孫 彬 呂 梟 任向杰 葛汝博 王令軍

(中車青島四方車輛研究所有限公司 山東 青島 266031)

HXD2型機(jī)車是由中車大同電力機(jī)車有限公司設(shè)計(jì)制造的貨運(yùn)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車，其制動(dòng)系統(tǒng)絕大部分采用法國(guó)法維萊公司生產(chǎn)的Eurotrol型制動(dòng)系統(tǒng)，少量裝用國(guó)產(chǎn)的JZ-8型機(jī)車制動(dòng)控制系統(tǒng)。

JZ-8型機(jī)車制動(dòng)控制系統(tǒng)是中車青島四方車輛研究所有限公司為打破國(guó)外公司的機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)壟斷，自2011年立項(xiàng)研發(fā)的新型微機(jī)控制機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)，目前已通過了中國(guó)鐵路總公司組織的方案評(píng)審及試用評(píng)審，并在HXD2型、HXD3C型機(jī)車上小批量運(yùn)用[1]。

1 JZ-8型制動(dòng)控制系統(tǒng)組成及介紹

JZ-8型制動(dòng)控制系統(tǒng)主要由制動(dòng)控制器、指令轉(zhuǎn)換器、制動(dòng)顯示屏和制動(dòng)控制柜組成，可與Eurotrol型制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)與部件級(jí)互換。

1.1 制動(dòng)控制器與指令轉(zhuǎn)換器

制動(dòng)控制器具有2個(gè)操作手柄，自動(dòng)制動(dòng)手柄和單獨(dú)制動(dòng)手柄。2個(gè)手柄在操作時(shí)具有明顯的位置感，均以遠(yuǎn)離司機(jī)(推)的方向移動(dòng)作為增加制動(dòng)作用，以靠近司機(jī)(拉)的方向移動(dòng)作為減小制動(dòng)(緩解)作用。自動(dòng)制動(dòng)手柄級(jí)位分為運(yùn)轉(zhuǎn)位、初制位、制動(dòng)區(qū)、全制位、抑制位、重聯(lián)位、緊急位，單獨(dú)制動(dòng)手柄級(jí)位分為全制動(dòng)位、制動(dòng)區(qū)、運(yùn)轉(zhuǎn)位和側(cè)壓緩解位。

制動(dòng)控制器是制動(dòng)系統(tǒng)的主要操作部件，主要功能是：當(dāng)乘務(wù)員操縱自動(dòng)制動(dòng)手柄和單獨(dú)制動(dòng)手柄時(shí)，制動(dòng)控制器會(huì)發(fā)送電信號(hào)指令到指令轉(zhuǎn)換器，指令轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為CAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)發(fā)送給制動(dòng)控制單元，為制動(dòng)控制柜提供自動(dòng)制動(dòng)和單獨(dú)制動(dòng)等指令，信號(hào)傳輸更為穩(wěn)定、可靠。

JZ-8型與Eurotrol型制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)控制器在安裝接口、操作級(jí)位及各個(gè)級(jí)位的作用方面基本保持一致，乘務(wù)員無須進(jìn)行過多培訓(xùn)即可正常使用。

1.2 制動(dòng)顯示屏

制動(dòng)顯示屏的主要功能：實(shí)時(shí)顯示制動(dòng)控制系統(tǒng)的狀態(tài)信息；以風(fēng)表和數(shù)值的形式顯示總風(fēng)壓力、列車管壓力、均衡風(fēng)缸壓力和制動(dòng)缸壓力；以流量計(jì)的形式動(dòng)態(tài)顯示列車管的充風(fēng)流量；顯示制動(dòng)機(jī)操作的提示信息和故障信息；提供機(jī)車號(hào)、時(shí)間日期、軟件版本號(hào)的顯示及設(shè)置功能；提供單機(jī)自檢、事件記錄和傳感器校準(zhǔn)等診斷功能。JZ-8型與Eurotrol型制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)顯示屏(見圖1)在安裝接口、主要顯示界面和操作方式上基本保持一致，方便乘務(wù)員進(jìn)行操作。

圖1 制動(dòng)顯示屏

1.3 制動(dòng)控制柜

制動(dòng)控制柜的功能是執(zhí)行制動(dòng)控制器、顯示屏或機(jī)車其他相關(guān)系統(tǒng)的指令，輸出制動(dòng)控制系統(tǒng)各壓力。制動(dòng)控制柜主要包括7個(gè)固定模塊(制動(dòng)控制單元BCU、列車管控制模塊、分配閥模塊、單獨(dú)制動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)向架中繼閥模塊、氣源處理模塊、制動(dòng)缸監(jiān)控與隔離模塊)和1個(gè)選配模塊(停放控制模塊)如圖2所示。

1—柜體；2—配電箱；3—分配閥模塊；4—列車管控制模塊；5—?dú)庠刺幚砟K；6—停放控制模塊；7—轉(zhuǎn)向架與單獨(dú)制動(dòng)模塊；8—轉(zhuǎn)向架中繼閥模塊；9—監(jiān)控隔離模塊；10—制動(dòng)控制單元BCU。圖2 制動(dòng)控制柜

(1)BCU作為制動(dòng)控制系統(tǒng)的核心控制裝置，通過獲得司機(jī)制動(dòng)控制器的命令計(jì)算均衡風(fēng)缸的控制目標(biāo)值，采集來自制動(dòng)機(jī)上各壓力傳感器的壓力信號(hào)，對(duì)均衡風(fēng)缸進(jìn)行閉環(huán)控制，通過控制均衡風(fēng)缸的壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)列車管壓力的控制，最終實(shí)現(xiàn)列車的制動(dòng)和緩解。此外BCU還控制機(jī)車轉(zhuǎn)向架制動(dòng)及切換，根據(jù)列車管的壓力,通過電子分配閥來控制機(jī)車制動(dòng)缸的制動(dòng)和緩解。直通制動(dòng)控制器的電氣部分向BCU輸出需要的控制信號(hào)，BCU接收到直通制動(dòng)控制器的編碼器控制信號(hào)后，根據(jù)相應(yīng)的直通制動(dòng)控制器手柄位置變化調(diào)整直通制動(dòng)均衡風(fēng)缸壓力。BCU具有總線通信、故障診斷及記錄、功能自檢、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)等功能。

(2)列車管控制模塊主要功能有：①通過電空模塊產(chǎn)生期望的均衡風(fēng)缸壓力，再通過中繼閥放大流量，從而完成列車的制動(dòng)、保壓和緩解；②監(jiān)測(cè)列車管的充風(fēng)流量；③在緊急制動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)列車管的快速排風(fēng)；④重聯(lián)模式下，遮斷中繼閥的輸出。

(3)分配閥模塊主要功能有：①電子分配閥響應(yīng)列車管壓力輸出機(jī)車制動(dòng)缸與平均管的預(yù)控壓力；②機(jī)械分配閥作為電子分配閥的備用，在電子分配閥出現(xiàn)故障時(shí)，響應(yīng)列車管壓力輸出機(jī)車制動(dòng)缸與平均管的預(yù)控壓力；③具有無火回送功能，在無火回送時(shí)，打開無火塞門，實(shí)現(xiàn)列車管對(duì)總風(fēng)缸的充風(fēng)，此時(shí)無火機(jī)車制動(dòng)缸的壓力由機(jī)械分配閥控制。

(4)單獨(dú)制動(dòng)模塊主要功能有：①根據(jù)單獨(dú)制動(dòng)閥的位置通過控制單獨(dú)制動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的單獨(dú)制動(dòng)；②單獨(dú)制動(dòng)閥通過控制單獨(dú)緩解電磁閥，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的單獨(dú)緩解；③通過操作重聯(lián)塞門，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的本務(wù)、重聯(lián)操作模式；④輸出本務(wù)機(jī)車平均管的壓力輸出。

(5)轉(zhuǎn)向架中繼閥模塊主要功能有：①實(shí)現(xiàn)機(jī)車的動(dòng)力制動(dòng)與空氣制動(dòng)的聯(lián)鎖；②輸出制動(dòng)缸的壓力。

(6)氣源處理模塊主要功能為過濾、隔離通向制動(dòng)柜內(nèi)的總風(fēng)。

(7)制動(dòng)缸監(jiān)控隔離模塊主要功能為：①操作隔離塞門可以隔離、排空制動(dòng)缸的壓力；②監(jiān)測(cè)制動(dòng)缸壓力。

(8)停放控制模塊主要功能有：①接收停放制動(dòng)施加與緩解指令，實(shí)現(xiàn)停放缸的制動(dòng)與緩解；②取制動(dòng)缸與停放缸壓力的較大值，防止二者制動(dòng)力疊加；③監(jiān)控制動(dòng)缸的壓力，并隔離停放制動(dòng)。

2 工作原理

2.1 自動(dòng)制動(dòng)原理

BCU根據(jù)自動(dòng)制動(dòng)手柄指令信號(hào)，閉環(huán)控制均衡風(fēng)缸的壓力，經(jīng)中繼閥流量放大后實(shí)現(xiàn)對(duì)列車管的壓力控制。對(duì)機(jī)車制動(dòng)與緩解，電子分配閥或機(jī)械分配閥(備用)根據(jù)列車管壓力相應(yīng)地輸出制動(dòng)缸壓力，一路通向本務(wù)機(jī)車轉(zhuǎn)向架中繼閥；另一路經(jīng)平均管中繼閥、平均管通向重聯(lián)機(jī)車轉(zhuǎn)向架中繼閥，從而使本務(wù)機(jī)車與重聯(lián)機(jī)車制動(dòng)缸的壓力始終保持一致。對(duì)車輛機(jī)械分配閥，根據(jù)列車管壓力輸出期望的制動(dòng)缸壓力，流程圖如圖3所示。

圖3 自動(dòng)制動(dòng)原理流程圖

2.2 單獨(dú)制動(dòng)原理

制動(dòng)控制單元根據(jù)單獨(dú)制動(dòng)手柄指令信號(hào)，閉環(huán)控制單獨(dú)制動(dòng)電空模塊得到期望的預(yù)控壓力，一路通向單獨(dú)制動(dòng)中繼閥，經(jīng)流量放大后輸出至制動(dòng)缸；另一路經(jīng)平均管中繼閥、平均管通向重聯(lián)機(jī)車轉(zhuǎn)向架中繼閥，從而使本務(wù)機(jī)車與重聯(lián)機(jī)車的制動(dòng)缸壓力始終保持一致，流程圖如圖4所示。

圖4 單獨(dú)制動(dòng)原理流程圖

3 結(jié)語

HXD2型交流傳動(dòng)貨運(yùn)電力機(jī)車裝用JZ-8型制動(dòng)控制系統(tǒng)采用微機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了列車自動(dòng)制動(dòng)與機(jī)車單獨(dú)制動(dòng)、空氣制動(dòng)與動(dòng)力制動(dòng)的聯(lián)鎖、斷鉤保護(hù)、列車充風(fēng)流量檢測(cè)、無動(dòng)力回送、制動(dòng)重聯(lián)等功能。

根據(jù)該制動(dòng)控制系統(tǒng)在呼和浩特鐵路局、西安鐵路局近1年的運(yùn)用，表明其已經(jīng)具備了與Eurotrol型制動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)級(jí)互換的能力，對(duì)于打破國(guó)外制動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)大功率機(jī)車領(lǐng)域的壟斷及對(duì)目前國(guó)內(nèi)機(jī)車制動(dòng)市場(chǎng)的良性發(fā)展具有積極的意義。

[1] 蔡永輝，王前進(jìn)，郭小華，等. JZ-8型機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)適應(yīng)性調(diào)整及應(yīng)急故障分析[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2015(6)：31-33.□