FXN3 型客運內燃機車裝用中國標準制動機

朱冠汶，趙全福，夏 軍，任向杰

（1.中車制動系統有限公司，山東青島 266031；2.中車大連機車車輛有限公司，遼寧大連 116022）

FXN3 型交流傳動客運內燃機車是由中車大連機車車輛有限公司最新研制的客運內燃機車，是“復興”系列機車的一員，最大運營速度可達160 km/h，適用于中國鐵路干線及支線客運牽引。

CAB-B 型制動控制系統，即中國標準制動機，是中車制動系統有限公司研制的新型機車制動控制系統，具有模塊化、智能化、網絡化以及簡統化等特點，完全符合TJ/JW 100—2020《分布式網絡智能模塊機車控制系統暫行技術規范》。

1 系統組成

FXN3 型機車制動控制系統主要由CAB-B 型制動控制系統以及后備制動裝置組成。

CAB-B 型制動控制系統主要由電空控制單元、制動控制器、制動顯示屏、電氣接口單元以及快速排風閥組成，其中電空控制單元及電氣接口單元集成于機械間的制動控制柜內部，快速排風閥單獨安裝于機械間列車管上，制動控制器及制動顯示屏安裝于司機室內。后備制動裝置主要由后備制動閥以及后備中繼閥組成，安裝于司機室內。

1.1 電空控制單元

電空控制單元能執行制動控制器、制動顯示屏或機車其他相關系統的指令[1]，并按指令要求控制機車或列車的制動緩解作用，電空控制單元按功能進行模塊化設計，其主要組成如圖1 所示，主要由列車管控制模塊、制動缸控制模塊、單獨制動控制模塊、空氣制動閥模塊、輔助功能模塊和電源模塊等組成。列車管控制模塊、制動缸控制模塊、單獨制動控制模塊為帶網絡節點的智能模塊，由氣動閥類部件和電子控制板卡等組成，分別用于控制列車管壓力、制動缸壓力和平均管壓力。智能模塊采用雙CAN 冗余網絡通信，具有自診斷功能，配備了LED 指示燈顯示模塊工作狀態等?？諝庵苿娱y模塊為純機械空氣分配閥，主要用于制動系統失電或制動缸控制模塊故障時提供制動缸的后備壓力控制。電源模塊的作用是將機車110 V 電源轉換為制動系統控制用的24 V 電源。輔助功能模塊可以響應機車緊急功能以及切除制動缸壓力。

圖1 電空控制單元

1.2 制動控制器

FXN3 型機車采用雙節司機室配置，每個司機室裝有1 臺制動控制器，制動控制器如圖2 所示，其主要功能是采用編碼器和微動開關采樣制動手柄位置，通過CAN 網絡將控制命令發送至電氣接口單元和電空控制單元各智能節點，實現機車制動系統自動制動和單獨制動等功能的控制。自動制動手柄在緊急位時，會直接輸出一路緊急制動信號（數字量）給制動控制系統，同時還具備緊急位機械排風功能。制動控制器在操作臺安裝狀態下，電氣部件可以實現IP65 防護等級。

1.3 制動顯示屏

制動顯示屏采用10.4 英寸（1 英寸約等于2.54 cm）彩色液晶顯示屏[2]，如圖3 所示，其具備雙CAN 網絡通信能力，采用LED 背光技術，顯示亮度可調。制動顯示屏主要有以下功能。

圖3 制動顯示屏

1）顯示總風壓力值、均衡風缸壓力值、列車管壓力值、制動缸壓力值以及列車管的充風流量值。

2）顯示制動系統操作的提示信息和故障信息。

3）提供制動模式、機車號、時間日期的顯示及設置功能。

4）提供制動系統自檢和傳感器校準等功能。

1.4 電氣接口單元

電氣接口單元是機車制動系統的網絡通信及電氣接口部件，如圖4 所示，可對系統主要數據進行記錄并具備數據下載功能。網絡通信采用IEC 61375－3－1：2012《鐵路電子設備－列車通信網絡（TCN）－第3－1 部分：多功能車輛總線（MVB）》中的TCN 協議，通過MVB 總線與機車微機控制系統進行通信。具備以太網接口，以太網符合IEC 61375-3-4：2014《鐵路電子設備-列車通信網絡（TCN）－第3－4 部分：以太網組成網絡（ECN）》的規定。

圖4 電氣接口單元

電氣接口單元具有反應速度快、可靠性高、抗干擾能力強、結構緊湊及檢修方便等特點。

1.5 快速排風閥

快速排風閥如圖5 所示，單獨安裝在列車管上，當機車制動系統產生緊急制動時，能加快列車管的排風速率，以保證緊急波速的傳播。

圖5 快速排風閥

1.6 后備制動裝置

如果CAB-B 型機車制動控制系統出現故障且短時間不能恢復，為了保證機車不長時間占據正線，此時可通過后備制動裝置將機車制動系統設為后備制動模式，維持機車運行到下一站點或附近機務段，后備制動裝置主要由后備制動閥與后備中繼閥組成。

2 工作原理

2.1 控制原理

FXN3 型機車制動控制系統的總體控制原理如圖6 所示。

圖6 控制原理

2.2 氣路原理

2.2.1 常用制動控制原理

常用制動氣路控制關系如圖7 所示。列車管控制模塊響應自動制動手柄指令輸出列車管壓力，制動缸控制模塊根據列車管壓力變化控制制動缸壓力，單獨控制模塊根據單獨制動手柄指令和列車管壓力控制平均管壓力，平均管壓力又會控制本機和補機的制動缸壓力。

圖7 常用制動氣路控制關系

2.2.2 緊急制動控制原理

緊急制動氣路控制關系如圖8 所示。各路緊急源通過列車管控制模塊或直接使列車管產生緊急排風，制動缸控制模塊、空氣制動閥模塊根據列車管壓力變化控制制動缸壓力，單獨控制模塊根據列車管壓力控制平均管壓力，平均管壓力繼續控制本機和補機的制動缸壓力。

圖8 緊急制動氣路控制關系

2.2.3 后備制動控制原理

后備制動氣路控制關系如圖9 所示。后備制動閥產生后備均衡風缸壓力，后備中繼閥對后備均衡風缸壓力進行流量放大從而控制列車管壓力，空氣制動閥模塊可以響應列車管壓力控制制動缸壓力。

圖9 后備制動氣路控制關系

3 安全功能設計

CAB-B 型制動控制系統主要模塊冗余關系如圖10 所示。當某個智能模塊故障時，備用模塊自動進入冗余模式，代替故障模塊繼續實現其相關制動功能。

圖10 模塊冗余關系

3.1 制動控制器故障

制動控制器CAN1 或CAN2 互為冗余，當任意一路通信丟失時，系統能正常工作，CAN1 和CAN2 同時通信丟失時，系統產生懲罰制動；制動控制器軟件運行異?；蛑苿涌刂破魇щ姇r，系統產生懲罰制動。

3.2 列車管控制模塊故障

列車管控制模塊CAN1 或CAN2 互為冗余，當任意一路通信丟失時，系統能正常工作，CAN1 和CAN2同時通信丟失時，系統產生懲罰制動；列車管控制模塊軟件運行異常時，制動控制器在緊急位能實現列車管緊急排風，同時切斷總風向列車管補風的功能，并實現對制動缸壓力控制；列車管控制模塊失電時，系統產生懲罰制動，系統停車后緩解懲罰制動，系統可轉至冗余模式，由制動缸控制模塊進行列車管壓力控制。

3.3 制動缸控制模塊故障

制動缸控制模塊CAN1 或CAN2 互為冗余，當任意一路通信丟失時，系統能正常工作；CAN1 和CAN2同時通信丟失、軟件運行異?；蚰K失電時，系統自動轉至冗余模式，由空氣制動閥模塊與單獨制動控制模塊進行制動缸壓力控制。

3.4 單獨控制模塊故障

單獨控制模塊CAN1 或CAN2 互為冗余，當任意一路通信丟失時，系統能正常工作；CAN1 和CAN2 同時通信丟失、軟件運行異常或模塊失電時，系統自動轉至冗余模式，由制動缸控制模塊進行平均管壓力和制動缸壓力控制。

3.5 制動缸控制模塊和單獨控制模塊同時故障

制動缸控制模塊和單獨控制模塊同時發生通信丟失或失電時，系統中的空氣制動閥能響應列車管壓力變化，實現對制動缸壓力的控制。

4 模式設置

FXN3 型機車制動系統對各個模式設置方法進行了簡統化設計，本務模式、重聯模式等均不需要對電空控制單元進行塞門操作，下面介紹后備制動模式和無動力回送模式的設置方法。

4.1 后備制動模式

1）自動制動手柄置重聯位，單獨制動手柄置運轉位。

2）將后備制動手柄置制動位。

3）將機車制動系統斷電。

4）待后備均衡風缸壓力和列車管壓力穩定后，操作無火塞門或平均管折角塞門排放平均管壓力。

5）將后備制動隔離塞門置“投入位”。

4.2 無動力回送模式

操作方式一如下。

1）自動制動手柄置重聯位。

2）關閉系統控制電源開關。

3）將“無火塞門”和“轉換塞門”置“無火”位。

4）手動推雙脈沖電磁閥緩解柱塞。

5）與本務機車列車管連接，緩慢開放機車間列車管折角塞門。

6）本務機車進行制動試驗，確認無火回送機車制動和緩解作用良好。

操作方式二如下。

1）自動制動手柄置重聯位。

2）關閉系統控制電源開關。

3）將“無火塞門”和“轉換塞門”置“無火”位。

4）將“停放隔離塞門”置“隔離”位。

5）通過手拉緩解停放制動。

6）與本務機車列車管連接，緩慢開放機車間列車管折角塞門。

7）本務機車進行制動試驗，確認無火回送機車制動和緩解作用良好。

5 結束語

FXN3 型交流傳動客運內燃機車裝用CAB-B 型制動控制系統采用網絡智能控制技術，使用維護方便，符合機車制動系統的相關標準和技術規范要求，能夠滿足FXN3 型機車使用需求。

裝用CAB-B 型制動控制系統的FXN3 型機車已在中國國家鐵道試驗中心環形鐵道試驗基地完成制動專項型式試驗，已在烏魯木齊鐵路局運用考核16 萬km，運用狀況良好。CAB-B 型制動控制系統的裝車運用，對于打破國外制動系統在內燃及高速運營機車兩大領域的壟斷具有重要意義。