HXN3B型機車實現編組站內調機自動化應用的研究

王恩會，劉 晶

(1.中國鐵路濟南局集團有限公司運輸部，濟南 250007；2.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 問題的提出

1.1 問題產生的背景

調機自動化系統是一套應用于編組站的調車機車自動控制系統，實現站內調機信號和信息服務、走行安全監控和自動控制。該系統采用無線通信方式，將調車作業相關的信號、道岔、軌道電路區段狀態等作業信息傳送到機車上，并在車載人機界面單元上實現調車機車信號和站場聯鎖信息的實時顯示，反映調車車列（含單機）的運行條件。同時，通過對調機運行前方信號和車站相關基本信息的處理，實現車站集中聯鎖區域內的調車車列（含單機）速度監控，并在駝峰推峰作業中實現機車遙控。

1.2 HXN3B機車

HXN3B 型內燃機車，是中國鐵路的交流電傳動內燃機車車型之一，由中國中車集團大連機車車輛有限公司研制生產，是在擁有完全自主知識產權的HXN3 型內燃機車基礎上，為滿足重載貨物列車調車需要而研制的大功率重型調車用內燃機車，也可用于小運轉等作業。該機車功率大，設計理念先進，其自動化和智能化程度在專用調車機車領域均處于領先地位。2015 年，根據鐵總的機車調配規劃，濟西站配屬12 臺HXN3B 型機車，用于站內解體、編組等日常作業。

1.3 濟西站調車機車自動化需求

濟西站作為濟南地區最大的編組站，下轄二級六場，是京滬鐵路和膠濟鐵路的交通樞紐，日均作業量達到17 000 輛，最高作業量可達21 000 輛。為了安全、高效的完成車站解編作業量，車站裝備了編組站綜合自動化(CIPS)、駝峰自動化、計算機聯鎖等多種行車設備，調機自動化系統就是其中的一種。

駝峰是編組站作業效率的核心。如何高效、安全的完成駝峰解體作業，是保障整個濟西站運轉效率的關鍵。而調機自動化系統的駝峰推峰遙控功能，就是通過自動執行駝峰推峰作業，以指定的速度完成自動變速推峰，使整個推峰過程達到響應快速、控制精確的目的。

1.4 存在的困難和問題

由于駝峰推峰過程中，機車的制動調速需要使用機車小閘實現單機制動。傳統的東風系列機車采用JZ-7 型空氣制動系統。這種系統使用多年，成熟穩定，制動完全靠互相鎖閉的空氣壓力管路構成。

HXN3B 機車使用的是一種較為先進的新型制動系統——CCB-II 型制動系統。有別于以JZ-7 型為代表的單純依靠手柄調節空氣壓力進行制動的傳統制動系統，CCB-II 型制動系統使用電子電路對空氣制動部件進行控制，從而使整個空氣制動系統的智能化和自動化均得到較大提升。

但是，由于CCB-II 型制動機電路與風路的復雜特性，使得其擴展能力受到限制。傳統的適用于JZ-7 型空氣制動系統的控制方法不能適用于CCBII 型制動機，這就限制調機自動化等自動控制系統、輔助駕駛系統在HXN3B 等機車上的運用。

2 解決方案

針對這一現狀，必須找到一種能夠控制CCB-II型制動機的方法，才能解決調機自動控制系統遇到的問題。

CCB-II 型空氣制動機由集成處理模塊（IPM）、電子制動閥（EBV）、電動-氣動控制單元（EPCU）、液晶顯示單元（LCDM）等幾個主要部分組成。其基本結構和構成原理如圖1 所示。

圖1 CCB-II型制動機單獨制動缸控制原理簡圖Fig.1 Control principle diagram of single brake cylinder of CCB-II brake

在該系統構成中，EBV 用于將司機對制動手柄的操作轉化為電信號，并將其發送給IPM。由IPM 經過邏輯運算后發送給EPCU，由后者執行制動輸出。因此，要想實現自動控制，可以從EBV 著手改造，讓調機自動控制系統模擬EBV 轉化后的電信號輸送給IPM，即可實現自動控制。改造原理如圖2 所示。

圖2 電子制動閥EBV改造設備結構圖Fig.2 Structure diagram of electronic brake valve EBV reconstruction equipment

如圖2 所示，僅需對兩個EBV 進行改造，在EBV 內部加裝1 個轉接板，在原有的電路中串接1個控制轉換電路，輸出端口不變，即可實現對EBV的控制。轉接板連接到EBV 控制盒（主副兩系各自連接），EBV 控制盒通過通信端口與調機自動控制系統主機連接，接收主機發送的制動指令，同時反饋執行結果。

改造后，來源于司機手動操作的手柄信號和來源于調機自動控制系統的控制信號均可通過轉接板輸出給IPM。IPM 不進行改造，其工作原理與加裝轉接板之前一樣?？稍谵D接板內部設計控制優先權，將司機手柄制動的優先權設置為最高，保證特殊情況下的人工干預權限。

3 問題的解決

上述解決方案提出后，由中國鐵路濟南局集團有限公司聯合北京全路通信信號研究設計院集團有限公司、北京思維鑫科信息技術有限公司共同進行研究，成功研制了符合上述構想和預期的調機自動控制系統。該系統將調機自動化車載主機與EBV 控制盒結合在一起，構成1 套完整的控制系統。由調機自動化車載主機計算并發送制動指令，EBV 控制盒將指令轉化為電信號，實現對CCB-II 型制動機單獨制動缸制動壓力的控制。經過近一年的聯合開發、調試、測試，終于成功研制出試用樣機，并在濟西站HXN3B-0054#、HXN3B-0055#機車上成功試用。

加裝了該設備，調機自動化系統能夠精確的控制HXN3B 機車的單獨制動缸壓力，實現從0 ～300 kPa 任意壓力值的控制（控制精度±10 kPa）。完成改造后的機車，能夠良好的完成駝峰推峰機車遙控功能。投入遙控后，系統能夠自動控制機車啟動、加速、減速、制動、停車，并可根據駝峰信號的實時變化自動調速，良好的完成駝峰推峰作業。經測算，在投入遙控自動推峰的作業過程中，系統速度控制誤差的均方差不大于0.6 km/h，符合駝峰推峰速度要求，滿足現場使用需求。

4 結論與展望

試用的成功，標志著EBV 控制盒裝置可以與調機自動化系統完美結合，實現對HXN3B 型機車單獨制動缸壓力的控制，使系統能夠實現駝峰推峰遙控功能。

下一步可適當擴大試用范圍，對于具有相同使用需求的車站、機車進行類似的改造，為提高編組站和駝峰運轉效率提供有力的設備保證。