DK—2制動機高速電磁閥使用壽命計算分析

摘要：文章針對朔黃鐵路運營機車上使用的DK-2制動機高速電磁閥使用壽命進行了分析，根據分析結論提出了運行使用中的維護修理建議，為保證朔黃機力供應奠定了基礎。

關鍵詞：DK-2型機車制動機；高速電磁閥；使用壽命；鐵路運營機車；機車制動系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：U260 文章編號：1009-2374（2015）18-0016-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.009

朔黃線SS4B型電力機車及神華號交流電力機車制動機均采用高速電磁閥、壓力傳感器以及PWM脈寬調制方式實現對壓力精確控制的EP閉環模擬控制模式。高速電磁閥自2008年裝車運行以來，運用過程中多次暴露出故障，在日常運行中出現了較多漏風、串風、卡位等故障，針對這一問題，本文對高速電磁閥壽命進行了詳細分析，并根據朔黃鐵路貨運重載、長坡道周期制動等特點制定了預控措施。

1 概述

朔黃線機車采用的DK-2型制動機是一種具備微機模擬控制、網絡通訊、故障智能診斷等信息化功能的機車電空制動機，主要由制動控制器、后備空氣制動閥、顯示屏等操縱顯示部件以及制動柜內的制動控制單元、分配閥、緊急閥、中繼閥、重聯閥、放風閥、電空閥、高速電磁閥、傳感器等組成。DK-2型制動機能實現列車自動制動與機車單獨制動、空電聯合制動、斷鉤保護、列車充風流量檢測、無動力回送、制動重聯、列車電空制動、列車速度監控配合等制動基本功能，具備單機自檢、故障診斷、數據記錄與存儲等智能化、信息化功能，具備MVB、CAN等網絡通訊接口，適應現代機車制動機信息化以及網絡控制的發展要求。DK-2制動機一共有2組高速電磁閥，分別是均衡風缸充風258YV緩解高速電磁閥和均衡風缸排氣257YV制動高速電磁閥以及閘缸預控風缸充風260YV單制高速電磁閥和閘缸預控風缸排風261YV單緩高速電磁閥。

2 高速電磁閥的工作原理

高速電磁閥是通過電磁力控制壓縮空氣管路的接通或切斷。制動控制單元根據調整風缸的目標值，通過PWM波控制高速電磁閥快速得失電，使相應的氣路進行充風和排風，從而達到遠距離控制氣動裝置的電器。

2.1 高速電磁閥的組成

主要部件有平衡式提桿閥芯、復位彈簧、線圈、主銜鐵、閥桿、輔助銜鐵及渦形彈簧等。當線圈得電后，閥桿向下移動，它頂動閥芯使氣路開通或關閉，線圈失電時，在彈簧的作用下頂動閥芯向上移動，從而使氣路開通或關閉。如圖1所示：

2.2 高速電磁閥在機車制動系統的作用

機車制動控制單元采用高速電空閥、壓力傳感器以及PWM脈寬調制方式實現對壓力精確控制的EP閉環模擬控制模式，均衡風缸升壓，在EP閉環模擬控制模式下，制動控制單元接收大閘發出的均衡風缸目標值命令，比較目標值與壓力傳感器反饋的均衡風缸實時壓力值，通過對進、排氣高速電空閥的PWM控制，達到精確控制均衡風缸壓力的目的。保護電空閥可以確保系統故障或失電時均衡風缸的自動減壓排風。圖2所示為機車制動機系統中均衡風缸控制模塊原理圖，PWM3、PWM4分別為進、排氣高速電磁閥，319YV為均衡保護電空閥，203BP為均衡風缸壓力傳感器，BCU通過203BP反饋壓力信號，控制高速電空閥動作，從而形成均衡風缸壓力閉環控制。

3 DK-2機車制動機高速電磁閥壽命分析

高速電磁閥的使用壽命即為高速電磁閥達到其最大的使用次數（約8000萬次）。引起高速電磁閥使用次數包括兩個方面：一方面是司乘人員對DK-2制動機進行制動、緩解操作引起的高速電磁閥調節而產生的動作；另一方面是由于均衡風缸和閘缸預控的泄漏原因引起補風而產生的動作。通過上述分析、相關試驗以及調研，高速電磁閥的使用壽命計算如下：

3.1 制動機操作引起高速電磁閥動作的計算

制動機操作頻繁階段主要為機車運行中為滿足調速、起停需求的制動和機車單機走行過程中的停車制動及整備過程中的檢查、實驗性制動。

朔黃鐵路神池南—原平南、南灣—西柏坡區段為長大下坡道區段，上行列車在運行中需要采取電空聯合周期制動操縱方式，僅這兩區段就要使用機車制動機進行空氣制動21次，其他區段通過對朔黃線機車單牽萬噸列車操縱示意圖及相關數據的分析需要空氣制動4次，具體各區間制動減壓次數見表1。機車單機走行的停車制動和整備過程中的檢查、實驗性制動約為20次，故一天時間操作引起高速電磁閥的動作次數約為：

257YV制動高速電磁閥控制均衡風缸排風和260YV單制高速電磁閥控制閘缸預控風缸充風分別調整壓力約45次。減壓完畢后，司機會進行相應的緩解操作，因此258YV緩解高速電磁閥控制均衡風缸充風和261YV單緩高速電磁閥控制閘缸預控風缸排風分別調整壓力約45次。高速電磁閥每次充風或排風調整壓力都需要高頻動作約30次，則一天內因為操作導致的高速電磁閥動作次數約為：

30×45=1350次

3.2 泄漏引起高速電磁閥動作的計算

因為DK-2制動機對壓力的控制為閉環控制，BCU實時采集均衡風缸和閘缸預控的壓力，當泄漏引起風缸壓力變化值超過一定的閾值后，BCU會控制高速電磁閥動作去補償泄漏的氣壓。目前DK-2制動機的算法為當氣體泄漏壓力超過3kPa時，即在風缸泄漏前后傳感器采集到的氣壓差值達到4kPa時，高速電磁閥就會自動動作調整一次風缸壓力。按照目前機車均衡風缸和閘缸預控的泄漏量10kPa/min的速率計算，每泄漏4kPa調整一次風缸壓力，則氣體泄漏引起的高速電磁閥調整風缸壓力間隔時間：4kPa/（10kPa/min）=0.4min。即每間隔0.4min高速電磁閥調整一次風缸壓力。

同時參考機車在運行前需要在段停留整備臨修等因素，按照約花費2個小時計算，故一天內其運行時間約為22小時，則因氣體泄漏高速電磁閥發生氣壓調整次數約為：

22小時×60分鐘×（1/0.4）次/分鐘=3300次

按照BCU的閉環控制算法，每調整一次氣壓，高速電磁閥需要動作約30次，所以一天內因氣體泄漏引起高速電磁閥發生動作次數約為：

3300×30=99000次

3.3 高速電磁閥動作次數統計和使用壽命計算

綜合上述因操作和氣體泄漏引起的高速電磁閥動作次數統計可知，結合兩種情況一天時間內高速電磁閥發生動作次數約為：

99000+1350=100350次

3.4 結論

上述高速閥電磁閥的計算使用壽命僅是理想狀況下計算得出的結果，該結果可以作為一般機車運用時高速閥電磁閥使用壽命的參考。由于各種機車的運用狀況以及風缸的泄漏量不同，會導致高速閥的使用壽命有所不同。針對上述計算結果，泄漏是影響高速閥使用的一個重要因素，因此SS4B型直流機車因為其泄漏量比神華號交流車高，同時直流車制動柜采用的管路材質（容易產生銹蝕）也對高速閥有影響，因此直流車高速電磁閥的使用壽命會較交流車短。

神華號交流機車在風缸的氣密性以及制動柜材質（全部采用不銹鋼材質）的選擇上都有提升，同時交流車在各個閉環控制模塊上增加了相應過濾部件，杜絕了因為雜質引起的高速電磁閥的卡滯問題。

4 采取的措施

第一，根據以上研究結論，結合朔黃線交直流機車的修程修制，建議SS4B直流機車在中修修程中更新高速電磁閥，神華號交流機車在兩年檢修程中更換高速電

磁閥。

第二，定期檢查均衡風缸和閘缸預控風缸的氣密性，一旦發現泄漏量超標應及時進行處理，使其泄漏量控制在10kPa/min以內。

第三，日常保養及修程中應加強車源系統及干燥系統的檢查，保證機車風源清潔干燥，在大修修程中對機車空氣管路進行徹底清洗。

隨著朔黃鐵路運量的不斷增加，萬噸列車的普及和基于LTE下的大軸重重載列車的開行，區間列車密度將大幅增加，只有采取科學合理的措施提高機車質量，減少朔黃線運用機車因高速電磁閥不良引起的區間停車，才能提升公司的運行效率。

參考文獻

[1] 南車株洲電力機車有限公司.神華八軸大功率交流傳動電力機車使用保養說明書[S].2012.

[2] 南車株洲電力機車有限公司.神華八軸大功率交流傳動電力機車檢修手冊[S].2012.

[3] 劉豫湘.我國機車制動機的現狀與發展[J].電力機車與城軌車輛，2005，28（1）.

作者簡介：張亮（1981-），男，陜西寶雞人，朔黃鐵路發展有限責任公司機輛分公司助理工程師，研究方向：電力機車。

（責任編輯：周 瓊）