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[摘 要]本文介绍了内燃机车水电阻试验台研制情况，主要介绍水电阻率的测定方法，固定极板、活动极板间距设计等。
[关键词]内燃机车 水电阻试验台 水电阻测功箱 水电阻率
中图分类号：TS55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0121-02
1、概述
内燃机车传动系统简图如图1：
国产东风4、东风5、东风7、东风8等电力传动内燃机车工作原理，柴油机驱动交流主发电机发出三相交流电，经整流柜变成直流电送给牵引电机，并通过牵引齿轮对驱动轮对转动。随着社会发展工业进步，需要内燃机车多拉快跑，机车功率越来越大，从公式P=U*I中可以看出，功率P越大，在电压U一定的情况下，需要电流I增加。调车机车，机车功率小，但是电流要求大，这就对水电阻台的导电电流有了很大的要求。
2、水电阻试验台组成
内燃机车水电阻试验台主要由机车台位、油泵房、水房、水电阻测功箱、操纵台等组成。台位供机车停放，油泵房内有燃油供应系统和机油供应系统，水房供应冷却用离子水，水电阻测功箱的极板供发电机输出的电流通过，操纵台控制电流、电压值的功率调节，操纵台上有电流表和电压表显示各种电流值、电压值。
3、水电阻试验原理
内燃机车水电阻试验，是对新造及大修或发现机车功率异常以及更换主要零部件后的内燃机车，在总装完成后，试运之前，对需要调整整定同步主发电机电流（限流）、电压（限压）等外特性技术参数的一项试验。内燃机车水电阻试验的过程，机车停放在台位上，把整流柜与牵引电机连接电缆线断开，连接到水电阻测功箱正负极板上，以水电阻作为负载，柴油机、主发动电机等零部件正常“运行”工作，模拟机车的各种转速及工况，调整整定同步主发电机电流、电压等外特性技术参数，及柴油机、冷却系统、润滑系统、燃油系统使其达到使用要求。电气原理图如图2：
附注：（1）接线时断开牵引接触器1C-6C的电机线，水电阻正线接至1C-6C（允许接在整流柜正端，隔离牵引电机回路）。
（2）水电阻负线接至整流柜负端。
（3）其中：Az 直流电流表 0-8000AAl 直流电流表 0-300A
Alf 直流电流表 0-10A Alcf 直流电流表 0-1A
Vz 直流电压表 0-1000VVl 直流电压表 0-150V
Rll 滑线电阻器 10Ω 300W Flz 分流器 与表匹配
Fll 分流器与表匹配
4、原有水电阻测功箱结构
本单位原有内燃机车水电阻试验台，水电阻测功箱正负极板都安装在木质枕木上，之间垫绝缘橡胶，水电阻试验时，枕木受水蒸气侵蚀，绝缘性能下降，经常出现打火现象，存在安全隐患。随着机车功率加大，需要通过极板间电流增加。原有的水电阻测功箱极板通过的电流是有一定的限度的，可以通过投放工业盐来提高电流，但是盐的溶解度是有限的，过量投放后，电流也不会增大。原有水电阻测功箱满足不了生产需要。
5、水电阻测功箱组成和工作原理
水阻测功箱由水箱、固定极板、活动极板、、卷扬机等组成。结构简图如图3：
卷扬机控制活动极板升降；龙门支架支承配重滑轮和起吊滑轮等；水箱内装导电介质，水箱上安装固定极板；导电排把机车的主发电机和本试验台的固定极板、活动极板及分流器相联；操纵台上有按钮控制活动极板升降，有电流表、电压表显示相应电流、电压值。
6、水电阻测功箱设计
龙门支架、导向小车、卷扬装置等都是常用结构装置。固定极板、活动极板的大小以及间距尺寸关系是设计工作的核心。
6.1 水电阻率测定与计算
水电阻的基本原理，是靠溶解在水中的电解质（NaHCO3）离子导电，电解质充满于两个平面极板之间，构成一个电容状的导电体。水的导电性，与水的电阻值大小有关，电阻值大，导电性能差，电阻值小，导电性能就良好。根据欧姆定律，在水温一定的情况下，两个极板之间水的电阻值R1大小与电极的垂直截面积F成反比，与电极之间的距离L成正比，如下式：R1=ρ·L/F式中ρ--电阻率。水的电阻率的大小，与水中含盐量的大小、水中离子浓度、离子的电荷数以及离子的运动速度有关。因此，纯净的水电阻率很大，超纯水电阻率就更大。水越纯，电阻率越大。当水极纯时，其电阻率接近18.2MΩ.cm。
水中成分不同，电阻率不同。如何获得水的电阻率是一个关键问题。利用已有的水电阻测功箱获得电流I和电压U数据，用公式R=U/I计算到此时的电阻值；水电阻测功箱的每个正负极的电阻R1并联起来就是整个水阻测功箱的大电阻R，n个相同的电阻并联后，R=R1/n，推导出R1=n·R，从R1=ρ·L/F推导出ρ=R1·F/L；按动操纵台极板升降按钮，记录下此时的电流、电压值，再测量出极板的导电面积，应用上述欧姆定律等公式R=U/I、R=R1/n、ρ=R1·F/L，计算出水电阻率。实际试验测量计算得到如下三组数据：（n=12，L=218）（表1）
从结果看到，我们当地环境水质电阻率约为4.1～5.1MΩ·mm，比极纯的水导电性能强。为了保守设计，为以后留有余量，本次设计取5092.4477Ω·mm。
6.2 活动极板、固定极板尺寸以及间距设计
统计我厂机车整流柜输出最大电流及相应电压值（表2）：
从表中可以看出最大电流值是5070A，相应电压值是232～529V。
利用公式R=U/I、R=R1/n、R1=ρ·L/F计算得到导电面积。若得到最大的F值，R1要最小，R要最小，U要最小，所以设计计算取电压U最小值232V。R=U/I=232/5070=0.04575937（Ω）；R1=16R=16x0.04575937=0.7321499（Ω）；
由R1=ρ·L/F推导出F=ρ·L/R1=5092.447706x310/0.7321499=2156196（mm2）适当考虑以后提高机车功率。我选择了8个活动极板，9个固定极板，活动极板和固定极板间距是310mm，极板宽1800mm，高1500mm，F=2700000>2156196，2700000/2156196=1.25，还有增加25%的能力。按此参数研制的内燃机车水阻试验台满足机车水电阻负载试验要求。
7、结束语
本文介绍了内燃机车水电阻试验台研制情况，主要说明了水电阻率的测定与计算，为后续其它车型水阻试验台设计提供参考。
参考文献
[1] 《工程师常用公式手册》.库特吉克.德：冯训诚高作武中子.译：湖北科学技术出版社，1989.
[2] 《东风4D型准高速内燃机车檢修手册》.大连机车车辆有限公司，2004.
[3] 《东风4型内燃机车段修规程》.中华人民共和国铁道部.中国铁道出版社出版.1993.
[关键词]内燃机车 水电阻试验台 水电阻测功箱 水电阻率
中图分类号：TS55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0121-02
1、概述
内燃机车传动系统简图如图1：
国产东风4、东风5、东风7、东风8等电力传动内燃机车工作原理，柴油机驱动交流主发电机发出三相交流电，经整流柜变成直流电送给牵引电机，并通过牵引齿轮对驱动轮对转动。随着社会发展工业进步，需要内燃机车多拉快跑，机车功率越来越大，从公式P=U*I中可以看出，功率P越大，在电压U一定的情况下，需要电流I增加。调车机车，机车功率小，但是电流要求大，这就对水电阻台的导电电流有了很大的要求。
2、水电阻试验台组成
内燃机车水电阻试验台主要由机车台位、油泵房、水房、水电阻测功箱、操纵台等组成。台位供机车停放，油泵房内有燃油供应系统和机油供应系统，水房供应冷却用离子水，水电阻测功箱的极板供发电机输出的电流通过，操纵台控制电流、电压值的功率调节，操纵台上有电流表和电压表显示各种电流值、电压值。
3、水电阻试验原理
内燃机车水电阻试验，是对新造及大修或发现机车功率异常以及更换主要零部件后的内燃机车，在总装完成后，试运之前，对需要调整整定同步主发电机电流（限流）、电压（限压）等外特性技术参数的一项试验。内燃机车水电阻试验的过程，机车停放在台位上，把整流柜与牵引电机连接电缆线断开，连接到水电阻测功箱正负极板上，以水电阻作为负载，柴油机、主发动电机等零部件正常“运行”工作，模拟机车的各种转速及工况，调整整定同步主发电机电流、电压等外特性技术参数，及柴油机、冷却系统、润滑系统、燃油系统使其达到使用要求。电气原理图如图2：
附注：（1）接线时断开牵引接触器1C-6C的电机线，水电阻正线接至1C-6C（允许接在整流柜正端，隔离牵引电机回路）。
（2）水电阻负线接至整流柜负端。
（3）其中：Az 直流电流表 0-8000AAl 直流电流表 0-300A
Alf 直流电流表 0-10A Alcf 直流电流表 0-1A
Vz 直流电压表 0-1000VVl 直流电压表 0-150V
Rll 滑线电阻器 10Ω 300W Flz 分流器 与表匹配
Fll 分流器与表匹配
4、原有水电阻测功箱结构
本单位原有内燃机车水电阻试验台，水电阻测功箱正负极板都安装在木质枕木上，之间垫绝缘橡胶，水电阻试验时，枕木受水蒸气侵蚀，绝缘性能下降，经常出现打火现象，存在安全隐患。随着机车功率加大，需要通过极板间电流增加。原有的水电阻测功箱极板通过的电流是有一定的限度的，可以通过投放工业盐来提高电流，但是盐的溶解度是有限的，过量投放后，电流也不会增大。原有水电阻测功箱满足不了生产需要。
5、水电阻测功箱组成和工作原理
水阻测功箱由水箱、固定极板、活动极板、、卷扬机等组成。结构简图如图3：
卷扬机控制活动极板升降；龙门支架支承配重滑轮和起吊滑轮等；水箱内装导电介质，水箱上安装固定极板；导电排把机车的主发电机和本试验台的固定极板、活动极板及分流器相联；操纵台上有按钮控制活动极板升降，有电流表、电压表显示相应电流、电压值。
6、水电阻测功箱设计
龙门支架、导向小车、卷扬装置等都是常用结构装置。固定极板、活动极板的大小以及间距尺寸关系是设计工作的核心。
6.1 水电阻率测定与计算
水电阻的基本原理，是靠溶解在水中的电解质（NaHCO3）离子导电，电解质充满于两个平面极板之间，构成一个电容状的导电体。水的导电性，与水的电阻值大小有关，电阻值大，导电性能差，电阻值小，导电性能就良好。根据欧姆定律，在水温一定的情况下，两个极板之间水的电阻值R1大小与电极的垂直截面积F成反比，与电极之间的距离L成正比，如下式：R1=ρ·L/F式中ρ--电阻率。水的电阻率的大小，与水中含盐量的大小、水中离子浓度、离子的电荷数以及离子的运动速度有关。因此，纯净的水电阻率很大，超纯水电阻率就更大。水越纯，电阻率越大。当水极纯时，其电阻率接近18.2MΩ.cm。
水中成分不同，电阻率不同。如何获得水的电阻率是一个关键问题。利用已有的水电阻测功箱获得电流I和电压U数据，用公式R=U/I计算到此时的电阻值；水电阻测功箱的每个正负极的电阻R1并联起来就是整个水阻测功箱的大电阻R，n个相同的电阻并联后，R=R1/n，推导出R1=n·R，从R1=ρ·L/F推导出ρ=R1·F/L；按动操纵台极板升降按钮，记录下此时的电流、电压值，再测量出极板的导电面积，应用上述欧姆定律等公式R=U/I、R=R1/n、ρ=R1·F/L，计算出水电阻率。实际试验测量计算得到如下三组数据：（n=12，L=218）（表1）
从结果看到，我们当地环境水质电阻率约为4.1～5.1MΩ·mm，比极纯的水导电性能强。为了保守设计，为以后留有余量，本次设计取5092.4477Ω·mm。
6.2 活动极板、固定极板尺寸以及间距设计
统计我厂机车整流柜输出最大电流及相应电压值（表2）：
从表中可以看出最大电流值是5070A，相应电压值是232～529V。
利用公式R=U/I、R=R1/n、R1=ρ·L/F计算得到导电面积。若得到最大的F值，R1要最小，R要最小，U要最小，所以设计计算取电压U最小值232V。R=U/I=232/5070=0.04575937（Ω）；R1=16R=16x0.04575937=0.7321499（Ω）；
由R1=ρ·L/F推导出F=ρ·L/R1=5092.447706x310/0.7321499=2156196（mm2）适当考虑以后提高机车功率。我选择了8个活动极板，9个固定极板，活动极板和固定极板间距是310mm，极板宽1800mm，高1500mm，F=2700000>2156196，2700000/2156196=1.25，还有增加25%的能力。按此参数研制的内燃机车水阻试验台满足机车水电阻负载试验要求。
7、结束语
本文介绍了内燃机车水电阻试验台研制情况，主要说明了水电阻率的测定与计算，为后续其它车型水阻试验台设计提供参考。
参考文献
[1] 《工程师常用公式手册》.库特吉克.德：冯训诚高作武中子.译：湖北科学技术出版社，1989.
[2] 《东风4D型准高速内燃机车檢修手册》.大连机车车辆有限公司，2004.
[3] 《东风4型内燃机车段修规程》.中华人民共和国铁道部.中国铁道出版社出版.1993.