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        HXD2型機車牽引力切除故障分析與措施

        2019-11-11 08:35:30徐鑫海
        鐵道機車車輛 2019年5期
        關鍵詞:故障

        徐鑫海

        (大秦鐵路股份有限公司 湖東電力機務段, 山西大同 037000)

        HXD2型機車是大秦鐵路重載運輸的主力機型[1],在運用中多次發(fā)生運行速度達到10 km/h后機車牽引力切除故障,導致無法繼續(xù)運行。技術資料中,對此故障的表述為“運行速度達到10 km/h后,如果列車管壓力不足585 kPa,機車會自動切除牽引力”。在采取針對性措施后,此故障依舊多次發(fā)生,給大秦線重載運輸秩序造成了嚴重影響,也給2.1萬t重載列車的運行帶來了極大的安全隱患,同時也說明了該故障的準確原因并未找到。

        通過分析HXD20003號故障機車數據發(fā)現(xiàn),該車速度達到10 km/h后,列車管壓力充已至590 kPa,仍發(fā)生切除牽引力故障,與技術資料中對此故障的表述不吻合。為了找出故障發(fā)生的準確原因,通過研究HXD2機車控制原理以及長期實車試驗確定了ATF模式進入與退出機制,進而明確了此類故障發(fā)生條件,并制定了相應的預防措施。

        1 故障概況

        HXD20003機車啟動后,速度達到10 km/h時,列車管壓力590 kPa,出現(xiàn)牽引力自動切除故障,機車輔助顯示屏牽引力指示條自動回零,列車無法繼續(xù)運行。

        通過對故障機車LKJ數據進行分析發(fā)現(xiàn),此車在故障發(fā)生前被編組至補機位置(圖1),且列車管壓力被本務機車充到過600 kPa以上(圖2)。本務機車實施制動減壓至380 kPa后停車摘機(圖3),此時HXD2機車轉為本務機車運行,緩解制動,列車管壓力充至590 kPa(圖4),開車后速度達到10 km/h后,故障發(fā)生。

        圖1 機車交路LKJ數據

        圖2 機車擔當補機時LKJ數據

        圖3 本務機車摘機時LKJ數據

        圖4 HXD2機車轉本務后LKJ數據

        利用E-train軟件對故障機車數據進行了分析,發(fā)現(xiàn)在故障發(fā)生時機車TCU持續(xù)報出故障代碼E0-27-81:ME_ASSTF: Asservissement de la tr au fs(圖5)。該代碼含義為:機車進入ATF(牽引/制動隨動)模式。

        圖5 機車故障數據

        2 故障原理分析

        2.1 HXD2機車列車管壓力信號傳輸處理原理

        HXD2機車牽引控制模式為軸控模式,在列車管壓力信號傳輸方面與其他機型的不同點在于HXD2機車每軸都設置一個列車管壓力傳感器,單節(jié)車4個,全車共8個。每個壓力傳感器將壓力信號分別送至各軸牽引控制單元(TCU),各軸牽引控制單元(TCU)接收各自列車管壓力傳感器信號,并將此壓力信號通過FIP網絡進行交換處理,得出列車管壓力變量計算值,壓力信號傳遞處理原理見圖6。

        圖6 HXD2機車列車管壓力信號傳輸處理原理

        HXD2機車牽引控制單元(TCU)對列車管壓力計算時使用3個變量計算值:

        a_pcg_ref為機車制動機緩解完成后列車管壓力計算值。

        a_pcg為列車管實時壓力計算值。

        a_dpcg為a_pcg_ref與a_pcg之間的差值,即制動時列車管壓力下降計算值。

        3個變量計算值與列車管實際壓力值間換算關系見式(1):

        變量計算值=列車管實際壓力值/100

        (1)

        3個變量計算值在機車制動機處于不同狀態(tài)時存在如下關系:

        當機車制動機處于完全緩解狀態(tài)時:

        a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=0

        (2)

        當機車實施制動或緩解未完成時:

        a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg>0

        (3)

        2.2 ATF(牽引/制動隨動)模式進入與退出原理

        當機車牽引控制單元(TCU)處于牽引模式運行速度大于10 km/h時,如果機車牽引控制單元(TCU)檢測到列車管壓力下降超過25 kPa(a_dpcg>0.25),機車將進入ATF模式。在此模式下機車牽引指令被抑制,只有退出此模式后才可以再次施加牽引力。進入ATF模式后,a_pcg_ref的值將被鎖定,直至退出ATF模式后該值才會被重置。

        進入ATF模式后,只有當機車牽引控制單元(TCU)檢測到a_dpcg計算值小于0.15(15 kPa)或者機車斷合蓄電池后,機車才會退出ATF模式。此時在機車完全緩解后,a_pcg_ref的計算值被重置。ATF模式進入與退出原理見圖7。

        圖7 ATF模式進入與退出原理圖

        2.3 HXD2機車制動機使用機制

        HXD2機車為兩節(jié)重聯(lián)機車,采用Eurotrol制動系統(tǒng)[2]。車上每節(jié)都裝有一套獨立的制動系統(tǒng),運行時,只使用一套制動系統(tǒng)。正常情況下,只使用操縱節(jié)的制動系統(tǒng),如操縱節(jié)制動系統(tǒng)發(fā)生故障,則可以使用“備用”功能,此時機車使用非操縱節(jié)制動系統(tǒng)。兩節(jié)機車制動系統(tǒng)緩解時的列車管壓力可分別進行人工標定。標定后,使用操縱節(jié)(或非操縱節(jié))制動機實施緩解后列車管壓力最大只能達到該節(jié)制動系統(tǒng)標定壓力。HXD2機車作為補機運行時,制動系統(tǒng)轉至“重聯(lián)”位,此時緩解制動時的列車管壓力由本務機車制動系統(tǒng)標定壓力決定。

        3 故障原因分析

        按照前期技術資料中所列“運行速度達到10 km/h后,如果列車管壓力不足585 kPa機車會自動切除牽引力”條件對HXD20003機車故障進行分析。

        按照“ATF(牽引/制動隨動)模式進入與退出原理”對HXD20003機車故障進行分析。

        從圖5所示的故障數據可知,發(fā)生故障時,機車各牽引控制單元的a_pcg計算值均在5.9(590 kPa)左右,a_dpcg計算值均在0.19(19 kPa)左右,兩者相加得到a_pcg_ref計算值在6.09(609 kPa)左右。該a_pcg_ref計算值是在該車作為補機運行時,由于本務機車列車管壓力標定較高,制動機緩解時的列車管壓力得出。

        由圖2所示的HXD20003機車LKJ數據可知,當本務機車減壓至520 kPa時,機車運行速度11 km/h>10 km/h,此時:

        a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=6.09-5.20=

        0.89>0.25

        (4)

        HXD20003機車進入ATF模式且變量a_pcg_ref計算值被鎖定至6.09。隨后,列車管壓力繼續(xù)降至380 kPa后停車(圖3)。

        本務機車摘掛后,HXD20003機車轉為本務機車緩解制動開車,由于HXD20003機車制動系統(tǒng)列車管壓力標定值為590 kPa,緩解后列車管管壓最大只能達到590 kPa。此時:

        a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=6.09-5.90=

        0.19>0.15

        (5)

        不滿足退出ATF模式條件,所以在速度達到10 km/h 后發(fā)生故障。

        我國現(xiàn)存最早的一部圖書目錄學文獻,是由東漢著名史學家班固撰寫的《漢書·藝文志》。班固將劉歆《七略》中的輯略,改為總序置于《漢書·藝文志》開頭,全書分六藝、諸子、詩賦、兵書、數術、方技六略,共著錄圖書三十八種,13269卷?!稘h書·藝文志》成為我國現(xiàn)存最早的古籍分類目錄,也開創(chuàng)了我國史志目錄的先例。

        4 試驗驗證

        4.1 加掛試驗

        將HXD2機車與SS4機車進行加掛,本務SS4機車制動系統(tǒng)列車管壓力標定至598 kPa,補機HXD2機車制動系統(tǒng)列車管壓力標定至580 kPa。SS4機車緩解制動,兩車列車管壓力充至598 kPa,開車速度達到10 km/h 后,SS4機車減壓至380 kPa使HXD2機車進入ATF模式,隨后停車摘掛。HXD2機車轉本務運行,緩解制動至標定壓力580 kPa。利用Agate Family軟件監(jiān)測HXD2機車變量計算值,數據顯示此時a_pcg計算值為5.8左右,a_dpcg計算值為 0.18左右(圖8)。HXD2機車開車,速度達到10 km/h后,機車自動切除牽引力,故障發(fā)生。原因是在兩車加掛運行時,HXD2機車進入ATF模式,a_pcg_ref計算值被鎖定至5.98左右,摘掛后HXD2機車緩解制動列車管最高壓力只能到580 kPa(a_pcg計算值最大只能到5.8),導致a_dpcg 計算值一直大于0.15,ATF模式無法退出。

        圖8 進入ATF模式監(jiān)測數據

        停車后,將HXD2機車列車管標定至590 kPa。此時,監(jiān)測a_pcg計算值為5.9左右,a_dpcg計算值為0(圖9),原因是緩解至590 kPa后,與前期被鎖定的a_pcg_ref 計算值相差為:

        a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=5.98-5.9=

        0.08<0.15

        (6)

        滿足ATF模式退出條件,ATF模式退出,此時a_pcg_ref計算值已重置為5.9。開車后,速度達到10 km/h,運行正常。

        圖9 退出ATF模式監(jiān)測數據

        4.2 單車試驗

        根據HXD2機車制動機使用機制,將兩節(jié)車制動機管壓分別標定,操縱節(jié)標定至598 kPa,非操縱節(jié)標定至580 kPa,使用操縱節(jié)制動系統(tǒng)緩解開車,速度達到10 km/h后,減壓至380 kPa停車,啟用制動機“備用”功能,緩解制動至非操縱節(jié)制動系統(tǒng)標定壓力580 kPa 后開車,速度達到10 km/h后,牽引力切除故障出現(xiàn)。隨后減壓停車,將非操縱節(jié)制動機列車管壓力標定至590 kPa,緩解開車,速度達到10 km/h后運行正常。與加掛試驗結果相同。

        停車后斷合蓄電池,將此車兩節(jié)制動系統(tǒng)列車管壓力都標定至580 kPa,緩解制動至標定壓力580 kPa后開車,此時a_pcg計算值為5.8,a_dpcg計算值為0,速度達到10 km/h,機車運行正常。

        4.3 試驗結論

        通過上述試驗證明,HXD2機車引發(fā)10 km/h切除牽引力故障的原因主要是由于機車進入ATF模式,在緩解制動后,a_dpcg的計算值大于0.15,ATF模式未退出所致。技術資料中表述的“速度達到10 km/h后,列車管壓力不足585 kPa”這兩個故障發(fā)生條件不準確。

        5 預防措施

        根據故障原理以及試驗驗證結果,制定了如下預防措施:

        檢修車間對各級修程的HXD2型機車兩節(jié)制動機列車管壓力均標定至596~598 kPa,以保證兩節(jié)車列車管壓力一致且杜絕緩解后壓力過低導致故障發(fā)生。

        HXD2型機車在運輸秩序允許的情況下原則上不建議編組至補機位置。如果HXD2機車編組至補機位置,HXD2型機車乘務員要在一位機車加掛前斷合蓄電池,此時列車管壓力降為零,乘務員在加掛作業(yè)前不得再緩解制動,待加掛完成后再行作業(yè);一位機車摘掛后,乘務員要再次斷合一次機車蓄電池后進行作業(yè)。

        HXD2機車換端作業(yè)或使用制動機“備用”功能時,乘務員如發(fā)現(xiàn)兩節(jié)機車制動系統(tǒng)緩解完成后列車管壓力差大于15 kPa,則須斷合一次蓄電池,再進行作業(yè)。

        6 結束語

        通過原理分析及試驗驗證找出了HXD2機車發(fā)生切流故障的根本原因并制定了預防措施,以保證機車在進入ATF模式后能夠及時退出,緩解狀態(tài)的壓力記錄及時重置。實行該預防措施以來,該類故障的發(fā)生率極大降低,也為今后對HXD2型機車切流故障分析提供了思路。此外,該類故障也暴露出HXD2機車軟件設計中,緩解狀態(tài)的壓力記錄清除機制不合理,部分閾值不適應于實際運用。如果將進入ATF模式的閾值由0.25調整為0.3(由于機車初減壓為50 kPa,進入ATF閾值變?yōu)?.3后,不會影響正常進入ATF模式),將退出ATF模式的閾值由0.15放寬至0.2,這樣ATF模式更容易退出,則可以大幅降低此類故障發(fā)生率,該問題需要在TCMS軟件設計過程中加以考慮并改進。

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