JZ-7制動機在大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車的應(yīng)用

葛建坤，李武勇

（北京二七軌道交通裝備公司 機車研發(fā)中心，北京100072）

JZ-7制動機在大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車的應(yīng)用

葛建坤，李武勇

（北京二七軌道交通裝備公司 機車研發(fā)中心，北京100072）

通過對CCBⅡ電控空氣制動機和JZ-7空氣制動機組成及功能的分析，簡要介紹了JZ-7制動機在大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車的應(yīng)用與改進。

改進與應(yīng)用；JZ-7制動機；大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車

中國鐵路總公司為提升鐵路內(nèi)燃調(diào)車機車的技術(shù)等級，提出了采購大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車的愿望。大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車應(yīng)在HXN3和HXN5技術(shù)平臺的基礎(chǔ)上進行設(shè)計研發(fā)。并具有以下技術(shù)特征：

（1）機車牽引功率（主發(fā)動機輸入）等級為3 281 k W（或2 460 k W）；

（2）機車為C0－C0，軸重25 t；

（3）機車最大運用速度為100 km/h；

（4）柴油機滿足美國環(huán)保總署Tier2規(guī)定的排放要求；

（5）采用HXN3或HXN5成熟可靠的交流傳動技術(shù)；

（6）采用車載微機控制監(jiān)視系統(tǒng)（TCMS）。

根據(jù)這些要求，大連機車車輛有限公司推出了以HXN3為平臺，裝用12V265電噴柴油機的HXN3B（3 281 k W）型大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車；戚墅堰機車車輛有限公司也推出了裝用R12V280ZJ電噴柴油機的HXN5B（3 281 k W）型大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車。這兩種調(diào)車機車都裝用了JZ-7型空氣制動機。

大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車可供選擇的制動機有CCBⅡ、JZ-7等，CCBⅡ微機控制的空氣制動機廣泛用于HXN和HXD內(nèi)燃和電力機車上，JZ-7是我國內(nèi)燃機車上運用最成熟的空氣制動機，裝車數(shù)量已經(jīng)超過10 000臺。以下對這兩種制動機進行簡要的分析。

1 CCBⅡ電控空氣制動機

1.1 CCBⅡ電控空氣制動機簡介

CCBⅡ是克諾爾公司研制的基于網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的微機控制空氣制動機，除緊急制動外，所有的邏輯均由計算機控制，是目前最先進的機車制動系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)減壓準確，反應(yīng)迅速，保養(yǎng)少，并具有安全性、可靠性、集成化程度高的特點；采用在線可更換單元的設(shè)計理念，維護簡單；功能可擴展性良好，可實現(xiàn)分布式無線重聯(lián)控制等功能。

CCBⅡ電控空氣制動機是按照美國鐵路協(xié)會（AAR）標準要求設(shè)計，與26-L型空氣制動機完全兼容的客、貨運機車制動機。其性能參數(shù)按照我國鐵路標準和規(guī)定進行了調(diào)整，可以與我國鐵路既有機車車輛配套使用。

CCBⅡ電控空氣制動機主要包括電空控制單元（EPCU），集成處理模塊（IPM），繼電氣接口模塊（RIM），單獨制動閥和自動制動閥。

1.2 克諾爾CCBⅡ電控空氣制動機功能描述

CCBⅡ電控空氣制動機運用到大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車時，可參照HXN3型機車設(shè)計思路，取消制動顯示屏（LCDM），將其功能集成到司機室操縱臺上的鐵路多功能集成系統(tǒng)（FIRE）顯示屏上。

（1）模塊間控制關(guān)系

EBV、EPCU、IPM之間通過LON網(wǎng)線進行通訊，IPM、FIRE顯示系統(tǒng)之間通過RS422數(shù)據(jù)線進行通訊。

（2）模塊間控制邏輯

控制列車時：

控制機車時：

1.3 CCBⅡ電控空氣制動機性能

制動機可以滿足機車客運和貨運的需要，有本務(wù)、單機、重聯(lián)操作模式，具有自動制動、單獨制動、單獨緩解作用、緊急制動、重聯(lián)操作、機車無動力回送、動力制動和空氣制動的聯(lián)鎖、懲罰制動、斷鉤保護、空氣備份功能。

（1）自動制動

自動制動手柄在運轉(zhuǎn)位時，可實現(xiàn)列車管的定壓充風(fēng)及機車和牽引車輛制動缸的完全緩解；緊急制動后使用運轉(zhuǎn)位充氣緩解時，單機列車管壓力從零升至480 k Pa（500 k Pa定壓）時間小于9 s；再一次緩解時，機車制動缸壓力從常用制動最高壓力降至40 k Pa的時間小于7 s（500 k Pa定壓）；常用制動時，列車管的最小減壓量為50 k Pa，對應(yīng)的制動缸壓力為100±10 k Pa，常用制動可持續(xù)或階段減壓至常用全制動減壓量；定壓為500 k Pa時，列車管常用全制動減壓量為140 k Pa，機車制動缸最大壓力為360±15 k Pa，上升至95%最大壓力的時間為6～8 s。

（2）單獨制動

操縱單獨制動手柄可以控制機車的制動和緩解作用，而不影響列車管壓力變化；單獨制動可實施階段制動和階段緩解作用；單獨制動手柄至全制動位，機車制動缸壓力為300±10 k Pa，制動缸壓力從零升至285 Pa的時間為2～4 s；單獨制動手柄至運轉(zhuǎn)位，機車緩解制動。全制動緩解時，制動缸壓力從最高值降至40 k Pa的時間為3～5 s。

（3）單獨緩解作用

制動機具有單獨緩解功能，可以緩解機車因自動制動產(chǎn)生的制動作用，單獨緩解后應(yīng)自動復(fù)位；常用制動的制動缸壓力，單獨緩解復(fù)位后不能恢復(fù)；緊急制動的制動缸壓力，單獨緩解復(fù)位后允許恢復(fù)。

（4）緊急制動

當自動制動手柄置于緊急位時，當監(jiān)控裝置給出緊急制動要求時，按緊急制動按鈕或拉緊急制動閥時，列車分離及其他原因造成列車管減壓速率大于80 k Pa/s時，都可以產(chǎn)生緊急制動。制動系統(tǒng)在產(chǎn)生緊急制動時，必須切斷列車管的補風(fēng)作用；單機緊急制動時，列車管從定壓降至零的時間小于3 s，機車制動缸壓力為450±20 k Pa。6A安全防護系統(tǒng)只監(jiān)視不控制，并不給出制動指令。

（5）重聯(lián)操作

制動機有重聯(lián)操作功能，重聯(lián)機車或非操縱端設(shè)置為補機后，制動控制器僅緊急制動有效。通過制動平均管可實現(xiàn)對重聯(lián)機車的制動和緩解的控制，以及做為重聯(lián)機車通過制動平均管響應(yīng)本務(wù)機車的制動和緩解操縱控制。重聯(lián)機車的制動和緩解與本務(wù)機車的制動和緩解協(xié)調(diào)一致，當重聯(lián)機車發(fā)生分離時，可阻止總風(fēng)的快速流失，保持斷鉤引發(fā)的緊急制動作用。

（6）機車無動力回送

制動機具有無動力回送的功能；可保證機車與鐵路機車車輛任意編組，回送機車在編組列車中不會影響整個列車制動系統(tǒng)的正常工作；回送機車的列車管通過縮堵向總風(fēng)缸充風(fēng)，可對充風(fēng)流量進行控制；無動力回送機車在列車實施常用全制動時，制動缸的最大壓力為200～250 k Pa。

（7）電阻制動和空氣制動的連鎖

機車電阻制動和空氣制動的關(guān)系見表1。

（8）懲罰制動

當監(jiān)控裝置產(chǎn)生懲罰制動時，該制動機根據(jù)懲罰指令產(chǎn)生常用制動或緊急制動；在對懲罰制動進行緩解之前，要把自動制動手柄置于抑制位至少1 s對懲罰制動進行復(fù)位；懲罰源消除是懲罰制動復(fù)位的必要條件。6A安全防護系統(tǒng)只監(jiān)視不控制，并不給出制動指令。

（9）斷鉤保護

制動機采用列車管壓降速率大于70～84 kPa/s作為斷鉤指示，此時系統(tǒng)處于緊急制動狀態(tài)，制動缸壓力為緊急制動壓力，切斷總風(fēng)向列車管補風(fēng)并切斷機車動力。

（10）空氣備份

當制動機EPCU中的ERCP和16CP模塊故障時，制動系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到空氣模式，使其仍可繼續(xù)工作。

制動管充風(fēng)制動緩解：當制動管充風(fēng)緩解時，DBTV模塊使作用管16TV排空，同時制動管給副風(fēng)缸充風(fēng)；16CP模塊中電磁閥斷電，總風(fēng)不能通過16CP，從而使作用風(fēng)缸及作用管16＃同16TV相通，并隨16TV排空；BCCP模塊響應(yīng)作用管壓力變化，排空制動缸壓力，機車緩解。

制動管減壓，制動作用：當制動管排風(fēng)制動時，DBTV模塊使副風(fēng)缸給作用管16TV充風(fēng)，同時制動管停止副風(fēng)缸充風(fēng)，16CP模塊中電磁閥斷電，總風(fēng)不能通過16CP，從而使作用風(fēng)缸及作用管16＃同16TV相通，并隨16TV增壓；BCCP模塊響應(yīng)作用管壓力變化，給制動缸充風(fēng)，機車制動。

2 JZ-7空氣制動機

2.1 JZ-7空氣制動機簡介

JZ-7空氣制動機是中國鐵路機車主型制動機，它的操作方式和功能設(shè)置與26-L制動機相近，是一種純空氣的機車制動機。JZ-7制動機客貨兼用、可自動保壓，結(jié)構(gòu)上取消了研磨件，采用橡膠膜板柱塞閥、止閥及O型橡膠密封圈，延長了檢修周期且檢修方便。

自動制動閥和單獨制動閥采用凸輪結(jié)構(gòu)的控制方法，使操縱手柄輕快、方便，不受溫度影響。

JZ-7制動機采用了獨立的中繼閥，并且中繼閥增大了向列車充氣和排氣的有效面積，具有充氣快和排氣快的優(yōu)點。

JZ-7制動機的分配閥采用二壓力和三壓力混合式的結(jié)構(gòu)，既具有階段緩解作用，又具有一次緩解作用，制動缸壓力不受制動缸容量的要求并能自動保壓。

為適應(yīng)牽引長大列車的需要，設(shè)有過充位，提高列車管壓力縮短向車輛列車管和車輛副風(fēng)缸的初充風(fēng)和再充風(fēng)時間。

2.2 JZ-7空氣制動機功能描述

（1）JZ-7空氣制動機各閥控制關(guān)系

2.3 JZ-7空氣制動機性能

JZ-7空氣制動機可以滿足機車客運和貨運的需要，有本機、補機操作模式，具有自動制動、單獨制動、單獨緩解作用、緊急制動、重聯(lián)操作、機車無動力回送、動力制動和空氣制動的連鎖。

（1）自動制動

制動管定壓500 kPa時，均衡風(fēng)缸由500 kPa減壓140 k Pa的時間為5～7 s。

制動管定壓500 kPa時，常用全制動時制動缸壓力為340～360 k Pa，升壓時間為5～8 s。

制動管定壓500 kPa時，制動缸壓力由340～360 k Pa降至35 k Pa的時間為5～7 s。

自動制動閥手柄位置、制動管減壓量與制動缸壓力見表2。

（2）單獨制動

操縱單獨制動手柄可以控制機車的制動和緩解作用，而不影響列車管壓力變化；單獨制動可實施階段制動和階段緩解作用；單獨制動手柄至全制動位，機車制動缸壓力為300±10 k Pa；全制動位時制動缸壓力從零升至280 Pa的時間不大于3 s；單獨制動手柄至運轉(zhuǎn)位，機車緩解制動。全制動緩解時，制動缸壓力從最高值降至35 k Pa的時間小于4 s。

（3）單獨緩解

該制動機具有單獨緩解功能，可以緩解機車因自動制動產(chǎn)生的制動作用。當自動制動閥手柄置全制動位，將單獨制動閥手柄置單獨緩解位，制動缸壓力下降至零，允許制動缸壓力緩解至零后有回升，但1 min不得超過100 k Pa；自動制動閥手柄置緊急制動位，單獨制動閥手柄置單獨緩解位，制動缸在12～15 s內(nèi)開始緩解，制動缸壓力下降至零時間為25～30 s。

（4）緊急制動

當自動制動手柄置于緊急位時，當監(jiān)控裝置給出緊急制動要求時，按緊急制動按鈕或拉緊急制動閥時，可以產(chǎn)生緊急制動。單機緊急制動時，列車管從定壓降至0的時間小于3s，機車制動缸壓力為420～450 k Pa。6A安全防護系統(tǒng)只監(jiān)視不控制，并不給出制動指令。

（5）重聯(lián)操作

該制動機有重聯(lián)操作功能，將本務(wù)機車的重聯(lián)閥轉(zhuǎn)換按鈕置本機位，重聯(lián)機車或非操縱端設(shè)置為補機位后。本務(wù)機車制動機通過制動平均管可實現(xiàn)對重聯(lián)機車的制動和緩解的控制，重聯(lián)機車的制動和緩解和本務(wù)機車的制動和緩解協(xié)調(diào)一致。當重聯(lián)機車發(fā)生分離時，可保持斷鉤引發(fā)的緊急制動作用。

（6）機車無動力回送

該制動機設(shè)無動力回送裝置，無火回送時打開塞門，將機車的自動制動閥和單獨制動閥手柄取出，調(diào)整分配閥的常用限壓閥為250 k Pa。可保證該車可與鐵路機車車輛任意編組，且不會影響整個列車制動系統(tǒng)的正常工作。當牽引車施行常用全制動時，該無火回送車制動缸最高壓力為250 k Pa。

（7）電阻制動和空氣制動的連鎖

在空氣自動制動作用下，施行電阻制動時空氣制動自動緩解到零。電阻制動時空氣自動制動無效。

如在電阻制動時實施緊急制動，電阻制動自行切斷，空氣緊急制動有效。

3 JZ-7與CCBⅡ制動機在大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車的應(yīng)用

3.1 JZ-7與CCBⅡ制動機滿足大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車制動性能（見表3）

根據(jù)表3，JZ-7與CCBⅡ都是大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車可選制動機，但CCBⅡ電控空氣制動機具有操縱復(fù)雜，成本高的缺點。JZ-7空氣制動機則具有操縱簡單可靠，成本低的優(yōu)點。通過改進后可以適應(yīng)大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車的制動要求。

3.2 JZ-7空氣制動機對空電連鎖的改進

對于交流傳動機車而言，電阻制動可靠性大大提高。由于它具有制動快和無磨耗的優(yōu)點，應(yīng)合理考慮空氣制動和電阻制動的連鎖。大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車利用車載微機控制監(jiān)視系統(tǒng)（TCMS），可實現(xiàn)對JZ-7空氣制動機與電阻制動連鎖的控制。

TCMS通過總風(fēng)壓力傳感器、列車壓力傳感器、均衡風(fēng)缸壓力傳感器、單獨作用壓力傳感器、制動缸壓力傳感器、列車管流量計，將信號接入微機，利用微機來實現(xiàn)空電連鎖控制。控制原則為：

（1）避免自動制動和電阻制動同時作用，防止引起機車擦輪。

（2）常用制動時以電阻制動優(yōu)先（減小輪緣磨耗）。

（3）緊急制動時以空氣制動優(yōu)先，但空氣制動失效后，電阻制動可以投入（安全需要）。

（4）電阻制動時，采用單獨制動。當單獨制動制動缸壓力低于90 k Pa，兩者可以疊加，否則不能疊加。（并且電阻制動不能取消單獨制動，出于安全考慮）。

3.3 JZ-7空氣制動機對斷鉤保護的改進

大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車利用車載微機控制監(jiān)視系統(tǒng)（TCMS），可完善JZ-7空氣制動機斷鉤保護功能。

斷鉤時因列車管的減壓速率大于80 k Pa/s，制動機發(fā)生緊急制動；但此時制動機的手柄置于運裝位，因此總風(fēng)會給列車補風(fēng)，造成機車緊急制動緩解。TCMS當監(jiān)測到該情況時，會通過控制電磁閥給總風(fēng)遮斷閥充風(fēng)，來關(guān)閉總風(fēng)不給列車管充風(fēng)。從而完善JZ-7空氣制動機斷鉤保護功能。

通過以上改進措施后，JZ-7空氣制動機可以滿足大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車的制動要求。

4 結(jié)束語

JZ-7空氣制動機在中國鐵路具有廣泛的使用和維護經(jīng)驗，經(jīng)濟性和適用性具有明顯優(yōu)勢，經(jīng)過上述改進，可以適用于大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機車。

JZ-7空氣制動機要想鞏固主型制動機的地位，還需進行以下改進：（1）研究提高橡膠件的使用壽命到8年以上，延長檢修周期；（2）研究采用不銹鋼絲彈簧代替目前的碳素鋼絲彈簧，解決彈簧容易銹蝕失效的問題；（3）設(shè)計多種形式的司機操縱閥，以適應(yīng)多種需求。

JZ-7空氣制動機只有經(jīng)過上述改進完善，才能與26-L制動機一樣，成為大功率內(nèi)燃機車和工程機械的主型制動機。

［1］ 姜靖國.JZ-7型空氣和電空制動機［M］.北京.中國鐵道出版社.2001.

［2］ 劉豫湘，胡躍文.我國機車制動機的發(fā)展［J］.機車電傳動，2002，5：4-6.

［3］ 張思慶，王強，曲天威，于克俊.HXN3型重載內(nèi)燃機車產(chǎn)品設(shè)計平臺的建立［J］.內(nèi)燃機車，2011，449（7）：8-13.

［4］ 王強.大功率交流傳動內(nèi)燃機車產(chǎn)品技術(shù)平臺的建立［J］.鐵道機車車輛，2011，31（2）：11-15，106.

Application of JZ-7 Brake On High Power AC Drive Diesel Locmotive

GE Jiankun，LI Wuyong
（R＆D Center，Beijing Feb.7th Railway Transportation Equipment Co.，Ltd.，Beijing 100072，China）

By analyzing the composition and functions of CCBⅡelectro-pneumatic brake and JZ-7 air brake，this paper introduces the application and improvement of JZ-7 brake on high power AC drive diesel locomotives.

improvement and application；JZ-7 brake；high power AC drive diesel locomotive

U262.6

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.12

1008－7842（2014）06－0050－04

8—）男，高級工程師（

2014－08－31）