HXD3 型電力機車彈停系統優化的探討

葉 林 上海鐵路局杭州機務段

HXD3型電力機車在靜態防溜系統上采用的是“蓄能彈停制動”，是現今大功率機車普遍采用的靜態防溜手段。其與傳統的采用手制動機防溜的機車存在較大區別，不僅在防溜基礎制動單元的獨立性上實現了機車靜態防溜的需要，同時還通過全車TCMS 實現機車靜態封鎖保護和“人機對話”提示，從而滿足了機車靜態防溜的及時性、可靠性、人機互動性。但在HXD3彈停系統中也存在一定的缺陷，特別是在彈簧停車機系統走行部管系出現故障，引發機車彈停制動系統誤動作后，將直接影響到機車的正常運行，如處理不當極易造成機破從而影響正常運行次序。

1 HXD3 型機車蓄能制動彈停系統的組成及作用

HXD3型電力機車上的B40 模塊，就是用于控制機車蓄能彈停制動和緩解，分別由B40.02(單向止回閥)、B40.03(彈停脈動閥)、B40.04(彈停三通閥)、B40.05(彈停管調壓閥)、B40.06（彈停隔離塞門）、B40.07(彈停傳感器)、B40.08（閘缸傳感器）、B40.09(彈停壓力監測點)、B40.10（縮口風堵）組成。除此之外HXD3型電力機車彈停系統還包括A13（彈停風缸）、KP59（彈停壓力開關）、C8(彈停作用風缸)，如圖1 所示。

圖1 HXD3 型電力機車彈停系統風路

當機車正常運行中需要使機車彈停制動系統處于緩解狀態，要讓B40.03 左側緩解電控閥得電（在蓄電池正常投入的情況下只需要人為扳動司機操縱臺下方的QA99/QA100到“緩解位”即可）,此時由A24（總風遮斷塞門）來的總風經過總風連管進入B40 模塊，經過B40.02 一路向彈停風缸充風，另一路通過B40.10 作用在B40.03 上方，此時由于B40.03 緩解電控閥得電，推動脈動閥頂桿向右移動，關閉脈動閥排風口，溝通脈動閥總風管和脈動閥管，將總風壓力引至B40.04下方，與B40.04 上方制動缸管壓力進行比較，正常情況下總風壓力應遠大于制動缸管壓力，故無論機車“制動”還是“緩解”，B40.04 閥芯在下部總風壓力的推動下運動到上極端，切斷制動缸管和彈停管的通路，溝通脈動閥管和彈停管，總風開始經彈停管向C8 充風，機車彈停作用缸緩解。與此同時機車走行部彈停標識B92 變為“綠色”。當彈停管壓力大于150 kPa 時KP59 壓力開關動作溝通355#～440#，此時蓄電池正端電源→QA56 →350#→QA45 →355#→KP59 →400#→TCMS，微機得到一個信號，機車彈停制動緩解。

如人為扳動司機操縱臺下方的QA99/QA100 到“制動位”，B40.03 的制動電控閥得電，此時脈動閥頂桿向右移動，切斷總風管與脈動閥管的聯通氣路溝通脈動閥管排大氣的通路，脈動閥內的壓力空氣被迅速排至0 kPa，在B40.04 下方的壓力空氣迅速消失。此時如果機車制動機處于制動狀態，也就是說機車制動缸處于充風狀態，制動缸壓力會通過制動缸管作用于B40.04 上方，并推動閥芯向下極端移動，切斷脈動閥管與彈停管的聯通氣路，溝通制動缸管與彈停管，制動缸壓力空氣向彈停管充風，機車彈停系統仍處于緩解狀態。

若此時緩解機車制動缸壓力，隨著機車制動缸壓力的逐漸下降，作用在B40.04 上方的制動缸管壓力也逐步下降，C8內的彈停作用風缸經彈停管隨制動缸管排出，彈停作用缸內的彈簧推動機車單元制動器，機車進入彈停制動狀態。當彈停管內壓力空氣下降到150 kPa 時KP59 斷開，切斷355#～400#此時TCMS 得到一個“彈停制動信號”，進入微機封鎖狀態。

2 HXD3 型機車蓄能制動彈停系統的不足之處

雖然HXD3型電力機車彈停系統在操作性能上比手制動機有較大提高，但這也給彈停系統故障后的處理帶來了許多問題。

第一：KP59 在機車的實際運用中由于其靠近彈停系統的末端，在出現機車彈停軟管受損后會直接影響機車的正常運行，即便此時人為切除B40.06 也無法使KP59 輸出可靠的風壓信號，此時機車TCMS 始終輸出封鎖保護，機車將無法加載維持運行。

第二：HXD3在庫區作業發生多起制動缸塞門人為錯誤關閉，如乘務員沒有及時恢復，機車起動后會由于制動機性能失效對機車運行安全造成嚴重威脅。

3 HXD3 型機車蓄能制動彈停系統的優化方案

如果能通過技術改造使機車在靜態的情況下，實現機車制動缸Z10.22 控制和機車彈停制動的聯動，就能起到機車自動保護作用。

由于考慮到彈停系統的失風制動性，可以在Z10.22 切除信號電路上加裝一只ZJ（中間繼電器），用于溝通355#～YV50A(如圖2)和切斷852#～YV50B（如圖3）。其作用是當在加蓄電池閉合的情況下，關閉Z10.22 機車始終處于彈停狀態，此時在未恢復Z10.22 的情況下人工干預緩解彈停無效。

圖3 HXD3 型電力機車彈停系統繼電器關電路（二）

由于機車KP59 人為短接存在困難，在對運用機車進行觀察后，認為可以通過在Ⅰ、Ⅱ室操縱臺加設“故障開關”，分別接在355#線和400#線（如圖4），以達到彈停系統故障時的人為短接目的。

圖4 HXD3 型電力機車彈停系統故障開關電路

此時機車乘務員在判明是由于彈停系統走行部軟管破損導致彈停系統故障后可將B40.06 打到隔離位，切斷彈停管通路，然后將“Ⅰ室故障開關”或“Ⅱ室故障開關”打到投入位，將KP59 短路，繼續溝通彈停緩解信號給TCMS，用以解除TCMS 對機車的封鎖。

同時當HXD3機車在庫區長期停留或蓄電池處于斷電狀態下，為了進一步對機車實現靜態保護，可在B40.06 后增設KM 閥。其分別由閥體、復位彈簧、作用彈簧、大膜板、小膜板與制動缸、彈停管和彈停作用風缸溝通，正常狀態當機車SA99(SA100)處于緩解狀態，A13（彈停風缸）的壓力空氣進入KM 閥推動小膜板克服復位彈簧下移，切斷BC～C8 通路，機車彈停管風開始向彈停作用缸充風，機車彈停緩解。

當機車SA99(SA100)處于制動狀態彈停管壓力消失，大膜板在作用彈簧的作用下上移同時通過頂桿推動小膜板上移，切斷B40.06～C8 通路,開通BC～C8 通路，彈停作用缸的壓力空氣隨制動缸排出，機車彈停上閘。如機車在彈停的狀態下小閘全制動，大膜板上方的壓力增大，克服作用彈簧壓力推動大膜板下移，通過頂桿推動小膜板下移，切斷BC～C8 通路，溝通彈停管和彈停作用缸通路，機車彈停緩解。

在人為誤關Z10.22 時KM 閥大、小膜板間的壓力空氣隨Z10.22 排出，由于彈停管壓力在此時并未下降，小膜板上方仍有壓力存在，但此時已經不能滿足大膜板的平衡，大膜板在作用彈簧的推動下向上移動，切斷B40.06～C8 通路，溝通BC～C8 通路，自動激發彈停制動，同時將其塞門關閉信號并入KP59 微機封鎖信號，并在Z10.22，實現機車制動缸塞門關閉后全車的封鎖，避免機車乘務員在沒有確認Z10.22 是否開放的狀態下盲目提手柄動車。

4 HXD3 型機車蓄能制動彈停系統優化的總結

通過優化，第一：機車乘務員在運行途中遇彈停制動軟管破損，不需要進行短接操作，只需通過對B40.06 和Ⅰ、Ⅱ室故障開關進行操作就能維持運行。一方面縮短了此類故障的處理時間，另一方面也避免了乘務員因短接失誤耽誤機車運行，從根本上解決HXD3 型電力機KP59 不受B40.06 控制。第二：無論蓄電池有無閉合，乘務員只要將Z10.22 關閉，機車就會產生彈停制動，并且在閉合QA601 后機車彈停將被鎖死在制動位，在未恢復Z10.22 的情況下機車將無法緩解彈停制動。達到了系統優化、確保機車運用安全的目的。