【《地铁站车辆故障分析及维修分析-以HXD2型电力机车制动为例》8800字】

地铁站车辆故障分析及维修研究—以HXD2型电力机车制动为例TOC\o"1-3"\h\u223111引言 【内容摘要】制动技术作为列车安全运行的关键，它在铁路运输迅速发展中起着决定作用。和谐号电力机车是我国新一代重载运输内燃机车，其具有良好的经济性和可靠性，能够满足铁路提速需求，同时还能提高牵引动力利用率，降低运输成本。当前和谐号电力动车组制动系统中，基本上由微型计算机控制，是一种电空制动系统，用于发送电气指令信号。由于电气化铁路牵引供电方式是电-机混合运行，因此其机械制动力与电力制动力之间存在一定差异。机车刹车时，怎样更准确地控制机车列车管的压力，对机车和车辆的制动机械性能都有着直接的影响，有效地控制列车管压力，可降低列车纵向冲动，从而保证列车行车安全。因此，设计合理可靠的机车制动系统对于保证运输安全具有重要意义。本论文选择HXD2型电力机车制动系统作为研究的对象，结合制动系统的国内外研究情况，详细地分析了制动系统的整体组成，文中还对各部分的工作原理进行了简单介绍。接着分别对主电路结构和控制电路结构进行详细设计，包括主电路图及各元器件参数计算。接着对于制动系统分别进行制动功能的设计、经常使用制动功能、紧急制动功能与停放制动功能气路控制原理研究与分析。通过理论分析和计算，确定出不同状态下制动系统控制参数及相应控制策略。最后，介绍了HXD2型电力机车制动系统当前存在的常见故障分析，文中还给出了有针对性的故障处理意见。通过上述研究，能够有效提高电力机车在运用过程中制动系统可靠性及稳定性，降低行车安全隐患，延长使用寿命，确保列车安全稳定运行。希望能够为我国电力机车制动故障治理提供一些可行性参考依据。【关键词】HXD2型电力机车；制动系统；故障处理1引言铁路作为我国的重要基础设施以及重大民生工程在当前，中国“八纵八横”的高铁网已加密形成并瓦日、浩吉的两条货运线路已先后投入营运，利于区域资源开发，提高我国铁路能源运输能力1,21。在当前形势下，如何加快推进高铁发展？我国铁路早期主要集中在高速铁路建设与通车，注重方便群众的出行、解决了坐车困难；随着经济发展，人们对铁路运输产品需求也发生着变化，特别是在当前“一带一路”倡议下，国际国内市场需求更加旺盛，这将给铁路货物运输带来新挑战。近年来，有关货运列车，普速列车等问题受到了各方重视。随着经济发展方式转变以及对节能环保要求不断提高，未来铁路运输需求将以货物为主向旅客为主方向转化。各家铁路集团公司实施“以货补客”的战略部署，挖掘运输潜力，解放货装能力，到2020年，铁路货运量将达35.8亿吨，在全社会货运中占有9.9%的份额，其中电力机车牵引工作量达90.5%。机车运用为确保铁路高质量发展提供先行保障与坚实后盾，确保机车运用安全，降低机车故障率，是铁路高质量发展的根本出路与手段。在我国当前运输需求旺盛和货运组织改革不断深化的形势下，做好行车指挥调度及相关技术准备至关重要。对铁路运输而言，线路限速、紧急停车，机车停靠站及其他顺利实现的关键是制动系统能否高效，可靠运行。在我国，铁路部门一直十分重视对车辆制动系统可靠性的研究和应用。机车长时间疲劳地运转，特别是在役多年的HXD2型机车在各个系统中、部件质量上暴露了较多的惯性故障，存在安全隐患，制动系统当然也不能例外。在此背景下，分析研究影响制动系统可靠性的主要原因，对提高列车运营安全性具有重要意义。影响制动系统工作性能与作用的因素是复杂多变的，就机车设备而言，包括制动控制等、摩擦副等基础制动，风源系统等；在运用环境上，它由坡道线路，运行区间，信号距离和气候组成。2HXD2型电力机车制动系统结构与功能概述2.1HXD2型电力机车制动系统结构分析由图2-1中制动控制柜的图示可见，许多关键的阀类部件安装在制动控制柜中，其中不只是驾驶员制动阀EUROTROL及分配阀，也有转向架中继阀、直通制动中继阀，这些阀类部件采用的安装方法是在板前进行安装，从而简化了布管工作，还可以使装配，检修方便。2.1.1自动制动控制器所述自动制动控制器设置于司机室内，它的构造如图2-2，由垂向手柄操作，把手可单独放置在缓解位上、迅速的缓解位和运转位、常见的制动位与紧急制动位。手动操作时可将手柄放在缓和位上，使车辆减速并缓慢前行，再按下紧急开关，发动机熄火后则继续行驶，直到停车为止。其中运转位与紧急制动位两操控位为把手可停止之处；手柄处于解除状态，迅速解除或者经常使用制动位时不能停止，手一旦放松，便自动回到运转位。由于手柄位于运行位与缓行位之间，因此它既能实现缓和作用又能起到防止车轮脱轨的效果。把手置于中立位的时候，列车管内压强恒定；把手置于紧急制动位后，列车管内压强将很快减小到0，为了执行列车紧急制动任务；当手松开手柄后，列车管内气压又恢复到初始值。把手置于常用制动位或者缓解位的情况下，列车管内的减压量或者增压量正比于手柄的停留时间，所以列车管压强可以达到分段递减或者分段递增的目的，也就是阶段制动或者阶段缓解作用。自动制动控制器采用“电控”方式，其控制原理见图2-3：在正常情况下，列车的制动作用由制动控制单元BCU来控制；在BCU失效的情况下，再由备用制动模块控制。BCU控制就是把操纵手柄放置在各种位置上，给制动控制单元BCU下达制动或减轻的电气指令，BCU基于所接收的命令执行有关操作，以及相应电信号，使得电控制动控制模块内各电磁阀打开或者闭合，为了使中继阀预控压力发生变化，也就是平衡风缸内部气体压强，从而对列车管内进行调控，实现对全列车制动。2.1.2司机制动阀司机制动阀接收来自BCU的制动或缓解信号，然后，基于所接收信号调节列车管内压力，然后控制列车执行制动或者减轻。在此过程中需要使用一定数量的司机制动阀才能保证整个系统正常运行，因此司机制动阀就成了车辆控制系统的重要组成部分。在该过程中，由于需要将多个控制阀同时接通，因此会增加控制系统成本。它的原理如图2-4。（1）调压阀DE-PI所述总风管连接风源，向司机制动阀提供风，但是总风管内的空气压力较大，且不够稳定。当进入到总风管中的气体达到一定程度时就会使气压过高而造成管道破裂或管路漏气等故障，因此必须采取必要的措施来确保机车运行安全。DE-PI型调压阀调压总风管压力，调整到650士_5kPa，主要功能是避免超过过充时空气压力对中继阀产生直接影响。（2）电磁阀制动电磁阀VE（SG）、减轻电磁阀VE1（DG）与VE2（DG）之间的协同效应，达到预控压力RE准确控制的目的。通过分析这三个电磁阀在工作过程中产生不同动作时间的原因，提出了一种基于模糊逻辑的切换控制策略。缓解电磁阀VE1（DG）失灵时，缓解电磁阀VE2（DG）的辅助。安全电磁阀VE（SEC）须经常保持得电状态，遇到紧急情况需要紧急制动，便可以产生初始制动压力。如果此时汽车行驶过程中突然断电，则该电磁阀将无法正常工作，而这一故障通常发生在车辆紧急刹车或发动机熄火等情况下。当电源发生故障时，这种电磁阀将在失电状态下工作，由此使均衡风缸中压缩空气立即排到大气中。在发生紧急制动时，该电磁阀可自动切断空气压缩机和发动机之间的连接，避免了因气压不足而造成的车辆事故。制动电磁阀VE（SG）发生故障时，安全电磁阀VE（SEC）将被用作冗余，确保行车安全。（3）中立阀VV(N)中立阀VV（N）内置在司机制动阀中，通过电磁阀VE（N）的控制，用于达到防止总风管对中继阀Q（P）CG持续供风的目的，这样就不再向列车管输出流量。该命令可通过BCU获取，还可通过驾驶员操纵三位中立开关获得。（4）中继阀Q(P)CG中继阀将压力气体供应到列车管，使列车管内气体压力达到预控压力RE，且中继阀有一定流量放大功能。2.1.3制动控制单元制动控制单元BCU控制司机制动阀气动装置。其工作原理是根据车辆运行中各个车轮间产生的制动力大小和方向来确定各轮之间的相对位置关系，进而调节相应的空气流量以实现对风缸内气压值的调整。通过FIP总线实现BCU和列车计算机的连接，以及经由RS422串行通信通道连接Locotrol远程重联控制装置。该系统可以实现列车在行驶中根据实际情况随时调节各闸瓦间隙和制动力大小，从而保证车辆安全运行。图2-5显示了自动制动控制器确定的输入信号或者Locotrol型机车遥控装置发出的制动指令传送到BCU中，用于均衡风缸压力的计算，再发出命令，控制各个电磁阀部件进行闭环控制，以获得列车制动或者减轻所需的预控压力RE。2.1.4分配阀模块每节车厢机车两个转向架合用分配阀模块，分配阀模块由分配阀，副风缸和控制风缸组成、分配阀截断塞门和转向架中继阀的组成部分，它的气路原理见图2-6。（1）分配阀由分配阀模块的气路原理图可得，RB（IS）CP/CG塞门可使分配阀从总风管，列车管之间分离。利用SW4分配阀客/货车转换手柄，可以实现制动系统工作方式的转换，以对列车管进行定压控制。当把它放在货车位上，列车管定压500kPa；在客车位时，则由转换开关控制控制阀组实现对列车管内压力的调节。在客车位上，列车管定压600kPa。当转换手柄处于上述情况时，列车管上的压力传感器会检测出信号并向控制电路发出指令。转换手柄下方设置微动开关，微动开关能够向牵引控制单元发送转换手柄动作位置信息。（2）副风缸总风管经FI-RB（IS）CP过滤器，RB（IS）CP隔离塞门继续向副风缸供风。主风机将从风道内排出的气体经过滤后，送入主副风缸内混合均匀，并由送风管输送至车厢外，以保证列车在高速运行时各部位空气流通顺畅。副风缸是机车的空气分配阀、转向架中继阀，停放制动装置等供必要压缩空气。（3）控制风缸所述控制风缸通过分配阀进行充风。如果列车管在初始位置上没有被完全覆盖，那么控制风缸就不会给列车管供给充足的压力空气。制动系统可通过开启或关闭塞门RB（IS）RC，使制动系统处于一次缓解位与阶段缓解位。塞门的RB（IS）RC开启后，如果机车呈缓解状态，列车管压力在300kPa以上，差压控制阀VV（RT）RC将检测列车管与R（T）风缸之间的压力差值，压力差值大于20kPa的情况下，控制风缸将向列车管供给压力空气；在压力差值小于20kPa的情况下，将造成控制风缸对列车管充风通路闭合，分配阀对控制风缸进行再一次补风。2.1.5转向架中继阀模块转向架中继阀模块用于向转向架制动装置提供风力。在机车运行过程中，由于受空气阻力作用，需要对中继阀进行控制以满足列车制动力需求。见图2-7，机车空气分配阀输出预控压力受转向架中继阀Q（P）FR2控制。中继阀是一种具有双作用控制阀结构的液压元件。中继阀输出压力经制动缸隔离塞门输送至转向架制动缸，制动缸的压力是（375士10）kPa。为了防止因空气分配管路堵塞而影响列车制动力和安全性，中继阀应具有良好的密封性、气密性、抗腐蚀性以及耐疲劳性等性能。电空转换电磁阀VE-Q（P-COM）F联锁空气分配阀输出空气压力，当无法采用空气制动的时候，中继阀先导压力将在4-5s内经DIA—VE2—Q（P-COM）F排气孔排出。2.2HXD2型电力机车制动系统电力机车的空气制动系统由两部分组成，即机车制动控制部分与基础制动部分。其中机车制动控制系统是保证列车运行安全的关键。在整个列车制动系统当中，空气制动起着举足轻重的作用，列车管内空气压力控制是否准确，直接关系到列车整体制动系统的性能。因此，需要加强对于机车空气制动系统工作原理以及其关键元件进行分析。本论文的研究对象是HXD2电力机车，对机车整体空气制动系统进行了功能分析。平均管的作用主要是控制重联机车制动缸压力，使两机车制动与缓解功能同步。本文将以某型号内燃机车为例，简要介绍机车制动系统配置及工作原理。机车制动系统有单独制动，常用制动两种、紧急制动和停放制动四种模式。2.2.1单独制动功能机车单独制动一般用于机车单独行驶（如调车时），为转向架制动缸直接供风制动方式。当机车运行速度超过一定值后，其气压便降低到正常值以下，此时司机必须依靠操纵空气管路中的阀门来改变压缩空气流量，使之保持为某一恒定压力值。它的气路原理见图2-8。机车分别制动模式下，单独制动控制器直接控制单独制动系统的电磁阀。电磁阀是一个开关元件，它通过与空气之间的气体压力变化来实现对气压的调节。在电磁阀失电的情况下，总风管为制动缸直接提供压缩空气；如果电磁阀发生故障，则总风管通过单向阀和减压阀向独立制动系统提供辅助空气。电磁阀发生故障时，RB（IS）FD塞门将分离单独制动所产生的出力。减压阀将使先导气路的最高压力控制在300kPa以内。由于单向阀关闭时间较短，因此只有在单独制动控制器与制动位之间建立连接才能实现有效地传递能量。2.2.2常用制动功能常见制动模式在制动系统中应用最为广泛，具有制动功能，用于控制列车减速和停止，当列车发生紧急制动时，采用空气压缩辅助制动，并将压缩空气通过管路送入到高压储气罐中，然后再利用高压气瓶释放出气压以达到辅助制动效果。常见制动基本方式见图2-9。所述BCU收到制动指令时，司机制动阀内的压力传感器通过模拟信号向BCU传输均衡风缸内气体压力。通过对各控制阀进行开闭动作可以使各主、副风缸同时打开或关闭。所述BCU根据所述信号发出命令，控制所述制动电磁阀，缓解所述电磁阀得电或者断电，由此调整列车管压力的降低或者升高；SW4分配阀，用于根据列车管压力分配副风缸对制动缸进行供风或者排风，以达到全车制动缓解目的。2.2.3紧急制动功能紧急制动模块包括紧急电磁阀，紧急排风阀及紧急阀隔离塞门，气路原理图如图2-10。紧急制动模块通过高速开关电磁阀来控制气动阀执行相应的机械动作。当列车受到紧急情况下的冲击载荷或者其他外力撞击后，会产生强烈震动而导致列车管出现破裂现象。紧急电磁阀一或者紧急电磁阀二在得电状态下，列车管将经过紧急排风阀与大气直接连接，从而快速排风，达到紧急制动的目的。为了防止紧急排风阀的突然失效，使列车管不能充气，增加了紧急阀隔离塞门，用于隔离紧急制动模块。紧急阀的隔离塞门与紧急排风阀的上端安装微动开关，以便对紧急排风阀，紧急阀隔离塞门运行情况进行监控与判断。紧急制动的作用，驾驶员在驾驶员室操作紧急制动设备之后，采用电制动与空气制动联锁制动方式，本实用新型能够保证列车遇到紧急状况时能得到最高的减速度。为了保证行车安全性，需要对牵引电动机进行减速保护及防止电机过载。由自动制动控制器或者紧急按钮或者安全回路紧急电磁阀开启直径25mm排风孔，实现快速排风，使得列车管快速降压，制动控制单元BCU同时检测微动开关的状态，启动对列车实施紧急制动的操控，使得机车得到最大的减速度和快速停车。当遇到紧急情况下，如需要将机车从牵引段拉回到运行段则必须切断电源并断开辅助电路。机车逻辑控制还能实现机车紧急制动，对于重载组合列车，从主控机车收到主控机车经Locotrol系统发出的消息实施紧急制动。2.2.4停放制动功能机车在坡上逗留的时间较长时，为了避免机车单机溜放，必须实行停放制动，才能确保机车的安全。本文介绍了一种新型停车单元——停放制动模块的结构及工作原理。停放制动模块气路原理图见图2-11。机车停车制动工况，自动空气制动由列车管排风实现，当分配阀控制时，副风缸由双稳态电磁阀连续向制动缸送风。当车辆运行到某一位置时，由于气压变化等原因，主风缸和副动缸之间会出现压差，使活塞向内压缩并推动主油缸活塞杆伸长从而实现制动功能。如果机车在较长时间的停车情况下，副风缸中气体压力由于向外漏出将逐渐减小，这时，弹簧逐步发挥作用，确保制动的效果。2.3空气流动特性2.3.1空气在列车管中的流动特性列车管为纤细空气通道，并且空气是弹性物质，管壁阻力引起的空气流动阻力是不容忽视的，列车管内空气扩散产生压降。因此研究列车管内空气的速度分布具有重要意义。空气压降传播为空气波，和声波相似，但是不可能通过一定的方式在周围传播，仅能沿列车管反向定向扩散。当这种不可逆的速度分布被改变之后，就形成了减压波，并使管内压强发生变化。列车管内减压波以振动波形式存在，以其所对应之振动规律，于压力空气之空间扩散。由于列车管内气压和温度分布不均等原因导致了压强波动，这种现象被称为列车内高压区效应。列车管内壁受到阻力，空气流速远低于减压波速，且减压过程中气体的气流流动方向和压降波传播方向是相反的。2.3.2空气通过节流孔时的流动特性气体在收缩喷管中流动的状态，收缩喷管与节流孔在结构上类似，都是气体在流动状态下，从大截面到小截面的转变，因此分析气体在通过收缩喷管时的质量流量就可得出气体在通过节流孔时的气体质量流量。当气体流经收缩喷管，假设用理想气体穿过喷管，并且气体流动是一元等熵流动。用数值方法计算出了不同时刻的压强值以及各测点处的温度。在容器中压力，温度恒定的情况下，位于收缩喷管中的各部分压力，温度都会在容器中一致。3HXD2型电力机车制动系统故障分析及维修3.1HXD2型电力机车制动系统故障分析3.1.1控制电路故障在和谐机车中，驱动控制阀之制动系统是由微电脑操控电空气方式进行工作，而，很多阀门部件具有电气连接点，并且在很长一段时间内回到BCU中去，所以，常常会出现一些控制电路的故障。3.1.2气动部件故障此类故障多出现于启动部件滑件上。3.1.3管路及其连接部分故障这类故障以堵塞，泄漏为主。例如：接头漏风、风管漏风、砂管堵塞等。3.1.4因操作不当造成的故障机车投入使用前，驾驶员对驾驶员控制阀制动系统作用及原理的学习与掌握程度等？制动系统故障对行车安全造成何种危害？在机车运行过程中，机车能否按制动器运行要求运行，直接关系到故障。因此，必须对机车的制动性能有一个全面而深入地了解。如机车运转，违规和处置不当，制动系统就会失效。3.2HXD2型电力机车制动系统故障维修3.2.1主控机车中的故障维修主控机车失灵，我们称之为备用制动器方面。对于备用制动器，一般是由司机手动操纵。若故障位于主控机车A端，然后司机不得不旋转机车A上RB-FSE塞门，把它变换成B段制动系统控制。在操作过程中，A段RB-FSE塞门闭合后，此端驾驶员制动阀是孤立的，VV（IS）RM阀先导压力消除；与此同时，B段VE-UM-RM阀门也丧失了动力，以方便对列车管道进行控制。此时，司机通过操纵辅助开关来使车辆停止。这样，从一部分B驾驶员制动阀收到的从一部分A发出的控制信号就被用来控制机车制动及缓解、过充等，迅速缓解，紧急制动的特点。3.2.2从控机车中的故障维修机车运行过程中，若无线再接合机车A端有严重失效，那么A段BCU就会自动与驾驶员制动阀分离，这时BCU指令=1。该系统可用于防止因车辆间发生碰撞而导致的事故。与此同时，B端BCU启动对列车管的控制和对Locotrol的通讯，为了协助机车（行驶机车）收到制动命令。另外，在出现下列情况时不会启动解除制动器程序。B段BCU从A侧驱动器制动阀和Q（IS）RM-LOCO继电器中接收隔离信息；A部分BCU通过B侧BCU的FIP总线接收引导机车的模式信号，并对机车的运行状态进行控制，以及经由FIP总线进行接收。从待机模式MPU功能信号；来自启动控制单元的指令和指示机车运行状态的数据。在B侧的BCU启动通讯的情况下，A侧BCU停止与Locotrol通信；BCU在Locotrol至先导室之间接收目标压力：BP压力达到RE恒定压力。4结论本文旨在保证机车运用的安全性，本实用新型提高了机车的运行效率以及检修质量，降低检修成本是其宗旨，选择SS4型电力机车作为本文的研究对象，鉴于机车故障率居高不下、检修模式滞后等，研究有针对性的采取措施及解决方案，经试验验证，实施解决方案前后的比较，验证了本研究的正确性。本课题在充分分析了目前国内外机车检修现状基础上，提出了适合我国铁路实际状况的检修策略与方法。通过翻看有关机车制动的着作和搜索有关文献，系统性地阐述了HXD2型机车的基本概况及制动技术在国内外发展过程与趋势。介绍了SS4型电力机车制动系统原理，并对机车在日常使用过程中暴露出来的制动系统故障进行了综合统计，系统分析，对后续研究工作的开展提供了理论技术支持。同时根据我国目前