HXD3型電力機車停車制動裝置故障原因分析與對策

1、HXD3型電力機車彈簧停車制動裝置故障原因分析與對策摘 要 HXD3型機車是我國目前廣泛運用的大功率交流傳動六軸7200kW干線電力機車，自2007年投入運用以來多次發(fā)生機車彈簧停車制動裝置故障導致運用機車輪對擦傷剝離，嚴重影響機車正常運用和輪對使用壽命。本文從HXD3型機車彈簧停車制動裝置設計原理、控制系統(tǒng)及運用條件出發(fā)，深入分析了彈簧停車制動裝置動作導致輪對擦傷剝離的原因，提出了解決措施和方案，通過實施取得了良好效果。關鍵詞 HXD3 彈簧制動停車 原因 分析 對策0 引言HXD3型電力機車1、6軸加裝有UF型復合型制動缸，該型制動缸集成了氣動力驅(qū)動的帶有單向間隙調(diào)整器的常用制動缸以及垂直

2、安裝的、彈簧力驅(qū)動的停放制動缸，具有占用空間小、便于集中控制等優(yōu)點。但在實際運用中，因機車彈簧停車制動裝置設計、操作等方面存在一些缺陷，頻繁發(fā)生機車彈簧停車制動裝置動作導致運用機車輪對嚴重擦傷、剝離，多次造成臨修、區(qū)停，嚴重影響了機車的正常運用和HXD3型機車輪對使用壽命，已成為影響HXD3型運用安全的一個關鍵問題。1 問題的提出1.1 彈簧停車制動裝置動作導致輪對擦傷情況統(tǒng)計我們對安康機務段配屬的HXD3型機車2009年5月份至2010年2月份期間機車彈簧停車制動裝置（簡稱彈停裝置，下同）動作導致輪對擦傷情況進行了統(tǒng)計匯總，具體情況見表1。表1：彈簧停車制動裝置動作導致輪對擦傷情況統(tǒng)計表序號

3、機車號日期故障情況處理方法備注1HXD3027209-5-3D1、6輪對踏面剝離鏇修補機2HXD3027809-5-6D1、6輪對踏面剝離鏇修補機3HXD3028809-5-8左右踏面剝離超限鏇修補機4HXD3029109-6-3右6軸輪對剝離鏇修補機5HXD3028909-7-1右6動輪剝離超限鏇修補機6HXD3033309-8-10右動輪剝離鏇修補機7HXD3028309-8-12M6動輪擦傷超限鏇修補機8HXD3051809-8-14左1輪對剝離超限鏇修補機9HXD3027809-8-181左右動輪剝離超限鏇輪補機10HXD3022009-8-211左右動輪踏面有一圈拉槽，運行中走行部異

4、音大鏇修補機11HXD3053509-8-311左右輪對擦傷鏇修補機12HXD3041809-9-31左右6左右動輪剝離鏇修補機13HXD3041409-10-10動輪1左,6左右剝離超限鏇修補機14HXD3050009-11-181左右動輪踏面擦傷到限鏇修補機15HXD3049909-11-181左右動輪踏面擦傷到限鏇修補機16HXD3011009-11-186左右動輪擦傷到限鏇修補機17HXD3059409-12-161、6輪對擦傷剝離嚴重鏇修補機18HXD3059410-1-201、6軸動輪擦傷鏇修1、6軸輪對，更換彈停雙向脈動閥、雙向節(jié)流閥及KP59繼電器補機19HXD3027210-

5、2-6M1、6動輪擦傷鏇修補機20HXD3059410-2-21右6輪緣剝離超限鏇修，切除電控裝置觀察運用補機21HXD3060010-2-241、6軸動輪輕微擦傷鏇修單機統(tǒng)計情況分析：（1）運用機車彈停裝置動作均導致1、6軸輪對同一位置擦傷，未及時發(fā)現(xiàn)長時間運用后造成區(qū)域性剝離，個別機車動輪剝離嚴重。如2009年12月16日HXD30594機車作為補機運用過程彈停裝置動作，乘務員未及時發(fā)現(xiàn)，機車1、6軸抱閘從廣元南站運行至代家壩站，導致輪對嚴重剝離（如圖1）。（2）HXD3型機車彈停裝置動作導致輪對擦傷問題主要是作為重聯(lián)補機運行時發(fā)生，當補機停車制動動作后，壓力開關信號進入TCMS后僅對補機

6、切除動力，所以司機一般發(fā)現(xiàn)較晚。圖1 HXD30594輪對剝離（3）機車回段檢查試驗，彈停裝置均作用正常。因無動作記錄，無法確定動作時間，無法判斷動作原因?qū)僭O備質(zhì)量問題、機車運行中由于電磁干擾誤動作還是人為誤操作造成。（4）輪對擦傷、剝離后均需對輪對進行鏇修處理，按照HXD3型交流傳動電力機車運用保養(yǎng)說明書規(guī)定，車輪鏇輪后，同一軸兩車輪滾動圓直徑之差不大于0.5mm，同一轉(zhuǎn)向架不大于4mm。頻繁的非正常鏇修輪對，大大縮減了HXD3型機車輪對的使用壽命，增加了檢修成本和工作量。2 原因分析2.1 原理說明：2.1.1 彈停裝置電氣控制原理（如圖2）：LED494440TCMSB40.03.2B4

7、0.03.1851852KP59圖2 彈簧停車制動裝置電氣原理圖SA99：彈停扳鈕（制動）；SA100：彈停扳鈕（緩解）；B40.03.2：脈動電磁閥（動作）；B40.03.1：脈動電磁閥（緩解）；KP59：壓力開關；LED：停車制動燈SA99SA100機車彈停裝置的動作和緩解是通過機車司機臺下方的停放制動扳鈕（2位置自復式）控制，由TCMS通過440線獲取KP59壓力開關動作信號后以狀態(tài)顯示屏“停車制動”LED燈顯示彈停裝置狀態(tài)。當停放制動扳鈕轉(zhuǎn)至“制動”位（SA99），制動屏柜B40模塊的脈動電磁閥（B40.03.2）動作排風，KP59壓力開關監(jiān)測彈停制動管壓力達到3.5bar時動作，44

8、0線失電，TCMS切除機車動力，同時494線得電，機車狀態(tài)顯示屏“停車制動”指示紅燈亮。當停放制動扳鈕轉(zhuǎn)至“緩解”位（SA100），制動屏柜B40模塊的脈動電磁閥（B40.03.1）緩解充風，KP59壓力開關監(jiān)測彈停制動管壓力達到4.7bar時動作，440線得電，TCMS恢復機車動力，同時494線失電，機車狀態(tài)顯示屏“停車制動”指示燈滅。2.1.2 彈停裝置管路控制原理（如圖3）：A13A15.02作用.04.05.06K03B92B91.03緩解制動缸管彈停制動管.09A24.224.73.5圖3 彈簧停車制動裝置管路原理圖A13：彈停風缸；A15：總風缸；A24：總風塞門；B91：制動指示

9、牌；B92：彈停指示牌K03：壓力開關（3.54.7bar）；B40.02：止回閥；B40.03：脈動閥；B40.04：雙向止回閥；B40.05：減壓閥；B40.06：彈停塞門；B40.10：縮堵；Z10.22：制動缸塞門B40：彈簧停車模塊.10HXD3型機車第一、第六軸上安裝有四個彈停裝置，機車制動屏柜安裝有彈簧停車制動裝置控制模塊（B40），此模塊接受司機控制指令，從而控制機車走行部彈簧停車制動缸壓力。當彈簧停車制動缸中的空氣壓力達到470kpa以上時，彈停裝置緩解，允許機車行車；機車停車后，將彈簧停車制動缸中的壓力空氣排空，彈停裝置動作，閘瓦壓緊輪對，避免機車因重力或風力的原因溜走。機

10、車停車后通過操作司機室彈停扳鈕，可使彈停脈動閥（.03）中的作用閥得電，然后將彈簧停車制動缸中的壓力空氣通過彈停脈動閥（.03）排出，彈簧停車制動裝置作用。如果需要動車，通過操作司機室彈停扳鈕，可使彈停脈動閥（.03）中的緩解閥得電，總風將通過上述通路進入走行部的彈簧停車制動缸，使得彈簧停車制動缸緩解。彈簧停車制動缸緩解，具體通路：總風缸止回閥（.02）彈停風缸（A13）彈停脈動閥（.03）雙向止回閥（.04）減壓閥（.05）彈停塞門（.06）走行部彈停風缸彈簧停車制動裝置作用后，機車制動缸作用時的工作狀態(tài)，具體通路：制動缸雙向止回閥（.04）減壓閥（.05）彈停塞門（.06）走行部的彈停風缸

11、制動缸風壓進入彈停制動缸后，可以緩解部分彈簧壓力，避免停車后或機車運行時制動缸產(chǎn)生的壓力和彈停風缸產(chǎn)生的彈簧壓力同時作用在制動盤上，造成制動盤的損傷。注：當關閉彈停塞門（.06）后，彈簧停車裝置動作，如果要緩解彈停動作，必須在走行部的彈停風缸上進行手動緩解。2.2 存在問題：2.2.1 彈停動作信號重聯(lián)不受控。HXD3型機車可通過TCMS（機車控制監(jiān)視系統(tǒng)），經(jīng)由網(wǎng)絡傳送信號，實現(xiàn)重聯(lián)機車網(wǎng)絡控制。而機車彈停裝置動作信號（440）僅可送入TCMS切除本臺機車動力，不能通過重聯(lián)線由TCMS實現(xiàn)重聯(lián)控制，同步切除多臺重聯(lián)機車動力，這是導致補機彈停裝置動作不能及時發(fā)現(xiàn)擦傷輪對的主要原因。2.2.2

12、彈停動作無記錄，無法進行原因分析。機車運用過程中，彈停裝置電磁閥因電磁干擾動作或人為誤碰等均可導致彈停裝置動作，但機車彈停裝置進行制動、緩解動作，TCMS無相關動作記錄。因彈停動作不影響機車總風、閘缸、列管壓力變化，監(jiān)控裝置也無法查詢確認動作情況，造成所有機車因彈停裝置動作導致輪對擦傷等嚴重問題發(fā)生后，無法進行故障分析及質(zhì)量追溯，無法確定動作原因。2.2.3 彈停指示牌（B92）不能準確表示彈停裝置狀態(tài)（彈停制動缸狀態(tài)），僅可作參考。機車彈停制動缸制動狀態(tài)由彈停制動管壓力控制，彈停指示牌在風壓的作用下機械式紅綠翻轉(zhuǎn)動作，誤差較大。實際運用中經(jīng)常處于半紅半綠狀態(tài)，無法準確表示彈停裝置狀態(tài)。2.2

13、.4 彈停裝置制動和緩解時間無技術標準，時間差動車易導致起車后彈停裝置動作擦傷輪對。彈停制動管的充排風必須經(jīng)過縮堵（B40.10）和彈停脈動閥（B40.03），因彈停裝置電磁閥的縮堵孔徑不足1毫米，當縮堵風路不暢或脈動閥卡滯時，彈停風缸充風、排風時間較長，彈停裝置動作時間延長。該動作時間無相關技術標準，根據(jù)試驗統(tǒng)計情況，從操作停車制動扳鈕，到操縱臺的“停車制動”紅燈亮或滅，80%的機車彈停動作時間在5S左右，個別機車最長動作時間可達30S。操作停車制動扳鈕后，脈動閥動作緩慢排風，在機車彈停動作時間內(nèi)可正常起車，機車牽引力正常發(fā)揮。直至KP59壓力開關動作，440失電伴隨“停車制動”燈亮時，機車

14、動力切除。此時因機車慣性運行易導致1、6軸抱閘運行擦傷輪對。2.2.5 彈停裝置“隱性”動作不易發(fā)現(xiàn)，重聯(lián)運行時補機易擦傷輪對。為防止制動缸、彈停裝置雙重作用時制動盤壓力過大導致制動盤損壞，彈停裝置管路系統(tǒng)安裝有雙向止回閥（B40.04）。當操縱機車EBV閘缸壓力超過350kpa時，操作停車制動扳鈕“制動”，彈停脈動閥（B40.03）動作排風，彈停制動管壓力減至350kpa以下，彈停指示牌顯示半紅半綠。因雙向止回閥（B40.04）的作用，KP59壓力開關不動作，狀態(tài)顯示屏“停車制動”燈不亮，但實際上彈停裝置已“隱性”動作。此時操縱機車EBV緩解閘缸壓力低于350kpa時，在雙向止回閥（B40.

15、04）的作用下，KP59壓力開關動作，狀態(tài)顯示屏“停車制動”紅燈亮。重聯(lián)機車采用自閥制動防溜時，補機彈停裝置動作不能通過狀態(tài)顯示屏“停車制動”燈顯發(fā)現(xiàn)，開車時緩解自閥后，補機彈停裝置KP59壓力開關動作，440失電伴隨“停車制動”燈亮，切除動力。如不注意觀察機車牽引力和列車阻力狀況繼續(xù)運行，因補機1、6軸制動缸抱閘將導致補機1、6軸輪對嚴重擦傷、剝離。2.2.6 機車無彈停風缸壓力顯示，無法實時監(jiān)測彈停裝置狀態(tài)。HXD3型機車僅在制動屏柜上設有B40.09彈停風缸壓力測試孔，其它無任何壓力監(jiān)測。機車彈停裝置故障后，無法準確判斷彈停裝置和制動缸作用狀態(tài)，給故障排查和處理帶來不便。3 對策及建議：

16、3.1 設計方面：3.1.1 增加機車彈停裝置重聯(lián)控制功能。可通過重聯(lián)線纜的備用線實現(xiàn)，改進原理如圖4。重聯(lián)牽引狀態(tài)時，單臺機車如產(chǎn)生彈停動作，動作信號（440）送入本臺機車TCMS產(chǎn)生動力切除，同時通過重聯(lián)線纜送入重聯(lián)機車TCMS，且重聯(lián)機車440失電動作，同步切除機車動力。緩解操作時作用原理同上，以達到重聯(lián)控制功能。此時任一重聯(lián)機車狀態(tài)顯示屏的“停車制動”燈顯可表示重聯(lián)機車彈停裝置作用狀態(tài)，有效防止重聯(lián)運行時單臺機車彈停動作后導致不能及時發(fā)現(xiàn)繼續(xù)運用擦傷輪對。彈停裝置重聯(lián)控制接線如表1。TCMS補機TCMS本機重聯(lián)線纜440信號440KP59440KP59LEDLED圖4 彈簧停車制動裝置

17、重聯(lián)控制改造原理圖表1：彈停裝置重聯(lián)控制接線表起 點終 點線 號TB2-15（插芯號）CZ1（CZ3）C（插芯號）440CZ2（CZ3）C（插芯號）3.1.2 改進機車控制系統(tǒng)，防止運用機車彈停誤動作?？杉友b彈停裝置控制系統(tǒng)，從TCMS獲取速度信號，以V=0作為彈停裝置動作的必要條件。如V0，則自動隔離停車制動扳鈕和B40模塊彈停電氣控制作用，從根本上解決運用機車彈停裝置動作問題發(fā)生。3.1.3 修改TCMS程序，增加彈停裝置動作記錄功能，以準確記錄彈停裝置制動、緩解時間，便于彈停裝置故障的分析和質(zhì)量追溯。3.1.4 從制動屏柜B40模塊的.09彈停壓力測試孔接線，加裝機車彈停風缸壓力表，以便

18、實時監(jiān)測彈停風缸壓力，準確判斷彈停裝置和制動缸作用狀態(tài)。3.2 技術標準方面：建議設計廠方進行調(diào)研，明確機車彈停裝置動作時間技術標準。各機務段可參照該標準納入HXD3型機車彈簧停車制動裝置試驗標準，及時處理B40.10縮堵過風不暢和B40.03脈動閥卡滯問題，保障機車運用安全。3.3 運用操縱方面：3.3.1 確定彈停裝置狀態(tài)檢查標準。（1）機車彈停指示牌僅作為機車彈停裝置狀態(tài)的參考指示，不能作為檢查標準。（2）機車運用過程中，閘缸壓力在350kpa以下，彈停裝置狀態(tài)判斷以狀態(tài)顯示屏“停車制動”燈顯為準?！巴＼囍苿印奔t燈亮，表示彈停裝置處于制動狀態(tài)；“停車制動”燈滅，表示彈停裝置處于緩解狀態(tài)。閘缸壓力在350kpa以上時，彈停裝置狀態(tài)無法判斷。（3）備用及無火回送機車，彈停裝置狀態(tài)判斷以走行部制動盤狀態(tài)檢查為準。如需緩解，可通過手拉彈簧停放制動器的手動輔助緩解結(jié)構或按壓制動屏柜的B40.03脈動閥緩解柱塞解除制動器制動力。3.3.2 確定彈停裝置試驗標準。HXD3型機車交驗程序和乘務員接車試驗程序均增加和明確了彈停裝置試驗標準，根據(jù)試驗統(tǒng)計情況，暫定總風缸壓力900kpa時，彈停裝置制動、緩解時間為