla－SM1。其他區域缺陷不超過LM3a／AM3a－SM3；R區缺陷A和B類為不超過3級，C類為不超過2級，其他區域缺陷A，B，C類為不超過四級，不接受D、E、F和G類。傳動齒輪。主、從動齒輪材料采用標準的材料。該材料用于齒輪，經過熱處理后，齒輪表面硬度高，耐磨性好，心部也有較好的韌性，具有較強的抵御機車運行中產生沖擊振動的能力。主要采取磁粉探傷，要求其成品齒輪齒面探傷無裂紋。

3牽引裝置

3．1結構及功能。轉向架牽引裝置是連接轉向架與車體之間的動力傳遞裝置，其作用是傳遞機車的牽引力和制動力，以保證轉向架進出曲線時相對于車體的回轉運動。牽引裝置采用推挽式結構，牽引桿傾斜布置，與軌道成11°角。3．2探傷說明。牽引裝置中，牽引桿的作用是傳遞機車的牽引力和制動力，經鍛造而成；轉向架牽引支座與車體牽引支座的結構相近，經鍛造而成。轉向架牽引支座通過螺栓與轉向架構架連接，車體牽引支座通過螺栓和車體底架連接。托盤通過螺栓與牽引座連接，可以保證牽引桿與牽引支座的安裝位置。檢修時，牽引桿、轉向架牽引支座、車體牽引支座及托盤均采用磁探進行探傷檢查，要求各部件無裂紋，如裂紋在規范或圖紙要求的范圍內可以進行打磨處理，打磨深度超過規范或圖紙的要求則必須進行更換。

***同志1968年出生，1989年加入中國共產黨。現任八分公司朔黃鐵路運輸分處司機。2001年他以優秀的技術業務考核成績、精湛的專業技能考取了電力機車司機，成為四局歷史上第一批電力機車司機。多年來，***同志以其扎實的工作作風，發揮出了一名普通黨員的先進模范帶頭作用，在本職崗位上為安全運輸生產創造了一個又一個輝煌。

用技術業務保安全。任何人都不是生而知之，而是學而知之。***同志也是常人，技術業務上的知識他也不是生來就會。電力機車剛上線時，只經過電力機務段幾個月短暫培訓的他，又沒有老師傅跟車指導，他深感手中閘把的份量。但他沒有被困難嚇倒，相反，這更激起了他向困難挑戰的斗志，于是狠命學習技術業務成為他的首要任務，而他學習業務的勁頭是常人無法比的，有時一個問題弄不懂，他就坐在那不睡覺也要把它搞懂。正是有了這種學習盡頭，使他的技術業務進步很快。他迅速的把所學的理論和實踐結合起來，掌握了機車的操縱方法和應急故障處理方法。朔黃線上運量，車流密度也很大，若本次機車故障處理不了，造成機故，將影響后續列車，耽誤列車運行。幾年來運行中遇過數次機車故障，都快速處理，未發生一起機故。但他沒有滿足現狀。他說“機車這一動態的東西,各種疑難故障隨時都有可能出現，我只通過不斷的學習，才能提高自己的技術水平，才能解決機車上的故障，才能確保安全。”

今年三月的一天，正在肅寧北庫內進行0641整備作業的***，發現鄰線準備出庫掛車的朔黃機車046號，受電弓升不起來，急得該車乘務員不知如何是好？他正準備去看看是怎么回事，這時候046號機車的乘務員沖著他喊：“師傅，過來幫幫忙吧，這車進庫好好的，怎么整備完后受電弓就升不起來了，馬上要出庫，急死人了！”他聽到這里，向副司機交待好工作后，立即登上046號機車，問明情況后，他按下受電弓琴鍵開關，從司機室門處向車頂查看受電弓狀態，發現受電弓傳動風缸鞲鞴沒有伸出，根據判斷，這最可能的原因就是風路的問題。他對該車乘務員說：“你去看看143塞門是不是半關或者沒有打開？”“哎呀是的!是的!剛才擦車的時候可能把塞門給碰了一下，半網關了！”去檢查143塞門的乘務員從走廊里邊小跑邊高興地喊道。故障處理好后，兩位乘務員不好意思的連聲致謝。***同志用行動證明了：我們四局的職工的實力。

用規章標準要安全。朔黃線是一個高標準、嚴要求的單位，“聯合運輸”的運營機制，使得各聯合運輸單位之間競爭異常激烈。安全運輸上出了問題，輕則單位利益受損，重則有可能失去朔黃這塊陣地。作為一名在朔黃線工作了多年的司機，***同志深知這一嚴峻形勢。對他來說，如何與廣大乘務員一起用標準、規章干活，把好安全關，就顯得尤為重要。“如果我們人人都能遵章守規、執行標準化作業，那我們安全上就不會出事”，這是他常對大家講得一句話。他是這么說的，也是這么做的。

在每次乘務作業中，他都精力集中，特別是上夜班時，為了讓自己時刻保持清醒，他就用濃茶、香煙刺激自己，原本不抽煙的他硬是抽上煙了。一本厚厚的《朔規細則》，乘務員部分他都能對答如流。在運行中，他能嚴格執行標準化作業程序，按規定呼喚應答。一次，他的副司機在運行中限速地段呼喚不標準，他就立即進行指正。并說，這就是制度，這就是標準。他的這種認真勁是出了名的，有次機車小修時，本來說好7點鐘擦車，他的伙計晚來了20分鐘，他立即對他進行了批評，并嚴肅地說這是思想意識問題，必須重視。他用踏踏實實的工作作風、嚴于律己的黨員形象要求自己并啟發著大家，為單位運輸安全起到了良好的促進作用。

用機車質量創安全。良好的機車質量是單位創造效益和安全的基礎。今年隨著運量的增加，機車交路越來越緊，機車運用效率大大提高，這樣保證機車日常保養質量，顯得更是尤為關鍵。為此，他就抓住一切可利用的時間，中間站停車、停電時也搞清潔保養。今年四月的一天深夜，0644機車適逢進庫整備，當時主管機務的副分處長剛好到備班室查崗，經過整備場，聽見整備場上有異音，以為是老百姓搞破壞，走近一看，原來是***同志凌晨3點了還在擦車。領導見到網此景，非常感動，心想：“有這么認真負責的職工保養機車，我們的機車質量能搞不好嗎?”功夫不負有心人，面臨緊張的生產運輸形式，我單位機車的質量穩步提高，為安全運輸起到了至關重要的基礎作用。

摘要：介紹了SS4G型電力機車上使用的采用霍爾器件的磁場平衡式電流電感器、電壓傳感器和速度傳感器。

關鍵詞：電力機車；電流傳感器；電壓傳感器；速度傳感器

1電流傳感器

1．1結構及工作原理TQG4A型電流傳感器由原邊電路、磁路部件、安裝在磁路氣隙中的霍爾發生器、二次側線圈和電子電路所組成，全部器件均密封安裝在由阻燃塑料壓注成形的外殼之中，具有很好的電隔離性能和抗振動沖擊性能。TQG4A型電流傳感器是采用霍爾器件的平衡式傳感器，霍爾發生器位于磁路的氣隙之中，其控制電流Ic與磁場Hc方向垂直，會產生相應的霍爾電勢Uh。1．2故障判斷電流傳感器的故障，可以用檢查無輸入電壓時偏移電流（失調電流）的方式判別。當原邊無電流輸入、副邊加±24V電源、失調電流小于0．4mA時，一般可以認為電流傳感器正常。

2電壓傳感器

電壓傳感器安裝在高壓電器柜內，跨接在牽引電動機的兩端，將牽引電動機端電壓反饋信號輸入到電子控制柜。TQG3A、TSVl型電壓傳感器原理基本一樣，現以TQG3A型電壓傳感器為例介紹。2．1結構及工作原理傳感器除一次側被測電壓輸入接線端子（＋HT，－HT）、限流電阻連接片、二次側測量輸出端子和工作電源供給端子（“＋”、“M”、“E”、“－”）外，所有電子器件均用絕緣材料固封于自熄式絕緣外殼內，結構緊湊、牢固。TQG3A型電流傳感器是采用霍爾器件的平衡式傳感器，傳感器由限流電阻R1、一次側線圈W1、霍爾發生器、二次側線圈W2及放大電路等部分組成。當被測電壓U經過限流電阻R1和一次側線圈W1，產生電流Ip時，該電流流經W1，產生磁場Hp，使霍爾發生器有霍爾電勢輸出，該信號經放大電路放大，推動功率管，從電源獲得補償電流Is，Is流經W2所產生的磁場Hs的方向和Hp相反，從而補償Hp，直到IpW1＝IsW2為止。所以，測得Is，便可知被測電壓U的值。2．2使用注意事項2．2．1電壓傳感器接線中，＋HT、－HT端子接被測電壓，＋HT接高電位，－HT接低電位。若被測電壓為交流電時，Is方向跟隨輸入端電壓方向改變而改變。“＋”、“－”端子接±24V電源，“M”端子經外接毫安表（也可不接），測量電阻Rm接到±24電源的中點（0V）。“E”端子為內部屏柜端子，一般接機車地線或電源“－”端，也可不接。2．2．2測量電阻Rm的計算。電壓傳感器電源為±24V±10％，并按額定被測電壓2000V時，輸出測量電流80mA，測量電阻Rm按如下計算。Rm＝（Umin－Uce－R2×Is）／Is（其中：Umin為電源電壓最小值；Uce晶體管飽和壓降；R2二次側線圈電阻；Is二次側輸出測量電流）。2．2．3傳感器在使用時必須先接通電源，然后再加上被測電壓，當測量結束時，必須先斷開被測電壓，然后再斷開電源，否則將因剩磁而影響測量精度。

1結構功能說明

變形吸能元件是機車車鉤緩沖裝置的重要組成部分，它是由上支撐板、吸能鋼管、襯套和下支撐板四部分通過焊接成一體，如圖1所示。其上支撐板為T形支撐板，上支撐板置于吸能鋼管內上端并通過焊接方式固定，襯套與吸能鋼管內孔為過盈配合連接，襯套置于吸能鋼管內下端并與下支撐板通過螺紋聯接，襯套臺階需壓入到鋼筒內，直至襯套與鋼筒下表面吻合形成Y形坡口，然后采用連續圓周焊連接成整體。吸能鋼筒與襯套的焊接質量將直接影響到變形吸能元件功能的發揮。

2焊接現狀分析

變形吸能元件鋼筒焊接體是由襯套、吸能鋼筒、上支撐板通過焊接成一體。其中，吸能鋼筒材料(特殊的高級低合金鋼)及上支撐板材料(16MnDR)為低碳鋼，焊接性能良好，而襯套材料為45#鋼，由于45#鋼為中碳鋼，淬硬傾向較明顯，焊接工藝需要采取適當的預熱、控制線能量等措施，焊接性能較為不理想。為確保焊縫質量，工藝上一直采用“預熱+緩冷”的工藝措施。其中預熱溫度要求達到150℃～200℃均勻預熱，緩冷是在珍珠巖中實施。但是，在進行預熱工藝時，襯套各個部位存在一定的受熱不均勻，容易產生小眼等缺陷，如圖2所示，影響焊接質量;同時預熱采用的是氧、乙炔加熱的方式進行，存在一定的安全隱患;另外在預熱后的溫度條件下進行焊接，無形中增大了焊工的勞動強度。焊接完成后，將鋼筒與襯套的焊縫部位放入珍珠巖中覆蓋以進行緩冷處理從而消除應力熱，由于預熱、保溫是一個漫長的過程，在此過程中預熱需要約15min，而保溫也需要約40min，因此，在生產過程中效率大打折扣。

3優化措施及效果驗證

思路:在襯套材料力學性能滿足的條件下，選用焊接性能更好的材料代替45#鋼。3．1材料性能對比分析。根據相關要求，選擇45#、15Mn、Q345、16MnDR四種材料進行焊接性能分析及力學性能分析，查閱機械設計手冊并進行材料的碳當量估算，得知。45#鋼:屬于中碳鋼，其淬透性較差，焊接性能較差，易產生裂紋，調質處理后的抗拉強度σb=630～780MPa，屈服強度σs=370MPa。15Mn:屬于高錳低碳滲碳鋼，性能與15鋼相似，但淬透性、強度和塑性比15鋼高。用以制造心部力學性能要求高的滲碳零件，焊接性尚可。Q345:綜合力學性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好，用作中、低壓容器等承受動荷的結構、機械零件、一般金屬結構件，可用于－40℃以下寒冷地區的各種結構。16MnDR:屬于低合金鋼，力學性能良好，低溫沖擊性能良好，焊接性能良好，可用于－40℃以下寒冷地區的各種結構。以上四種鋼材的化學成分及力學性能見表1、表2。綜合來看，合金結構鋼16MnDR的強度及焊接性能較為優良，可滿足產品設計要求，故襯套材料考慮采用16MnDR。3．2強度計算。1)車體的縱向壓縮載荷F=F1×k(F1為吸能元件開始出現塑性變形的最大允許力，以9600kW六軸車為例取值3300kN，k為安全系數，取值1．05)。故，單個鋼筒承受力F2=F/4kN根據力的傳遞原理，襯套亦承受力F2kN2)襯套強度計算襯套材質為16MnDR，強度最薄弱處的受力面積為:受力面積S=л(R2－r2)(R為襯套與鋼銅接觸法蘭面的大徑，r為襯套與鋼銅接觸法蘭面的小徑)。因此，σ=F2/S=［F/4］/［л(R2－r2)］MPa保證σ＜σb，即證明材料強度足夠通過代入具體數值計算得出σ=440MPa＜σb，說明16MnDR材料的襯套強度滿足要求。3．3可焊性試驗。優化更改襯套的焊接工藝，將16MnDR材質的襯套焊接前不進行預熱，焊后也不進行緩冷處理，焊接后觀察鋼筒與襯套的焊縫情況并與原來45#鋼的焊接效果進行對比，效果如圖3、圖4所示。通過兩種材質的焊接效果可以看到，16MnDR材質的焊縫圖316MnDR材質焊接效果圖445#材質焊接效果表面成形良好，無裂紋、氣孔等缺陷，且紋路更為細膩。另外，我們將鋼筒焊接體切割成若干小塊進行金相檢測，觀察焊縫情況，如圖5、圖6、圖7、圖8所示。通過金相檢測可以得出，更改材質后襯套與鋼筒的焊縫顯微組織也符合要求。3．4靜態荷載試驗。將組裝好的變形吸能元件(左)/(右)在500t電液伺服萬能壓力試驗機上對由16MnDR材質襯套組裝成的變形吸能元件進行靜態荷載試驗，如圖9、圖10所示;靜態荷載試驗前測量襯套端外徑為88．6mm，試驗時，最大靜態荷載超過4000kN，試驗后測量襯套端外徑仍為88．6mm，即襯套未發生明顯塑性變形。

摘要：“電力機車總體及走行部”是鐵道機車專業的基礎課程，課程實踐性強、涉及交叉學科理論較多。文章提出了實踐教學、現場教學與理論教學并存的綜合教學方法，分析了實踐、現場教學法及翻轉課堂式教學在課程環節中的具體應用；指出了教師在授課內容上需加強與機械工程相關學科理論的互融。該教學策略在培育新時代復合型、創新型高素質技術技能人才方面行之有效，在延展學生理論深度的同時拓寬了專業廣度。

關鍵詞：電力機車總體及走行部課程；實踐教學；現場教學；翻轉課堂式教學

“電力機車總體及走行部”是為培養鐵道運輸行業高技能復合型人才而開設的一門專業核心課程，尤其對鐵道機車專業的學生而言更為重要。教師通過對該課程的講授促使學生對各類電力機車設備布置、轉向架、牽引裝置及牽引緩沖裝置等內容有較深層次的認知，為后續從事鐵道機車運用與管理等崗位奠定堅實的技能理論基礎。為促進人才培養高質量發展，《國家職業教育改革實施方案》提出了關于“教師、教材、教法”改革的任務，其落腳點是培養適應行業企業需求的復合型、創新型高素質技術技能人才，目的是錘煉學生過硬的職業素養以滿足從業崗位的技能要求。其中，教法改革的核心關鍵在于課堂教學模式的革新；為響應培養生產所需的創新型技術技能人才趨勢，實現職業院校教學過程與企業生產過程相對接的效果，必須改革傳統的普通課堂教學模式，大膽推行面向企業真實生產環境的任務式教學模式。以“三教改革”為指引，在教學模式上，推進傳統教學向項目化、任務式教學演變，突破傳統教學的不足之處，提高學生的主觀能動性。以“電力機車總體及走行部”課程教學為例，在教學實施過程中學生對相關知識點的運用出現不同程度的欠缺，導致對新授知識點理解不透徹，對抽象問題不能具體化等諸多問題。為改變此種教學困境，教師在授課內容方面可增加與機械工程相關理論知識的融合，促使學生對新授理論知識的理解；具體落實到教學方法上，可采取增加實踐教學、現場教學占比、翻轉課堂、先進的模擬仿真技術等策略，提升學生對理論知識的理解并增加學習的積極性。

1增加實踐教學占比，加速理論向應用的內化

實踐教學法以培育符合新時代要求的創新型人才為目標，提升學生溫故舊知、發現新知、探索未知的能力；同時也注重引導學生如何將所學理論知識與相關工程案例相結合，培養學生理論運用于實際的認知能力及動手能力，最終實現學以致用的效果；此外，實踐教學也兼顧培養學生自我教育、分析問題、解決問題的能力[1]。實踐教學法不僅僅是將若干工程實例展現在課堂中，而是以學生為中心，教師在教學過程中起導向作用，充分發揮學生的主體意識、動手能力及創新精神，使學生有效地實現對當前知識在實際生活中的構建[2]。實踐教學法有別于傳統理論教學法，其更注重鍛煉學生的實操、動手能力，在實踐環節既能夠激發學生的主觀能動性及學習興趣，又能夠將相關理論與實際裝置進行糅合，勢必大大加深自身對知識點的認知程度，同時學生的知識獲取能力、知識應用能力及交流溝通能力也相應提高[3]。針對高等職業教育培養層次的學生在學習課程“電力機車總體及走行部”過程中，因與專業基礎工程學科相關聯理論知識存在欠缺、工程識圖能力弱等特點，致使對課堂新授知識點理解不透徹，理論知識與零部件銜接不到位，譬如在學習牽引裝置及牽引緩沖裝置的過程中對車鉤（緩沖器）功能原理、關鍵部件認知方面表現的尤為突顯，為改善此狀況，須加大實踐教學環節在課程教學中的比重，在實踐環節突破課堂抽象理論的壁壘，使理論知識更加具體化，同時使得抽象的理論得到轉化及升華，強化的理論知識又反哺實際操作，理論與實踐緊密結合，開啟理論知識向能力轉化的新階段，真正實現“在學中做，在做中學”的良好態勢，提升學生實踐能力的同時又內化為優良的職業素質。此外，在實踐教學過程中應結合學生實際學習情況定制具體的學習模式，在此過程中可嘗試優先采用彈性時間制，并針對每個學生對知識的掌握情況，因材施教，布置不同的學習目標[4]，盡可能保障每個學生都有所收獲。實踐教學確實在一定程度上能夠將抽象理論、重要知識具體化，但要鞏固實踐教學的內容及獲取更優的課堂效果，教師仍需豐富教學途徑，創新教學方法，結合目前的教學實際可選擇積極開展職教云等線上資源庫輔助教學。

2開啟現場教學模式，激活課堂教學向多樣化衍變

摘要：探討了電力機車檢修基本概述，分析了信息管理的意義以及存在的問題，研究了強化信息管理的有效策略。

關鍵詞：電力機車；信息管理；策略

隨著國內各個地區經濟水平的不斷提升，人們的生活質量得到很大的提升，同時人們對于電力機車的質量以及功能提出了更高的要求，促使電力機車不斷改進，在一定程度上加大了電力機車檢修的難度。在電力機車檢修的過程中，將機車故障問題以及問題解決方案錄入到相應的管理信息系統當中，實現電力機車檢修信息資源共享，為下一位檢修人員開展檢修工作提供了便利，從而加快電力機車檢修的速度，為人們的日常出行提供更好的服務。在電力機車檢修相關信息管理的過程中，受到多種因素的影響，出現傳遞信息過于雜亂、信息重復率高等困難。加大了信息篩選的難度，不利于電力機車檢修朝著專業化、規范化的趨勢發展。

1電力機車檢修基本概述

與傳統的牽引類機車相對比，電力機車能夠在較短的時間內完成機車的啟動，為人們的出行帶來更好的體驗，電力機車在運行的過程中，不易受到外部環境因素的影響，且對環境污染較小，符合國家提倡的綠色環保概念，電力機車也逐漸受到大家的喜愛[1]。在電力機車運行的過程中，受到運行時間、機械磨損等多種因素的影響，難免會出現一些故障，給電力機車的運行帶來一定的安全隱患。這就需要專業的檢修人員檢測電力機車存在的問題，并且采取多方可行有效措施找到問題的解決方案，使得電力機車能夠正常運行，確保乘車人員的人身安全。根據國家制定的相關法律法規，為了確保電力機車能夠正常運行，采取定期檢修的方式，對可能會發生的機車故障進行預防，在一定程度上加大了檢修工作人員的工作量，如何提升檢修人員的工作效率一直是眾多檢修專業人士重點研究目標。

2信息管理的意義以及存在的問題

【摘要】本文基于機車乘務員應該具備的崗位技能，闡述建設和諧電力機車模擬駕駛實訓室的依據和目標，根據學校現有的實訓設備，從實訓設備、實訓室布局及實訓室功能三個方面論述實訓室建設的主要內容，為高職院校建設和諧電力機車模擬駕駛實訓室提供參考。

【關鍵詞】和諧電力機車;模擬駕駛實訓室;實訓設備

一、建設依據

實踐教學是職業教育的重要組成部分，是專業人才培養目標的支柱。實訓室是開展實踐教學的主要場所，實訓室建設質量直接影響人才培養質量的高低。柳州鐵道職業技術學院鐵道機車專業主要培養機車乘務員，機車乘務員應掌握的實踐操作技能有機車檢查給油、機車操縱、機車電器實驗、制動機試驗、常見故障處理、非正常行車等。柳州鐵道職業技術學院目前建有鐵道機車實訓場、電力機車操縱實訓室和電力機車電器實訓室，各個實訓室的簡介如表1所示。從表1可以看出，實訓機車車型為SS3型和DF4B型，無新型的和諧電力機車。電力機車操縱實訓室設備為真車設備，是一套完整的綜合實訓系統，可開展多個實訓項目，但模擬駕駛、制動試驗僅有一個工位，學生技能訓練時間短。而機車駕駛是機車乘務員應該掌握的核心技能，因此，建設一個多工位、功能齊全的電力機車駕駛實訓室對批量培養機車乘務員是不可或缺的。采用真實機車進行駕駛訓練受到場地、經費等多方面的制約，難以在高職院校推廣應用。基于模擬仿真的駕駛實訓設備，將機車操縱臺與計算機仿真軟件相結合，能夠滿足機車駕駛訓練的需求。模擬駕駛演練不會產生設備的磨損、不會造成破壞性后果，具有零風險、低成本、不受時間、天氣等限制的優勢。和諧電力機車是目前鐵路貨運和普速客運的主流機車，所以建設和諧電力機車模擬駕駛實訓室能夠滿足高職學生機車駕駛崗前培訓的需求，具有重要的現實意義。

二、建設目標

通過模擬駕駛實訓教學，使學生具備從事電力機車駕駛崗位的學習司機、司機（高級工）所必需的基本知識和專業技能。實訓室建設以職業能力和職業素質的培養、提高為主線，將實訓室建設成集教師示范、學生演練、培訓考核有機結合的整體，培養學生的綜合實踐能力，為鐵路企業輸送高技能技術型人才。

嗚——一聲長鳴。從風景秀麗的××之濱飛出一條“巨龍”。2004年4月27日，我國第一臺擁有自主知識產權的大功率交流傳動貨運電力機車（ssj3），在素有“機車搖籃”美譽的××機車車輛有限公司研制成功。該車是目前鐵路貨運提速的急需車型，也是我國鐵路現代化科技開發重點項目之一。該車的總體主管設計師就是全國勞動模范、公司最年輕的專家、電力機車總體主任設計師－－××。

機遇總是垂青于有準備的人，成功永遠屬于不畏艱難的攀登者。××的成功，源于他對知識的渴求，對事業的執著。

××，1993年畢業于西南交通大學機械電子工程系，分配到中國××集團××機車車輛有限公司配件二分廠設備組見習。進廠伊始，他心情激動、躊躇志滿，以為很快自己就可以成就一番事業了。然而事情并不象他想象得那樣簡單。當看到車間里一臺臺進口的加工中心、工人們手中復雜的圖紙和琳瑯滿目的高精度部件時，××的心緊縮起來，深切感到學識上的差距和實踐經驗的貧乏。于是從到車間的第一天開始，他就一頭扎進工作現場，虛心向老工程技術人員請教，向老工人學習，每天都把設備圖紙和技術資料帶回宿舍，學習鉆研到深夜。功夫不負有心人，××由站著看到跟著干；從師傅帶著干到獨立操作，經過兩年的摸爬滾打，不僅掌握了各種設備的維修工藝，而且解決了許多設備的“老大難”問題，受到領導和工人師傅的稱贊。

1995年，××調入公司技術開發部工作。俗話說“隔行如隔山”，技術開發與自己所學專業相距甚遠，一切都得從頭開始。××拜老工程技術人員為師，到現場向工人師傅學習，利用工余業余時間，翻閱了大量專業書籍和技術資料。僅半年時間他就全面掌握了內燃機車原理、主要電氣部件、機車總裝、調試、試運轉等各方面知識，為從事新型內燃機車研發進行了大量的技術儲備和資料積累。

2000年5月，公司為了適應鐵路牽引動力的新調整，決定開發生產ss4型電力機車，××責無旁貸擔任了該車的主任設計師。盡管他對電力機車是一個“門外漢”，但是想到公司百年歷史上多少代人“生產電力機車”的夙愿將在自己手上變為現實，他抑制不住內心的激動和喜悅，帶領一批剛剛畢業的青年設計師深入機務段考察調研，收集資料，請教專家，經歷5個多月的連續加班加點的日夜奮戰，先后審核完成137套計3500余張圖紙、28份技術文件、15份試驗大綱，終于在殘缺的資料堆里完成了生產ss4型電力機車的技術準備工作，保證了2000年底座輪，一次試驗成功。為“機車搖籃”增添了一支奇葩，結束了公司只能生產內燃機車的歷史。

“千軍易得，一將難求”。××擔當了公司自主創新的領軍人。2002年10月，為了適應鐵路機車車輛現代化需要，滿足客運高速、貨運重載的要求，公司經過大量調研和充分論證，決定與國外著名大公司聯合開發時速120公里，載重5000噸的交流傳動貨運電力機車。該車設計起點要求高、難度大，并首次在整車中采用pro／e三維設計。這副千斤重擔歷史地落在了××肩上，他擔任了時速120公里交流傳動貨運電力機車（ssj3）的總體主管設計師。