HXD2機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)紊亂故障的原因分析

周昌 朱丹

摘要：本文針對(duì)HXD2機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)紊亂故障，在環(huán)境溫度-40℃的條件下進(jìn)行故障還原實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合BFCF的停放制動(dòng)缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——皮碗密封和停放制動(dòng)的控制原理，找出HXD2機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)紊亂故障的根本原因。

關(guān)鍵詞：停放制動(dòng)；紊亂；BFCF；皮碗

HXD2機(jī)車是9600KW大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車，機(jī)車由A、B兩節(jié)組成，采用2（B0-B0）轉(zhuǎn)向架[1]。機(jī)車裝有帶停放制動(dòng)功能的踏面制動(dòng)單元BFCF。

2016年12月HXD21346機(jī)車在霍林河站內(nèi)發(fā)生制動(dòng)系統(tǒng)紊亂故障，乘務(wù)員報(bào)出故障現(xiàn)象：“對(duì)機(jī)車進(jìn)行停放制動(dòng)緩解操作后，自動(dòng)制動(dòng)閥（以下簡(jiǎn)稱大閘）位于重聯(lián)位，停放制動(dòng)緩解；大閘位于運(yùn)轉(zhuǎn)位，停放制動(dòng)施加，禁止機(jī)車牽引”。HXD21346機(jī)車技術(shù)服務(wù)人員在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法處理故障，HXD21346機(jī)車回送通遼南機(jī)務(wù)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(jī)車出現(xiàn)該故障，基于之前對(duì)此故障的猜想——低溫導(dǎo)致該故障，本文作者結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度-40℃的條件分析故障原因。

1 停放制動(dòng)原理

1.1 BFCF原理

BFCF由停放制動(dòng)缸和常用制動(dòng)單元組成。停放制動(dòng)缸主要部件包括彈簧、活塞、皮碗和推桿；常用制動(dòng)單元主要部件包括常用制動(dòng)缸、楔形塊和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，BFCF結(jié)構(gòu)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(dòng)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(dòng)作過(guò)程中活塞背面不與大氣形成壓差。停放制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣壓力大于400Kpa為停放制動(dòng)緩解，小于400Kpa為停放制動(dòng)施加。

1.2 控制原理

機(jī)車6A系統(tǒng)通過(guò)傳感器FS-6A檢測(cè)停放制動(dòng)缸壓力，微機(jī)系統(tǒng)通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)MA2-FS判斷停放制動(dòng)缸的控制壓力，進(jìn)而控制停放制動(dòng)施加指示燈狀態(tài)。大閘位于重聯(lián)位時(shí)常用制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣壓力為450Kpa，大閘位于運(yùn)轉(zhuǎn)位時(shí)常用制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣壓力為0[2]。

按停放制動(dòng)緩解按鈕，VE-FS左位通，輔助風(fēng)缸950Kpa的壓縮空氣流經(jīng)減壓閥DE-FS降為550Kpa，VVFS1左路導(dǎo)通，停放制動(dòng)缸壓力變?yōu)?50Kpa，停放制動(dòng)緩解，同時(shí)壓力開(kāi)關(guān)MA2-FS動(dòng)作，停放制動(dòng)施加指示燈熄滅，6A屏顯示停放制動(dòng)缸壓力大于400Kpa。按停放制動(dòng)施加按鈕，VE-FS右位通，此時(shí)VVFS1左路導(dǎo)通，停放制動(dòng)缸內(nèi)壓力下降，當(dāng)停放制動(dòng)缸壓力降到與常用制動(dòng)缸壓力相同時(shí)，VVFS1右路導(dǎo)通，停放制動(dòng)缸內(nèi)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(shí)驗(yàn)

對(duì)機(jī)車進(jìn)行故障還原實(shí)驗(yàn)：按停放制動(dòng)緩解按鈕，停放制動(dòng)施加指示燈熄滅。此時(shí)，6A屏顯示停放制動(dòng)缸壓力低于400Kpa。可見(jiàn)，停放制動(dòng)并未緩解。將大閘置于運(yùn)轉(zhuǎn)位時(shí)，停放制動(dòng)施加指示燈變紅，此時(shí)，6A屏顯示停放制動(dòng)缸壓力低于400Kpa，停放制動(dòng)施加。將大閘置于重聯(lián)位，停放制動(dòng)施加指示燈熄滅，6A屏顯示停放制動(dòng)缸壓力低于400Kpa，可見(jiàn)，停放制動(dòng)并未緩解。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明：在對(duì)機(jī)車進(jìn)行停放制動(dòng)緩解操作后，機(jī)車一直處于停放制動(dòng)施加狀態(tài)。而乘務(wù)員報(bào)出的“機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)紊亂”只是表面現(xiàn)象。真實(shí)故障是：對(duì)機(jī)車進(jìn)行停放制動(dòng)緩解操作后，機(jī)車停放制動(dòng)一直無(wú)法緩解。

2.2 停放制動(dòng)無(wú)法緩解原因分析

基于上述分析，本文作者認(rèn)為導(dǎo)致停放制動(dòng)無(wú)法緩解的原因是停放制動(dòng)缸壓力無(wú)法建立，經(jīng)過(guò)排查基礎(chǔ)制動(dòng)單元發(fā)現(xiàn)FBCF的呼吸管漏風(fēng)。

故障解析：乘務(wù)員整備機(jī)車后，機(jī)車處于停放制動(dòng)施加狀態(tài)，VE-FS處于右位，圖1.2中1點(diǎn)壓力為0。大閘位于重聯(lián)位時(shí)，由于中繼閥的補(bǔ)風(fēng)，圖1.2中3點(diǎn)和常用制動(dòng)缸壓力為450Kpa[3]，而VVFS1左側(cè)壓力為0，VVFS1右路導(dǎo)通。按停放制動(dòng)緩解按鈕，VE-FS變?yōu)樽笪唬瑘D1.2中1點(diǎn)壓力為550Kpa，壓力開(kāi)關(guān)MA2-FS動(dòng)作，停放制動(dòng)施加指示燈熄滅。此時(shí)VVFS1左側(cè)壓力為550Kpa，大于右側(cè)，VVFS1左路導(dǎo)通，停放制動(dòng)缸處于充風(fēng)狀態(tài)，但由于停放制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣通過(guò)呼吸管向外漏風(fēng)，所以停放制動(dòng)缸內(nèi)壓力無(wú)法達(dá)到400Kpa，當(dāng)圖1.2中1點(diǎn)由于停放制動(dòng)缸漏風(fēng)而被拉低到450Kpa時(shí)，VVFS1右路導(dǎo)通，此時(shí)圖1.2中1點(diǎn)位由于DE-FS的補(bǔ)風(fēng)，壓力很快提高到550Kpa，VVFS1又變?yōu)樽舐穼?dǎo)通，VVFS1的兩側(cè)壓力動(dòng)態(tài)平衡于450Kpa附近，趨于穩(wěn)態(tài)。整個(gè)過(guò)程，由于圖1.2中3點(diǎn)的450Kpa壓力的影響，VVFS1的左側(cè)的壓力在450Kpa～550Kpa范圍內(nèi)變動(dòng)，停放制動(dòng)控制壓力大于400Kpa，所以壓力開(kāi)關(guān)MA2-FS動(dòng)作，停放制動(dòng)施加指示燈熄滅。但停放制動(dòng)缸壓力卻低于400Kpa，所以停放制動(dòng)并未緩解。

此時(shí)，將大閘從重聯(lián)位搬置運(yùn)轉(zhuǎn)位，圖1.2中3點(diǎn)和常用制動(dòng)缸壓力變?yōu)?，VVFS1左路導(dǎo)通，由于停放制動(dòng)缸漏風(fēng)，所以圖1.2中1點(diǎn)壓力被拉低，低于400Kpa，壓力開(kāi)關(guān)MA2-FS動(dòng)作，停放制動(dòng)施加指示燈亮起。

綜上所述，制動(dòng)系統(tǒng)紊亂的故障原因是停放制動(dòng)缸的呼吸管漏風(fēng)。

2.3 呼吸管漏風(fēng)原因分析

機(jī)車長(zhǎng)期運(yùn)用過(guò)程中，停放制動(dòng)缸缸體與活塞背面所形成的腔室內(nèi)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(shí)，停放制動(dòng)缸缸體與活塞背面所形成的腔室內(nèi)的灰塵和水蒸汽凍結(jié)為固態(tài)結(jié)塊，并附著在停放制動(dòng)缸缸壁上，導(dǎo)致皮碗變形，密封不嚴(yán)，停放制動(dòng)缸通大氣，停放制動(dòng)無(wú)法緩解。

通遼南機(jī)務(wù)段的環(huán)境溫度為-20℃左右，停放制動(dòng)缸缸壁上不易形成固態(tài)結(jié)塊，所以HXD21346機(jī)車回送到通遼南機(jī)務(wù)段后，故障消失。

3 結(jié)束語(yǔ)

HXD2機(jī)車在極寒地區(qū)運(yùn)用過(guò)程中出現(xiàn)的制動(dòng)系統(tǒng)紊亂故障的實(shí)際現(xiàn)象為停放制動(dòng)無(wú)法緩解，導(dǎo)致停放制動(dòng)無(wú)法緩解的原因是灰塵和水蒸汽在停放制動(dòng)缸缸壁附著，破壞皮碗密封，停放制動(dòng)缸壓力無(wú)法建立，停放制動(dòng)無(wú)法緩解。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆劍.機(jī)車踏面制動(dòng)器試驗(yàn)系統(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué)，2015.

[2] 張曙光.HZD2型電力機(jī)車[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

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

（作者單位：中車大連機(jī)車車輛有限公司）