鐘永飛

摘 要：從BCU制動控制系統(tǒng)的構(gòu)成、特點、工作原理、主要功能等方面出發(fā)，研究電力機車在原有DK-L制動機的基礎(chǔ)上進行適應(yīng)性改造，實現(xiàn)重載鐵路萬噸組合列車開行，并對BCU制動控制系統(tǒng)常見故障的處理方法進行分析，總結(jié)系統(tǒng)故障處理思路及經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：萬噸組合列車;電力機車;BCU制動系統(tǒng);故障分析

中圖分類號：U270.35文獻標識碼：A文章編號：2096-6903（2022）08-0126-03

0 引言

神朔鐵路是國家I級電氣化重載鐵路，其中部分萬噸組合列車由四臺韶山4型電力機車通過無線傳輸?shù)闹剡B方式，由主控機車發(fā)出指令同步控制三臺重聯(lián)機車（簡稱從車）實施列車牽引、制動功能。而原有的韶山4型電力機車DK-L制動系統(tǒng)相關(guān)閥件充、排風效率過低，缺少在線故障檢測診斷功能，如果延續(xù)傳統(tǒng)的多機重聯(lián)加掛貨物列車的編組方式，在制動工況下導致列車的空走時間長，制動距離超過鐵路技規(guī)所要求的800 m，無法實現(xiàn)快速制動控制。同時，一旦發(fā)生制動系統(tǒng)故障后，司機不能迅速有效作出應(yīng)急處置，難以適應(yīng)重載鐵路的戰(zhàn)略發(fā)展要求[1]。為此須針對韶山4型電力機車制動系統(tǒng)升級為可無線控制的同步制動系統(tǒng)，即BCU，將列車的制動力分布在各個機車上，提高制動波的傳遞速度，實現(xiàn)機車的同步制動功能，滿足列車安全運行的要求[2]。

1 機車改造的空氣制動系統(tǒng)組成及特點

1.1 新增部件

BCU制動系統(tǒng)的改造新增部件有單獨制動控制器、單緩電控閥、單制電控閥、制動控制單元BCU、均衡風缸EP控制單元（高速電控開關(guān)閥兩個，保護電控閥及均衡風缸壓力傳感器）、壓力傳感器（總風，制動缸，列車管）、重聯(lián)閥狀態(tài)壓力開關(guān)及列車管流量監(jiān)控器等[3]。

1.1.1單獨制動控制器

為實現(xiàn)主控機車與從車單獨的制動協(xié)調(diào)控制，改造空氣制動閥為單獨制動控制器，并在原作用管上加裝單緩電空閥及單制電空閥各一個。單獨制動控制器發(fā)出的信號為電信號，通過BCU的網(wǎng)絡(luò)與機車無線同步操縱控制系統(tǒng)的通訊，將主控機車的控制信號無線傳送給從車，實現(xiàn)統(tǒng)一同步的機車單獨制動及緩解控制[2]，由4臺機車牽引以2+2方式的一列萬噸組合列車無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

1.1.2制動控制單元BCU

制動控制單元BCU替代現(xiàn)有的制動邏輯控制單元DK-L，新的控制單元具有模擬與邏輯控制、制動機監(jiān)控與故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，負責控制機車電空制動機的各類電控閥，以及與從車無線同步操縱控制系統(tǒng)的通訊。

1.1.3均衡風缸EP控制單元

均衡風缸EP控制單元，由高速電控開關(guān)閥（緩解和制動）、均衡風缸壓力傳感器和保護電控閥組成，實現(xiàn)均衡風缸壓力的閉環(huán)控制。從而取代原有DK-L的緩解和制動電空閥，其控制精度可以到達±5 kPa。

1.1.4壓力傳感器及流量監(jiān)控傳感器

壓力傳感器及流量監(jiān)控傳感器，用于檢測總風管、列車管、均衡風缸、制動缸的壓力及流量。同時信息由BCU采集，用于制動系統(tǒng)狀態(tài)檢測及故障的診斷處理，通過CAN或MVB總線網(wǎng)絡(luò)傳輸，在顯示屏上顯示，由司機實時監(jiān)測機車制動機的工作狀態(tài)。

1.1.5重聯(lián)閥狀態(tài)壓力開關(guān)

重聯(lián)閥改造是通過重聯(lián)閥狀態(tài)壓力開關(guān)電信號傳輸至BCU進行所處位置的判斷，全面監(jiān)視機車尤其是遠端從車的重聯(lián)轉(zhuǎn)換閥位置信息，防止重聯(lián)閥轉(zhuǎn)換錯誤帶來的安全隱患。

1.2 BCU制動控制系統(tǒng)的特點

該系統(tǒng)通過對空氣制動系統(tǒng)閥件狀態(tài)監(jiān)視，利用故障診斷系統(tǒng)進行在線故障診斷，提高司機應(yīng)急處置效率，實現(xiàn)列車管快速充排風達到萬噸組合列車快速制動、緩解要求，同時通過400k、800M等無線通信[1]，實現(xiàn)主控機車與從控機車電控聯(lián)合制動、斷鉤保護、充排風流量監(jiān)測、列車速度控制配合、制動重聯(lián)等功能同步控制的要求，提高了萬噸組合列車制動的可靠性，確保列車安全運行的要求。同時BCU在控制上采用了失電常用制動模式，即一旦電氣線路與微機故障而失電，自動轉(zhuǎn)向常用制動。對制動機均衡風缸以及制動缸的壓力控制，均采用已在鐵路應(yīng)用成熟的技術(shù)措施作為冗余或后備方式。

2BCU制動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

BCU制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2。

3 系統(tǒng)原理及功能說明

制動控制單元BCU替代原有的制動邏輯控制單元DK-L，新的控制單元具有模擬與邏輯控制、制動機監(jiān)控與故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，負責控制DK-L型機車電空制動機的其他電控閥，以及與機車無線同步操縱控制系統(tǒng)的通訊。

3.1 BCU制動控制系統(tǒng)控制原理

系統(tǒng)控制單元采集相應(yīng)管路、風缸的壓力、流量參數(shù)信息，經(jīng)過CPU處理輸出電控信號，控制相應(yīng)開關(guān)閥、電控閥動作，實現(xiàn)快速充、排風，其中均衡風缸56的壓力由調(diào)壓閥55，高速電控開關(guān)閥257YV、258YV，保護電空閥319YV及壓力傳感器204BP等組成的均衡風缸EP控制單元實現(xiàn)閉環(huán)控制。它通過控制機車列車管的充、排風來實現(xiàn)對整列車的緩解、制動的控制，控制原理與DK-L基本相同[3]。機車的單獨制動，由分配閥根據(jù)列車管壓力變化來控制，單獨控制由改造后的單制電空閥244YV、單緩電空閥245YV的得失電來控制。

3.2 BCU制動控制系統(tǒng)的功能

具有階段緩解和一次緩解選擇功能;具有列車管補風/不補風功能;具有無動力回送功能;具有備用制動功能;具有重聯(lián)功能;具有斷鉤保護功能;與列車監(jiān)控裝置配合的功能。

4BCU制動控制系統(tǒng)故障的診斷及處理方法

BCU制動控制系統(tǒng)發(fā)生單一故障時，與DK-L系統(tǒng)的制動機故障分析、處理過程基本一致，主要為分析、反饋、處理三個階段，當發(fā)生多點復(fù)雜故障時，需要借助BCU制動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測及存儲功能，復(fù)現(xiàn)故障時的閥件控制信號、動作時間、相關(guān)部件壓力參數(shù)，判斷具體故障環(huán)節(jié)、部位，提高處置效率。

4.1 邏輯分析

根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合系統(tǒng)邏輯控制原理，系統(tǒng)分析空氣制動系統(tǒng)中電空控制和動作環(huán)節(jié)，逐一對電氣和空氣管路及氣動元件分析，確定故障范圍。一個故障造成的原因可能有好幾個，應(yīng)力求準確全面地找出故障點。

4.2 故障反饋

經(jīng)過分析和檢查，沒有找出故障點時，就要結(jié)合系統(tǒng)監(jiān)控存儲的數(shù)據(jù)及控制單元數(shù)顯代碼查找分析異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，再對具體環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)的部位進行逐項排查處理。

4.3 故障處理

故障處理往往很依賴實際工作經(jīng)驗。而BCU采用先進的表面貼片技術(shù)，并將其與功能強大的多任務(wù)實時操作相結(jié)合，具有機車制動機模擬控制，機車制動機狀態(tài)監(jiān)控及故障檢測，診斷、顯示、告警記錄、網(wǎng)絡(luò)通訊、單機自動測試等功能。結(jié)合實際運用情況，來分析幾個典型的故障現(xiàn)象：

4.3.1司機室均衡風缸表針與列車監(jiān)控系統(tǒng)壓力不一致

觀察均衡風缸表針與列車管表針，發(fā)現(xiàn)表針顯示也不一致。故障分析故障點有：均衡風缸雙針表壞或者監(jiān)控壓力傳感器故障引起。在不能確定是由哪個部件所引起的故障時，BCU的制動機狀態(tài)監(jiān)控就能夠顯示出各管路的壓力狀態(tài)，分析比較出哪部分有可能出現(xiàn)故障。在BCU主機的控制板上，依次操作F1按住5s，數(shù)碼管會顯示出U00～U99，U**分別代表著不同的定義，U10代表均衡風缸管壓力，U11代表列車管壓力，U12代表總風管壓力，U13代表閘缸管壓力，F(xiàn)2、F4為上下選擇鍵，選擇所需要的數(shù)據(jù)U10，按F3確認，此時數(shù)碼管會顯示出均衡壓力，拿此數(shù)據(jù)與風缸表及監(jiān)控數(shù)據(jù)做對比，發(fā)現(xiàn)風表和BCU的顯示是一致的，判斷出列車監(jiān)控系統(tǒng)的壓力傳感器故障，更換后故障消除。

4.3.2 機車在停放狀態(tài)時突然起緊急制動

檢修人員試驗多次均未出現(xiàn)故障現(xiàn)象，通過視頻監(jiān)控和列車監(jiān)控數(shù)據(jù)分析，排除人為操作引起。進一步分析機車的緊急制動有5種原因引起：斷鉤保護緊急信號、緊急按鈕緊急信號、監(jiān)控緊急信號、手拉列車管閥緊急信號、制動控制器緊急信號。下載主控機車及從車BCU數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)從車的均衡風缸壓力處于無壓力狀態(tài)長達30 min，中繼閥鞲鞴犯卡，使得列車管與其的壓力不平衡，由于鞲鞴的突然動作使得列車管放風，更換中繼閥后實驗正常。

4.3.3制動屏柜出現(xiàn)異常間歇性排風聲

結(jié)合機車BCU數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)高速電控閥257YV頻繁動作，由于BCU有自動補風功能，當有壓力泄漏時，BCU會自動給均衡風缸補風，使得列車管保持它的控制壓力，現(xiàn)場檢查電控閥257YV密閉性不良，更換高速電控閥257YV后實驗正常。

以上幾個典型的故障可以看出，以往處理故障使用排除法，與故障有關(guān)聯(lián)的部件逐一做出排除，往往耗費大量的時間和工作經(jīng)驗來排除，而現(xiàn)在BCU的升級擴展自檢、儲存功能及數(shù)據(jù)記錄等，很直觀地從控制面板的燈顯和軟件的分析上來判斷故障，可以大幅縮短查找故障的時間。結(jié)合配備的分析軟件，直接準確地找出故障點，達到故障快速處理效果，從而減少機車的庫停時間及迫停區(qū)間時的搶修時間，提高了機車的周轉(zhuǎn)率和運用率，這樣使得重載鐵路運輸效益得以大幅提升。

4.4 安全操作注意事項

BCU系統(tǒng)應(yīng)用于萬噸列車為重載列車，制動機的正常使用是機車安全運行的重中之重。所以對于制動系統(tǒng)的試驗制定以下幾點：

第一，萬噸編組前，機車進行單機制動系統(tǒng)試驗，要保證單機制動系統(tǒng)能夠正常使用才能進行萬噸編組。

第二，當機車掛好車輛進行萬噸編組完畢后，萬噸機車要對制動系統(tǒng)進行全面的試驗，要保證萬噸機車制動系統(tǒng)能夠正常使用，才能開車運行。

第三，運行當主車制動系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，根據(jù)實際情況能維持運行的到前方站停車，如果無法維持時，匯報相關(guān)部門就地停車進行檢查。當從車制動系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，將重聯(lián)開關(guān)“592QS”打“單機”位觀察情況，能維持運行的到前方站停車，如果無法維持時，匯報相關(guān)部門就地停車進行檢查。

5結(jié)語

隨著萬噸列車的開行，BCU制動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了更短的停車距離、更快的充風時間和實時列車制動狀態(tài)監(jiān)測與診斷，改善了司機對列車的操控，提高了制動系統(tǒng)的可靠性，為實現(xiàn)萬噸列車安全運行提供了安全保障。

參考文獻

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