HXD2型機車牽引力切除故障分析與措施

徐鑫海

(大秦鐵路股份有限公司 湖東電力機務段， 山西大同 037000)

HXD2型機車是大秦鐵路重載運輸的主力機型[1]，在運用中多次發生運行速度達到10 km/h后機車牽引力切除故障，導致無法繼續運行。技術資料中，對此故障的表述為“運行速度達到10 km/h后，如果列車管壓力不足585 kPa，機車會自動切除牽引力”。在采取針對性措施后，此故障依舊多次發生，給大秦線重載運輸秩序造成了嚴重影響，也給2.1萬t重載列車的運行帶來了極大的安全隱患，同時也說明了該故障的準確原因并未找到。

通過分析HXD20003號故障機車數據發現，該車速度達到10 km/h后，列車管壓力充已至590 kPa，仍發生切除牽引力故障，與技術資料中對此故障的表述不吻合。為了找出故障發生的準確原因，通過研究HXD2機車控制原理以及長期實車試驗確定了ATF模式進入與退出機制，進而明確了此類故障發生條件，并制定了相應的預防措施。

1 故障概況

HXD20003機車啟動后，速度達到10 km/h時，列車管壓力590 kPa，出現牽引力自動切除故障，機車輔助顯示屏牽引力指示條自動回零，列車無法繼續運行。

通過對故障機車LKJ數據進行分析發現，此車在故障發生前被編組至補機位置(圖1)，且列車管壓力被本務機車充到過600 kPa以上(圖2)。本務機車實施制動減壓至380 kPa后停車摘機(圖3)，此時HXD2機車轉為本務機車運行，緩解制動，列車管壓力充至590 kPa(圖4)，開車后速度達到10 km/h后，故障發生。

圖1 機車交路LKJ數據

圖2 機車擔當補機時LKJ數據

圖3 本務機車摘機時LKJ數據

圖4 HXD2機車轉本務后LKJ數據

利用E-train軟件對故障機車數據進行了分析，發現在故障發生時機車TCU持續報出故障代碼E0-27-81：ME_ASSTF: Asservissement de la tr au fs(圖5)。該代碼含義為：機車進入ATF(牽引/制動隨動)模式。

圖5 機車故障數據

2 故障原理分析

2.1 HXD2機車列車管壓力信號傳輸處理原理

HXD2機車牽引控制模式為軸控模式，在列車管壓力信號傳輸方面與其他機型的不同點在于HXD2機車每軸都設置一個列車管壓力傳感器，單節車4個，全車共8個。每個壓力傳感器將壓力信號分別送至各軸牽引控制單元(TCU)，各軸牽引控制單元(TCU)接收各自列車管壓力傳感器信號，并將此壓力信號通過FIP網絡進行交換處理，得出列車管壓力變量計算值，壓力信號傳遞處理原理見圖6。

圖6 HXD2機車列車管壓力信號傳輸處理原理

HXD2機車牽引控制單元(TCU)對列車管壓力計算時使用3個變量計算值：

a_pcg_ref為機車制動機緩解完成后列車管壓力計算值。

a_pcg為列車管實時壓力計算值。

a_dpcg為a_pcg_ref與a_pcg之間的差值，即制動時列車管壓力下降計算值。

3個變量計算值與列車管實際壓力值間換算關系見式(1)：

變量計算值=列車管實際壓力值/100

(1)

3個變量計算值在機車制動機處于不同狀態時存在如下關系：

當機車制動機處于完全緩解狀態時：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=0

(2)

當機車實施制動或緩解未完成時：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg>0

(3)

2.2 ATF(牽引/制動隨動)模式進入與退出原理

當機車牽引控制單元(TCU)處于牽引模式運行速度大于10 km/h時，如果機車牽引控制單元(TCU)檢測到列車管壓力下降超過25 kPa(a_dpcg>0.25)，機車將進入ATF模式。在此模式下機車牽引指令被抑制，只有退出此模式后才可以再次施加牽引力。進入ATF模式后，a_pcg_ref的值將被鎖定，直至退出ATF模式后該值才會被重置。

進入ATF模式后，只有當機車牽引控制單元(TCU)檢測到a_dpcg計算值小于0.15(15 kPa)或者機車斷合蓄電池后，機車才會退出ATF模式。此時在機車完全緩解后，a_pcg_ref的計算值被重置。ATF模式進入與退出原理見圖7。

圖7 ATF模式進入與退出原理圖

2.3 HXD2機車制動機使用機制

HXD2機車為兩節重聯機車，采用Eurotrol制動系統[2]。車上每節都裝有一套獨立的制動系統，運行時，只使用一套制動系統。正常情況下，只使用操縱節的制動系統，如操縱節制動系統發生故障，則可以使用“備用”功能，此時機車使用非操縱節制動系統。兩節機車制動系統緩解時的列車管壓力可分別進行人工標定。標定后，使用操縱節(或非操縱節)制動機實施緩解后列車管壓力最大只能達到該節制動系統標定壓力。HXD2機車作為補機運行時，制動系統轉至“重聯”位，此時緩解制動時的列車管壓力由本務機車制動系統標定壓力決定。

3 故障原因分析

按照前期技術資料中所列“運行速度達到10 km/h后，如果列車管壓力不足585 kPa機車會自動切除牽引力”條件對HXD20003機車故障進行分析。

按照“ATF(牽引/制動隨動)模式進入與退出原理”對HXD20003機車故障進行分析。

從圖5所示的故障數據可知，發生故障時，機車各牽引控制單元的a_pcg計算值均在5.9(590 kPa)左右，a_dpcg計算值均在0.19(19 kPa)左右，兩者相加得到a_pcg_ref計算值在6.09(609 kPa)左右。該a_pcg_ref計算值是在該車作為補機運行時，由于本務機車列車管壓力標定較高，制動機緩解時的列車管壓力得出。

由圖2所示的HXD20003機車LKJ數據可知，當本務機車減壓至520 kPa時，機車運行速度11 km/h>10 km/h，此時：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=6.09-5.20=

0.89>0.25

(4)

HXD20003機車進入ATF模式且變量a_pcg_ref計算值被鎖定至6.09。隨后，列車管壓力繼續降至380 kPa后停車(圖3)。

本務機車摘掛后，HXD20003機車轉為本務機車緩解制動開車，由于HXD20003機車制動系統列車管壓力標定值為590 kPa，緩解后列車管管壓最大只能達到590 kPa。此時：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=6.09-5.90=

0.19>0.15

(5)

不滿足退出ATF模式條件，所以在速度達到10 km/h 后發生故障。

我國現存最早的一部圖書目錄學文獻，是由東漢著名史學家班固撰寫的《漢書·藝文志》。班固將劉歆《七略》中的輯略，改為總序置于《漢書·藝文志》開頭，全書分六藝、諸子、詩賦、兵書、數術、方技六略，共著錄圖書三十八種，13269卷。《漢書·藝文志》成為我國現存最早的古籍分類目錄，也開創了我國史志目錄的先例。

4 試驗驗證

4.1 加掛試驗

將HXD2機車與SS4機車進行加掛，本務SS4機車制動系統列車管壓力標定至598 kPa，補機HXD2機車制動系統列車管壓力標定至580 kPa。SS4機車緩解制動，兩車列車管壓力充至598 kPa，開車速度達到10 km/h 后，SS4機車減壓至380 kPa使HXD2機車進入ATF模式，隨后停車摘掛。HXD2機車轉本務運行，緩解制動至標定壓力580 kPa。利用Agate Family軟件監測HXD2機車變量計算值，數據顯示此時a_pcg計算值為5.8左右，a_dpcg計算值為 0.18左右(圖8)。HXD2機車開車，速度達到10 km/h后，機車自動切除牽引力，故障發生。原因是在兩車加掛運行時，HXD2機車進入ATF模式，a_pcg_ref計算值被鎖定至5.98左右，摘掛后HXD2機車緩解制動列車管最高壓力只能到580 kPa(a_pcg計算值最大只能到5.8)，導致a_dpcg 計算值一直大于0.15，ATF模式無法退出。

圖8 進入ATF模式監測數據

停車后，將HXD2機車列車管標定至590 kPa。此時，監測a_pcg計算值為5.9左右，a_dpcg計算值為0(圖9)，原因是緩解至590 kPa后，與前期被鎖定的a_pcg_ref 計算值相差為：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=5.98-5.9=

0.08<0.15

(6)

滿足ATF模式退出條件，ATF模式退出，此時a_pcg_ref計算值已重置為5.9。開車后，速度達到10 km/h，運行正常。

圖9 退出ATF模式監測數據

4.2 單車試驗

根據HXD2機車制動機使用機制，將兩節車制動機管壓分別標定，操縱節標定至598 kPa，非操縱節標定至580 kPa，使用操縱節制動系統緩解開車，速度達到10 km/h后，減壓至380 kPa停車，啟用制動機“備用”功能，緩解制動至非操縱節制動系統標定壓力580 kPa 后開車，速度達到10 km/h后，牽引力切除故障出現。隨后減壓停車，將非操縱節制動機列車管壓力標定至590 kPa，緩解開車，速度達到10 km/h后運行正常。與加掛試驗結果相同。

停車后斷合蓄電池，將此車兩節制動系統列車管壓力都標定至580 kPa，緩解制動至標定壓力580 kPa后開車，此時a_pcg計算值為5.8，a_dpcg計算值為0，速度達到10 km/h，機車運行正常。

4.3 試驗結論

通過上述試驗證明，HXD2機車引發10 km/h切除牽引力故障的原因主要是由于機車進入ATF模式，在緩解制動后，a_dpcg的計算值大于0.15，ATF模式未退出所致。技術資料中表述的“速度達到10 km/h后，列車管壓力不足585 kPa”這兩個故障發生條件不準確。

5 預防措施

根據故障原理以及試驗驗證結果，制定了如下預防措施：

檢修車間對各級修程的HXD2型機車兩節制動機列車管壓力均標定至596～598 kPa，以保證兩節車列車管壓力一致且杜絕緩解后壓力過低導致故障發生。

HXD2型機車在運輸秩序允許的情況下原則上不建議編組至補機位置。如果HXD2機車編組至補機位置，HXD2型機車乘務員要在一位機車加掛前斷合蓄電池，此時列車管壓力降為零，乘務員在加掛作業前不得再緩解制動，待加掛完成后再行作業；一位機車摘掛后，乘務員要再次斷合一次機車蓄電池后進行作業。

HXD2機車換端作業或使用制動機“備用”功能時，乘務員如發現兩節機車制動系統緩解完成后列車管壓力差大于15 kPa，則須斷合一次蓄電池，再進行作業。

6 結束語

通過原理分析及試驗驗證找出了HXD2機車發生切流故障的根本原因并制定了預防措施,以保證機車在進入ATF模式后能夠及時退出，緩解狀態的壓力記錄及時重置。實行該預防措施以來，該類故障的發生率極大降低，也為今后對HXD2型機車切流故障分析提供了思路。此外，該類故障也暴露出HXD2機車軟件設計中，緩解狀態的壓力記錄清除機制不合理，部分閾值不適應于實際運用。如果將進入ATF模式的閾值由0.25調整為0.3(由于機車初減壓為50 kPa，進入ATF閾值變為0.3后，不會影響正常進入ATF模式)，將退出ATF模式的閾值由0.15放寬至0.2，這樣ATF模式更容易退出，則可以大幅降低此類故障發生率，該問題需要在TCMS軟件設計過程中加以考慮并改進。