HXD2型机车牵引力切除故障分析与措施

徐鑫海

(大秦铁路股份有限公司 湖东电力机务段， 山西大同 037000)

HXD2型机车是大秦铁路重载运输的主力机型[1]，在运用中多次发生运行速度达到10 km/h后机车牵引力切除故障，导致无法继续运行。技术资料中，对此故障的表述为“运行速度达到10 km/h后，如果列车管压力不足585 kPa，机车会自动切除牵引力”。在采取针对性措施后，此故障依旧多次发生，给大秦线重载运输秩序造成了严重影响，也给2.1万t重载列车的运行带来了极大的安全隐患，同时也说明了该故障的准确原因并未找到。

通过分析HXD20003号故障机车数据发现，该车速度达到10 km/h后，列车管压力充已至590 kPa，仍发生切除牵引力故障，与技术资料中对此故障的表述不吻合。为了找出故障发生的准确原因，通过研究HXD2机车控制原理以及长期实车试验确定了ATF模式进入与退出机制，进而明确了此类故障发生条件，并制定了相应的预防措施。

1 故障概况

HXD20003机车启动后，速度达到10 km/h时，列车管压力590 kPa，出现牵引力自动切除故障，机车辅助显示屏牵引力指示条自动回零，列车无法继续运行。

通过对故障机车LKJ数据进行分析发现，此车在故障发生前被编组至补机位置(图1)，且列车管压力被本务机车充到过600 kPa以上(图2)。本务机车实施制动减压至380 kPa后停车摘机(图3)，此时HXD2机车转为本务机车运行，缓解制动，列车管压力充至590 kPa(图4)，开车后速度达到10 km/h后，故障发生。

图1 机车交路LKJ数据

图2 机车担当补机时LKJ数据

图3 本务机车摘机时LKJ数据

图4 HXD2机车转本务后LKJ数据

利用E-train软件对故障机车数据进行了分析，发现在故障发生时机车TCU持续报出故障代码E0-27-81：ME_ASSTF: Asservissement de la tr au fs(图5)。该代码含义为：机车进入ATF(牵引/制动随动)模式。

图5 机车故障数据

2 故障原理分析

2.1 HXD2机车列车管压力信号传输处理原理

HXD2机车牵引控制模式为轴控模式，在列车管压力信号传输方面与其他机型的不同点在于HXD2机车每轴都设置一个列车管压力传感器，单节车4个，全车共8个。每个压力传感器将压力信号分别送至各轴牵引控制单元(TCU)，各轴牵引控制单元(TCU)接收各自列车管压力传感器信号，并将此压力信号通过FIP网络进行交换处理，得出列车管压力变量计算值，压力信号传递处理原理见图6。

图6 HXD2机车列车管压力信号传输处理原理

HXD2机车牵引控制单元(TCU)对列车管压力计算时使用3个变量计算值：

a_pcg_ref为机车制动机缓解完成后列车管压力计算值。

a_pcg为列车管实时压力计算值。

a_dpcg为a_pcg_ref与a_pcg之间的差值，即制动时列车管压力下降计算值。

3个变量计算值与列车管实际压力值间换算关系见式(1)：

变量计算值=列车管实际压力值/100

(1)

3个变量计算值在机车制动机处于不同状态时存在如下关系：

当机车制动机处于完全缓解状态时：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=0

(2)

当机车实施制动或缓解未完成时：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg>0

(3)

2.2 ATF(牵引/制动随动)模式进入与退出原理

当机车牵引控制单元(TCU)处于牵引模式运行速度大于10 km/h时，如果机车牵引控制单元(TCU)检测到列车管压力下降超过25 kPa(a_dpcg>0.25)，机车将进入ATF模式。在此模式下机车牵引指令被抑制，只有退出此模式后才可以再次施加牵引力。进入ATF模式后，a_pcg_ref的值将被锁定，直至退出ATF模式后该值才会被重置。

进入ATF模式后，只有当机车牵引控制单元(TCU)检测到a_dpcg计算值小于0.15(15 kPa)或者机车断合蓄电池后，机车才会退出ATF模式。此时在机车完全缓解后，a_pcg_ref的计算值被重置。ATF模式进入与退出原理见图7。

图7 ATF模式进入与退出原理图

2.3 HXD2机车制动机使用机制

HXD2机车为两节重联机车，采用Eurotrol制动系统[2]。车上每节都装有一套独立的制动系统，运行时，只使用一套制动系统。正常情况下，只使用操纵节的制动系统，如操纵节制动系统发生故障，则可以使用“备用”功能，此时机车使用非操纵节制动系统。两节机车制动系统缓解时的列车管压力可分别进行人工标定。标定后，使用操纵节(或非操纵节)制动机实施缓解后列车管压力最大只能达到该节制动系统标定压力。HXD2机车作为补机运行时，制动系统转至“重联”位，此时缓解制动时的列车管压力由本务机车制动系统标定压力决定。

3 故障原因分析

按照前期技术资料中所列“运行速度达到10 km/h后，如果列车管压力不足585 kPa机车会自动切除牵引力”条件对HXD20003机车故障进行分析。

按照“ATF(牵引/制动随动)模式进入与退出原理”对HXD20003机车故障进行分析。

从图5所示的故障数据可知，发生故障时，机车各牵引控制单元的a_pcg计算值均在5.9(590 kPa)左右，a_dpcg计算值均在0.19(19 kPa)左右，两者相加得到a_pcg_ref计算值在6.09(609 kPa)左右。该a_pcg_ref计算值是在该车作为补机运行时，由于本务机车列车管压力标定较高，制动机缓解时的列车管压力得出。

由图2所示的HXD20003机车LKJ数据可知，当本务机车减压至520 kPa时，机车运行速度11 km/h>10 km/h，此时：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=6.09-5.20=

0.89>0.25

(4)

HXD20003机车进入ATF模式且变量a_pcg_ref计算值被锁定至6.09。随后，列车管压力继续降至380 kPa后停车(图3)。

本务机车摘挂后，HXD20003机车转为本务机车缓解制动开车，由于HXD20003机车制动系统列车管压力标定值为590 kPa，缓解后列车管管压最大只能达到590 kPa。此时：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=6.09-5.90=

0.19>0.15

(5)

不满足退出ATF模式条件，所以在速度达到10 km/h 后发生故障。

我国现存最早的一部图书目录学文献，是由东汉著名史学家班固撰写的《汉书·艺文志》。班固将刘歆《七略》中的辑略，改为总序置于《汉书·艺文志》开头，全书分六艺、诸子、诗赋、兵书、数术、方技六略，共著录图书三十八种，13269卷。《汉书·艺文志》成为我国现存最早的古籍分类目录，也开创了我国史志目录的先例。

4 试验验证

4.1 加挂试验

将HXD2机车与SS4机车进行加挂，本务SS4机车制动系统列车管压力标定至598 kPa，补机HXD2机车制动系统列车管压力标定至580 kPa。SS4机车缓解制动，两车列车管压力充至598 kPa，开车速度达到10 km/h 后，SS4机车减压至380 kPa使HXD2机车进入ATF模式，随后停车摘挂。HXD2机车转本务运行，缓解制动至标定压力580 kPa。利用Agate Family软件监测HXD2机车变量计算值，数据显示此时a_pcg计算值为5.8左右，a_dpcg计算值为 0.18左右(图8)。HXD2机车开车，速度达到10 km/h后，机车自动切除牵引力，故障发生。原因是在两车加挂运行时，HXD2机车进入ATF模式，a_pcg_ref计算值被锁定至5.98左右，摘挂后HXD2机车缓解制动列车管最高压力只能到580 kPa(a_pcg计算值最大只能到5.8)，导致a_dpcg 计算值一直大于0.15，ATF模式无法退出。

图8 进入ATF模式监测数据

停车后，将HXD2机车列车管标定至590 kPa。此时，监测a_pcg计算值为5.9左右，a_dpcg计算值为0(图9)，原因是缓解至590 kPa后，与前期被锁定的a_pcg_ref 计算值相差为：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=5.98-5.9=

0.08<0.15

(6)

满足ATF模式退出条件，ATF模式退出，此时a_pcg_ref计算值已重置为5.9。开车后，速度达到10 km/h，运行正常。

图9 退出ATF模式监测数据

4.2 单车试验

根据HXD2机车制动机使用机制，将两节车制动机管压分别标定，操纵节标定至598 kPa，非操纵节标定至580 kPa，使用操纵节制动系统缓解开车，速度达到10 km/h后，减压至380 kPa停车，启用制动机“备用”功能，缓解制动至非操纵节制动系统标定压力580 kPa 后开车，速度达到10 km/h后，牵引力切除故障出现。随后减压停车，将非操纵节制动机列车管压力标定至590 kPa，缓解开车，速度达到10 km/h后运行正常。与加挂试验结果相同。

停车后断合蓄电池，将此车两节制动系统列车管压力都标定至580 kPa，缓解制动至标定压力580 kPa后开车，此时a_pcg计算值为5.8，a_dpcg计算值为0，速度达到10 km/h，机车运行正常。

4.3 试验结论

通过上述试验证明，HXD2机车引发10 km/h切除牵引力故障的原因主要是由于机车进入ATF模式，在缓解制动后，a_dpcg的计算值大于0.15，ATF模式未退出所致。技术资料中表述的“速度达到10 km/h后，列车管压力不足585 kPa”这两个故障发生条件不准确。

5 预防措施

根据故障原理以及试验验证结果，制定了如下预防措施：

检修车间对各级修程的HXD2型机车两节制动机列车管压力均标定至596～598 kPa，以保证两节车列车管压力一致且杜绝缓解后压力过低导致故障发生。

HXD2型机车在运输秩序允许的情况下原则上不建议编组至补机位置。如果HXD2机车编组至补机位置，HXD2型机车乘务员要在一位机车加挂前断合蓄电池，此时列车管压力降为零，乘务员在加挂作业前不得再缓解制动，待加挂完成后再行作业；一位机车摘挂后，乘务员要再次断合一次机车蓄电池后进行作业。

HXD2机车换端作业或使用制动机“备用”功能时，乘务员如发现两节机车制动系统缓解完成后列车管压力差大于15 kPa，则须断合一次蓄电池，再进行作业。

6 结束语

通过原理分析及试验验证找出了HXD2机车发生切流故障的根本原因并制定了预防措施,以保证机车在进入ATF模式后能够及时退出，缓解状态的压力记录及时重置。实行该预防措施以来，该类故障的发生率极大降低，也为今后对HXD2型机车切流故障分析提供了思路。此外，该类故障也暴露出HXD2机车软件设计中，缓解状态的压力记录清除机制不合理，部分阈值不适应于实际运用。如果将进入ATF模式的阈值由0.25调整为0.3(由于机车初减压为50 kPa，进入ATF阈值变为0.3后，不会影响正常进入ATF模式)，将退出ATF模式的阈值由0.15放宽至0.2，这样ATF模式更容易退出，则可以大幅降低此类故障发生率，该问题需要在TCMS软件设计过程中加以考虑并改进。