HXD2机车制动系统紊乱故障的原因分析

周昌 朱丹

摘要：本文针对HXD2机车制动系统紊乱故障，在环境温度-40℃的条件下进行故障还原实验，并结合BFCF的停放制动缸的结构特点——皮碗密封和停放制动的控制原理，找出HXD2机车制动系统紊乱故障的根本原因。

关键词：停放制动；紊乱；BFCF；皮碗

HXD2机车是9600KW大功率交流传动电力机车，机车由A、B两节组成，采用2（B0-B0）转向架[1]。机车装有带停放制动功能的踏面制动单元BFCF。

2016年12月HXD21346机车在霍林河站内发生制动系统紊乱故障，乘务员报出故障现象：“对机车进行停放制动缓解操作后，自动制动阀（以下简称大闸）位于重联位，停放制动缓解；大闸位于运转位，停放制动施加，禁止机车牵引”。HXD21346机车技术服务人员在现场无法处理故障，HXD21346机车回送通辽南机务段后，该故障消失。

本文作者于2017年1月在珠丝花整备车间再次遇到HXD21346机车出现该故障，基于之前对此故障的猜想——低温导致该故障，本文作者结合现场环境温度-40℃的条件分析故障原因。

1 停放制动原理

1.1 BFCF原理

BFCF由停放制动缸和常用制动单元组成。停放制动缸主要部件包括弹簧、活塞、皮碗和推杆；常用制动单元主要部件包括常用制动缸、楔形块和传动机构，BFCF结构如图1.1所示。其中，皮碗的作用是密封，皮碗将活塞正面与背面隔离，使活塞正与缸体够成密封的停放制动缸；呼吸管的作用是保证活塞背面与缸体够成的腔室通大气，在活塞动作过程中活塞背面不与大气形成压差。停放制动缸内压缩空气压力大于400Kpa为停放制动缓解，小于400Kpa为停放制动施加。

1.2 控制原理

机车6A系统通过传感器FS-6A检测停放制动缸压力，微机系统通过压力开关MA2-FS判断停放制动缸的控制压力，进而控制停放制动施加指示灯状态。大闸位于重联位时常用制动缸内压缩空气压力为450Kpa，大闸位于运转位时常用制动缸内压缩空气压力为0[2]。

按停放制动缓解按钮，VE-FS左位通，辅助风缸950Kpa的压缩空气流经减压阀DE-FS降为550Kpa，VVFS1左路导通，停放制动缸压力变为550Kpa，停放制动缓解，同时压力开关MA2-FS动作，停放制动施加指示灯熄灭，6A屏显示停放制动缸压力大于400Kpa。按停放制动施加按钮，VE-FS右位通，此时VVFS1左路导通，停放制动缸内压力下降，当停放制动缸压力降到与常用制动缸压力相同时，VVFS1右路导通，停放制动缸内压力停止下降，如图1.2所示。

2 故障查找及原因分析

2.1 故障还原实验

对机车进行故障还原实验：按停放制动缓解按钮，停放制动施加指示灯熄灭。此时，6A屏显示停放制动缸压力低于400Kpa。可见，停放制动并未缓解。将大闸置于运转位时，停放制动施加指示灯变红，此时，6A屏显示停放制动缸压力低于400Kpa，停放制动施加。将大闸置于重联位，停放制动施加指示灯熄灭，6A屏显示停放制动缸压力低于400Kpa，可见，停放制动并未缓解。

实验现象表明：在对机车进行停放制动缓解操作后，机车一直处于停放制动施加状态。而乘务员报出的“机车制动系统紊乱”只是表面现象。真实故障是：对机车进行停放制动缓解操作后，机车停放制动一直无法缓解。

2.2 停放制动无法缓解原因分析

基于上述分析，本文作者认为导致停放制动无法缓解的原因是停放制动缸压力无法建立，经过排查基础制动单元发现FBCF的呼吸管漏风。

故障解析：乘务员整备机车后，机车处于停放制动施加状态，VE-FS处于右位，图1.2中1点压力为0。大闸位于重联位时，由于中继阀的补风，图1.2中3点和常用制动缸压力为450Kpa[3]，而VVFS1左侧压力为0，VVFS1右路导通。按停放制动缓解按钮，VE-FS变为左位，图1.2中1点压力为550Kpa，压力开关MA2-FS动作，停放制动施加指示灯熄灭。此时VVFS1左侧压力为550Kpa，大于右侧，VVFS1左路导通，停放制动缸处于充风状态，但由于停放制动缸内压缩空气通过呼吸管向外漏风，所以停放制动缸内压力无法达到400Kpa，当图1.2中1点由于停放制动缸漏风而被拉低到450Kpa时，VVFS1右路导通，此时图1.2中1点位由于DE-FS的补风，压力很快提高到550Kpa，VVFS1又变为左路导通，VVFS1的两侧压力动态平衡于450Kpa附近，趋于稳态。整个过程，由于图1.2中3点的450Kpa压力的影响，VVFS1的左侧的压力在450Kpa～550Kpa范围内变动，停放制动控制压力大于400Kpa，所以压力开关MA2-FS动作，停放制动施加指示灯熄灭。但停放制动缸压力却低于400Kpa，所以停放制动并未缓解。

此时，将大闸从重联位搬置運转位，图1.2中3点和常用制动缸压力变为0，VVFS1左路导通，由于停放制动缸漏风，所以图1.2中1点压力被拉低，低于400Kpa，压力开关MA2-FS动作，停放制动施加指示灯亮起。

综上所述，制动系统紊乱的故障原因是停放制动缸的呼吸管漏风。

2.3 呼吸管漏风原因分析

机车长期运用过程中，停放制动缸缸体与活塞背面所形成的腔室内积灰和水蒸汽。冬季，霍林河站和珠丝花整备车间温度低于-40℃时，停放制动缸缸体与活塞背面所形成的腔室内的灰尘和水蒸汽冻结为固态结块，并附着在停放制动缸缸壁上，导致皮碗变形，密封不严，停放制动缸通大气，停放制动无法缓解。

通辽南机务段的环境温度为-20℃左右，停放制动缸缸壁上不易形成固态结块，所以HXD21346机车回送到通辽南机务段后，故障消失。

3 结束语

HXD2机车在极寒地区运用过程中出现的制动系统紊乱故障的实际现象为停放制动无法缓解，导致停放制动无法缓解的原因是灰尘和水蒸汽在停放制动缸缸壁附着，破坏皮碗密封，停放制动缸压力无法建立，停放制动无法缓解。

参考文献

[1] 闫剑.机车踏面制动器试验系统研究[D].西南交通大学，2015.

[2] 张曙光.HZD2型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[3] 冯荣耀，王俊勇.国产HXD2型电力机车平均管中继阀仿真分析[J].铁道机车车辆，2015，35（3）：25-30.

（作者单位：中车大连机车车辆有限公司）