CCBII制动机EBV工作原理分析及常见故障探讨

陈志申

(上海铁路局 杭州机务段， 浙江杭州 310002)



CCBII制动机EBV工作原理分析及常见故障探讨

陈志申

(上海铁路局 杭州机务段， 浙江杭州 310002)

简要介绍了CCBII制动机系统和电子制动阀EBV的基本结构及工作原理，对EBV常见故障及产生的原因进行归纳分析，并提出了对策措施。

CCBII制动机； EBV； 故障； 对策

CCBII制动系统是一种基于网络的电空制动控制系统，按照美国铁路协会标准(AAR)以26-L制动机为基础而设计的。该制动机利用现场可替换单元(LRU)设计形成一种分布式结构，每个可替换单元模块包含自诊断功能。制动机具备识别、重新组合和发生故障时备份关键部件多项冗余功能。每个LRU利用网络技术互联并相互实时通讯，实现各种制动功能的控制。制动机由电子制动阀(EBV)、中央处理器模块(IPM)、继电器接口模块(CJB)、制动显示屏(LCDM)和电空控制单元(EPCU)5个主要部件组成。EBV包括自动制动阀(大闸)和单独制动阀(小闸)，通过操纵手柄直接给EPCU发送指令，并通知IPM进行逻辑控制。IPM是CCBII系统的中央处理器，通过网络和EPCU、CJB、EBV、LCDM通讯，还通过多功能列车总线(MVB)与机车中央控制单元(CCU)进行通讯。CJB是IPM与机车间进行通讯的继电器接口，信号输入部分包括：安全装置(ATP)产生的惩罚制动和紧急制动信号，A/B端司机室操作激活信号，再生制动投入信号，MREP压力开关工作状态信号，机车速度信号。信号输出部分包括：紧急制动信号，动力切除(PCS)信号，撒沙动作信号，再生制动切除信号，重联机车故障信号。LCDM是人机接口，可用来选择制动模式、转换列车管的投入/切除、均衡风缸(ER)整定压力设定、选择列车管压力的补风/不补风、显示空气制动诊断记录、系统状态和报警信息，实时显示均衡风缸、列车管、总风缸、制动缸压力值以及列车管流量。EPCU包括均衡风缸控制模块(ERCP)、16控制部分(16CP)、列车管控制部分(BPCP)、20控制部分(20CP)、13控制部分(13CP)、制动缸控制部分(BCCP)、供电控制盒(PSJB)、DB三通阀(DBTV)8个LRU，控制机车空气管路系统的压力，其中前5个LRU是智能的，通过网络通信。CCBII制动机控制构架框图如图1所示。

图1 CCBII制动机控制构架框图

1 EBV内部结构和工作原理简介

电子制动阀(EBV)内部由机械阀、弹簧开关、信号采集模块、LON通讯模块组成，实现自动制动、单独制动、单独缓解、紧急制动功能。通过推拉EBV制动手柄控制2个滑动变阻器和7个弹簧开关。由信号采集模块处理滑动变阻器的阻值和弹簧开关的吸合、断开情况，变换计算得到精准的压力控制效果。滑动变阻器和弹簧开关在EBV内部的位置如图2所示。

图2 EBV内部结构示意图

EBV内部滑动变阻器和弹簧开关的型号及代码如表1所示。

表1 EBV内部滑动变阻器和弹簧开关代码及型号

其中，滑动变阻器AP和IP实现EBV精准的压力控制；限位开关(AE1、AR、IF、IR)协助EBV判断制动手柄位置，并实现EBV校准功能；弹簧开关AE2是大闸紧急位时的机械连锁，并控制EBV输出MV53信号控制列车管切除(BVO)命令；动作开关BO1和BOBU采取机械联锁方式控制，BO1实现EBV的单缓命令判断功能，BOBU为单缓后备机械开关。EBV手柄在不同位置，变阻器阻值和弹簧开关的位置如表2所示。

表2 EBV大小闸手柄位置与部件对应关系表

EBV模块的控制核心是EBVCN(EBV智能节点)，EBVCN循环采集滑动变阻器阻值和弹簧开关的位置，首先根据阻值和开关状况确定当前大小闸手柄位置，然后根据滑动变阻器的阻值和乘务员在制动屏中设置的均衡风缸定压(500 kPa或600 kPa)，计算均衡风缸的目标压力值，并通过Lonworks总线向IPM和EPCU发送目标指令。

在机车主控或单机运行状态，EBV处于"操纵端"模式，受控于司机；在补机和从控状态运行时，EBV处于"非操控端"模式，仅有紧急制动作用。EBV内有一个机械驱动排气阀，即使在机车及蓄电池无电情况下，当自动制动阀手柄置紧急位时触动排气阀动作，引发NB-11制动阀排风从而造成列车管快速排风。

2 EBV故障情况及原因分析

杭州机务段于2012年第4季度配属HXD1B型机车90台，该型机车配装CCBII制动系统，自投入运用以来，电子制动阀(EBV)故障一直居高不下。2012年12月至2013年9月期间，机车运行途中多次发生EBV故障，共计更换15台。严重影响正常的运输秩序，给行车带来安全隐患，并且产生了大量的检修成本。根据分析统计，EBV故障主要有以下几方面。

2.1 EBV手柄松动故障

运用机车EBV的使用相当频繁，大、小闸手柄出现晃动现象。手柄晃动一方面直接影响司机操纵的正常感知，推拉过程中难以准确把控手柄位置。另一方面手柄晃动导致活动变阻器阻值不稳定及弹簧开关开、断状态突变的情况，IPM和EPCU可能得到错误的指令。分解EBV探查可知，EBV内部大、小闸手柄的组装过于简单，手柄仅靠一个5 mm的螺钉固定，随着使用时间的增加，螺钉松动导致手柄晃动。

2.2 EBV置运转位非正常制动故障

机车运用途中EBV置运转位正常运行时，均衡风缸管(ER)自动减压故障时有发生，制动管(BP)响应ER变化使列车产生制动。故障原因主要有以下几方面。

(1)EBV智能节点(EBVCN)本身损坏故障。导致智能节点无法循环采集滑动变阻器阻值和弹簧开关的位置。IPM监测到此故障后，控制均衡风缸管(ER)减压50 kPa，制动管(BP)响应ER的变化，造成列车非正常制动。

(2)数据传输故障。EBV智能节点连接插件上的插针因松动、虚焊致使接触不良，造成数据无法传输。正常工作时，EBV每100 ms周期性地向IPM发送生命信号。当IPM在4 s内未能检测到该生命信号，则会报085故障，引导制动机为非操纵端模式，当IPM重新检测到EBV生命信号后，发送惩罚制动指令。EBV大闸置抑制位，恢复正常功能。因此，当出现085故障时，应该检查EBV至EPCU的电缆连接状态，确认信号传输是否畅通。

(3)位置开关故障。制动机对EBV手柄位置的逻辑判断基于EBV内部滑动变阻器的输出值及位置开关状态的相互对照。当大闸在运转位时，EBV内的变阻器指示手柄在运转位。如果此时位置开关故障，位置开关就无法正确指示手柄在运转位，其输出值指示与变阻器输出值指示相矛盾。IPM监测到此故障后，控制均衡风缸管(ER)减压50 kPa，制动管(BP)响应ER的变化，造成列车非正常制动。

2.3 司机室空调冷凝水造成的EBV故障

统计显示，暑期高温期间是EBV故障的高发期。故障机车回段整备检查、机能试验期间，发现EBV、LCDM及司机室电器部件表面有大量冷凝水，特别是安装于操作台上下部的空调出风口处冷凝水最多。通过检查排除了雨水和清洁机车用水进入司机室的可能性。可以确定机车运行途中使用空调制冷时司机开窗瞭望，或者地勤作业人员机能试验时，空调处于制冷状态，而司机室门窗未关闭，室外热空气与司机室内较凉的部件接触后，生成冷凝水。于是我们怀疑是部分冷凝水进入了相关制动配件导致故障的发生。

对1台预报有运转位自动减压50 kPa故障机车的EBV进行现场试验，发现故障重现，同时还预报085故障代码。现场拆解EBV发现连接插件内DB44接头有液体渍痕。将渍痕擦净并烘干，再进行测试，故障消失。试验证明EBV内侵入冷凝水后，导致接插件中有水渍，干扰了EBV的正常工作。

克诺尔公司NYAB试验室在EBV连接插件的DB44接头内注入水，系统通电，将大闸手柄置于运转位，系统监控15 min后，均衡风缸管(ER)减压50 kPa。ER减压后持续15 s，压力回到正常初始设定值，且系统没有故障日志记录，同现场发生的故障现象一致。

为了进一步验证上述结论，我们对EBV、LCDM及司机室电器部件表面产生冷凝水的现象进行了模拟试验。开启司机室空调制冷，根据外间气温设定空调制冷温度，当司机室内达到设定温度后，保持空调制冷状态，然后开启司机室门窗使热空气进入。温差越大，冷凝水越多。

3 对 策

(1)CCBII制动机EBV手柄松晃现象在机车投入运用一年后普遍发生，可通过选用较大规格的螺钉或增加固定螺钉数量来改善手柄固定状态，减少此类故障。

(2)HXD1B型机车通过升级制动机软件后大幅度减少了非正常制动故障。原因是新版软件忽略了大闸在运转位时位置开关的状态，从而避免了位置开关故障后其输出指示与变阻器输出指示相矛盾而产生ER自动减压故障。在位置开关故障彻底解决前，通过更新制动机软件来避免非正常制动现象具有很好的实际应用效果。

(3)作为机车使用方，为避免暑期空调冷凝水对机车司机室内制动、电器部件的危害，减少EBV运转位非正常制动故障的发生。一是在暑期机车空调使用和管理上制定相应措施。运行途中将司机室空调控制开关置于自动位或26℃的位置，尽量减小与司机室外部的温差。机车回机务段整备检查、机能试验期间必须关闭门窗，减少冷凝水的产生。二是在EBV、LCDM等制动配件的检修过程中增强其密封程度，同时也建议制造商在制造工艺上提高其密封性和防水等级，可以有效减少冷凝水的侵入。三是考虑将司机室空调出风口位置尽量远离制动、电器部件较多的操纵台，譬如将出风口安装在司机室后方的顶部。但由于和谐型电力机车目前技术改造申报程序繁琐，管理严格，现阶段较难实施。

4 结束语

结合CCBII制动机和EBV的基本结构和工作原理，从机车现场的实际运用出发，通过现场测试和模拟试验，并引用了克诺尔公司NYAB试验室的试验成果。对EBV常见故障的产生原因进行了较详尽的分析和阐述，并根据故障现象提出相应的对策措施。杭州机务段自2013年9月采取上述对策措施以来，尤其是暑期机车途中运行和回机务段整备检查、机能试验期间加强对空调规范使用的监管，EBV故障大幅减少，同比下降了50%左右，有效减少了列车运行安全隐患。上述对策措施对杭州机务段CCBII制动机的检修和运用具有较大的指导意义，也可供其他检修、运用部门参考借鉴。

[1] 中国南车株洲机车车辆有限公司.HXD1B型交流传动电力机车培训教材[Z].2012.

[2] 杨迎泽，张 涛，李 烁.机车EBV工作原理分析及检修应用[J].机车电传动，2011，(6):79-80,82.

[3] 张曙光.HXD1型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2009.

Discussion on Working Principle and Fault Analysis of CCBII Brake and EBV

CHENZhishen

(Hangzhou Locomotive Depot, Shanghai Railway Bureau, Hangzhou 310002 Zhejiang, China)

This paper briefly introduces the basic structure and working principle of CCBII brake system and electronic brake valve (EBV), analyzes the common faults and causes of EBV, and puts forward the countermeasures.

CCBII brake; EBV; fault; countermeasures

1008-7842 (2015) 03-0077-03

��)男，工程师(

2014-11-07)

U260.352

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.03.19