HXD2機車制動系統紊亂故障的原因分析

周昌 朱丹

摘要：本文針對HXD2機車制動系統紊亂故障，在環境溫度-40℃的條件下進行故障還原實驗，并結合BFCF的停放制動缸的結構特點——皮碗密封和停放制動的控制原理，找出HXD2機車制動系統紊亂故障的根本原因。

關鍵詞：停放制動；紊亂；BFCF；皮碗

HXD2機車是9600KW大功率交流傳動電力機車，機車由A、B兩節組成，采用2（B0-B0）轉向架[1]。機車裝有帶停放制動功能的踏面制動單元BFCF。

2016年12月HXD21346機車在霍林河站內發生制動系統紊亂故障，乘務員報出故障現象：“對機車進行停放制動緩解操作后，自動制動閥（以下簡稱大閘）位于重聯位，停放制動緩解；大閘位于運轉位，停放制動施加，禁止機車牽引”。HXD21346機車技術服務人員在現場無法處理故障，HXD21346機車回送通遼南機務段后，該故障消失。

本文作者于2017年1月在珠絲花整備車間再次遇到HXD21346機車出現該故障，基于之前對此故障的猜想——低溫導致該故障，本文作者結合現場環境溫度-40℃的條件分析故障原因。

1 停放制動原理

1.1 BFCF原理

BFCF由停放制動缸和常用制動單元組成。停放制動缸主要部件包括彈簧、活塞、皮碗和推桿；常用制動單元主要部件包括常用制動缸、楔形塊和傳動機構，BFCF結構如圖1.1所示。其中，皮碗的作用是密封，皮碗將活塞正面與背面隔離，使活塞正與缸體夠成密封的停放制動缸；呼吸管的作用是保證活塞背面與缸體夠成的腔室通大氣，在活塞動作過程中活塞背面不與大氣形成壓差。停放制動缸內壓縮空氣壓力大于400Kpa為停放制動緩解，小于400Kpa為停放制動施加。

1.2 控制原理

機車6A系統通過傳感器FS-6A檢測停放制動缸壓力，微機系統通過壓力開關MA2-FS判斷停放制動缸的控制壓力，進而控制停放制動施加指示燈狀態。大閘位于重聯位時常用制動缸內壓縮空氣壓力為450Kpa，大閘位于運轉位時常用制動缸內壓縮空氣壓力為0[2]。

按停放制動緩解按鈕，VE-FS左位通，輔助風缸950Kpa的壓縮空氣流經減壓閥DE-FS降為550Kpa，VVFS1左路導通，停放制動缸壓力變為550Kpa，停放制動緩解，同時壓力開關MA2-FS動作，停放制動施加指示燈熄滅，6A屏顯示停放制動缸壓力大于400Kpa。按停放制動施加按鈕，VE-FS右位通，此時VVFS1左路導通，停放制動缸內壓力下降，當停放制動缸壓力降到與常用制動缸壓力相同時，VVFS1右路導通，停放制動缸內壓力停止下降，如圖1.2所示。

2 故障查找及原因分析

2.1 故障還原實驗

對機車進行故障還原實驗：按停放制動緩解按鈕，停放制動施加指示燈熄滅。此時，6A屏顯示停放制動缸壓力低于400Kpa?？梢?，停放制動并未緩解。將大閘置于運轉位時，停放制動施加指示燈變紅，此時，6A屏顯示停放制動缸壓力低于400Kpa，停放制動施加。將大閘置于重聯位，停放制動施加指示燈熄滅，6A屏顯示停放制動缸壓力低于400Kpa，可見，停放制動并未緩解。

實驗現象表明：在對機車進行停放制動緩解操作后，機車一直處于停放制動施加狀態。而乘務員報出的“機車制動系統紊亂”只是表面現象。真實故障是：對機車進行停放制動緩解操作后，機車停放制動一直無法緩解。

2.2 停放制動無法緩解原因分析

基于上述分析，本文作者認為導致停放制動無法緩解的原因是停放制動缸壓力無法建立，經過排查基礎制動單元發現FBCF的呼吸管漏風。

故障解析：乘務員整備機車后，機車處于停放制動施加狀態，VE-FS處于右位，圖1.2中1點壓力為0。大閘位于重聯位時，由于中繼閥的補風，圖1.2中3點和常用制動缸壓力為450Kpa[3]，而VVFS1左側壓力為0，VVFS1右路導通。按停放制動緩解按鈕，VE-FS變為左位，圖1.2中1點壓力為550Kpa，壓力開關MA2-FS動作，停放制動施加指示燈熄滅。此時VVFS1左側壓力為550Kpa，大于右側，VVFS1左路導通，停放制動缸處于充風狀態，但由于停放制動缸內壓縮空氣通過呼吸管向外漏風，所以停放制動缸內壓力無法達到400Kpa，當圖1.2中1點由于停放制動缸漏風而被拉低到450Kpa時，VVFS1右路導通，此時圖1.2中1點位由于DE-FS的補風，壓力很快提高到550Kpa，VVFS1又變為左路導通，VVFS1的兩側壓力動態平衡于450Kpa附近，趨于穩態。整個過程，由于圖1.2中3點的450Kpa壓力的影響，VVFS1的左側的壓力在450Kpa～550Kpa范圍內變動，停放制動控制壓力大于400Kpa，所以壓力開關MA2-FS動作，停放制動施加指示燈熄滅。但停放制動缸壓力卻低于400Kpa，所以停放制動并未緩解。

此時，將大閘從重聯位搬置運轉位，圖1.2中3點和常用制動缸壓力變為0，VVFS1左路導通，由于停放制動缸漏風，所以圖1.2中1點壓力被拉低，低于400Kpa，壓力開關MA2-FS動作，停放制動施加指示燈亮起。

綜上所述，制動系統紊亂的故障原因是停放制動缸的呼吸管漏風。

2.3 呼吸管漏風原因分析

機車長期運用過程中，停放制動缸缸體與活塞背面所形成的腔室內積灰和水蒸汽。冬季，霍林河站和珠絲花整備車間溫度低于-40℃時，停放制動缸缸體與活塞背面所形成的腔室內的灰塵和水蒸汽凍結為固態結塊，并附著在停放制動缸缸壁上，導致皮碗變形，密封不嚴，停放制動缸通大氣，停放制動無法緩解。

通遼南機務段的環境溫度為-20℃左右，停放制動缸缸壁上不易形成固態結塊，所以HXD21346機車回送到通遼南機務段后，故障消失。

3 結束語

HXD2機車在極寒地區運用過程中出現的制動系統紊亂故障的實際現象為停放制動無法緩解，導致停放制動無法緩解的原因是灰塵和水蒸汽在停放制動缸缸壁附著，破壞皮碗密封，停放制動缸壓力無法建立，停放制動無法緩解。

參考文獻

[1] 閆劍.機車踏面制動器試驗系統研究[D].西南交通大學，2015.

[2] 張曙光.HZD2型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3] 馮榮耀，王俊勇.國產HXD2型電力機車平均管中繼閥仿真分析[J].鐵道機車車輛，2015，35（3）：25-30.

（作者單位：中車大連機車車輛有限公司）