HXD2型交流傳動貨運(yùn)電力機(jī)車裝用JZ-8型制動控制系統(tǒng)

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)大功率交流傳動電力機(jī)車，其制動系統(tǒng)絕大部分采用法國法維萊公司生產(chǎn)的Eurotrol型制動系統(tǒng)，少量裝用國產(chǎn)的JZ-8型機(jī)車制動控制系統(tǒng)。

JZ-8型機(jī)車制動控制系統(tǒng)是中車青島四方車輛研究所有限公司為打破國外公司的機(jī)車制動系統(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)車制動系統(tǒng)，目前已通過了中國鐵路總公司組織的方案評審及試用評審，并在HXD2型、HXD3C型機(jī)車上小批量運(yùn)用[1]。

1 JZ-8型制動控制系統(tǒng)組成及介紹

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

1.1 制動控制器與指令轉(zhuǎn)換器

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

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

JZ-8型與Eurotrol型制動系統(tǒng)的制動控制器在安裝接口、操作級位及各個級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 制動顯示屏

制動顯示屏的主要功能：實(shí)時顯示制動控制系統(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)缸壓力和制動缸壓力；以流量計(jì)的形式動態(tài)顯示列車管的充風(fēng)流量；顯示制動機(jī)操作的提示信息和故障信息；提供機(jī)車號、時間日期、軟件版本號的顯示及設(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型制動系統(tǒng)的制動顯示屏(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 制動顯示屏

1.3 制動控制柜

制動控制柜的功能是執(zhí)行制動控制器、顯示屏或機(jī)車其他相關(guān)系統(tǒng)的指令，輸出制動控制系統(tǒng)各壓力。制動控制柜主要包括7個固定模塊(制動控制單元BCU、列車管控制模塊、分配閥模塊、單獨(dú)制動模塊、轉(zhuǎn)向架中繼閥模塊、氣源處理模塊、制動缸監(jiān)控與隔離模塊)和1個選配模塊(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)制動模塊；8—轉(zhuǎn)向架中繼閥模塊；9—監(jiān)控隔離模塊；10—制動控制單元BCU。圖2 制動控制柜

(1)BCU作為制動控制系統(tǒng)的核心控制裝置，通過獲得司機(jī)制動控制器的命令計(jì)算均衡風(fēng)缸的控制目標(biāo)值，采集來自制動機(jī)上各壓力傳感器的壓力信號，對均衡風(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)對列車管壓力的控制，最終實(shí)現(xiàn)列車的制動和緩解。此外BCU還控制機(jī)車轉(zhuǎn)向架制動及切換，根據(jù)列車管的壓力,通過電子分配閥來控制機(jī)車制動缸的制動和緩解。直通制動控制器的電氣部分向BCU輸出需要的控制信號，BCU接收到直通制動控制器的編碼器控制信號后，根據(jù)相應(yīng)的直通制動控制器手柄位置變化調(diào)整直通制動均衡風(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、保壓和緩解；②監(jiān)測列車管的充風(fēng)流量；③在緊急制動時實(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，響應(yīng)列車管壓力輸出機(jī)車制動缸與平均管的預(yù)控壓力；③具有無火回送功能，在無火回送時，打開無火塞門，實(shí)現(xiàn)列車管對總風(fēng)缸的充風(fēng)，此時無火機(jī)車制動缸的壓力由機(jī)械分配閥控制。

(4)單獨(dú)制動模塊主要功能有：①根據(jù)單獨(dú)制動閥的位置通過控制單獨(dú)制動模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的單獨(dú)制動；②單獨(dú)制動閥通過控制單獨(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)車的動力制動與空氣制動的聯(lián)鎖；②輸出制動缸的壓力。

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

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

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

2 工作原理

2.1 自動制動原理

BCU根據(jù)自動制動手柄指令信號，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)對列車管的壓力控制。對機(jī)車制動與緩解，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)車制動缸的壓力始終保持一致。對車輛機(jī)械分配閥，根據(jù)列車管壓力輸出期望的制動缸壓力，流程圖如圖3所示。

圖3 自動制動原理流程圖

2.2 單獨(dú)制動原理

制動控制單元根據(jù)單獨(dú)制動手柄指令信號，閉環(huán)控制單獨(dú)制動電空模塊得到期望的預(yù)控壓力，一路通向單獨(dú)制動中繼閥，經(jīng)流量放大后輸出至制動缸；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)車的制動缸壓力始終保持一致，流程圖如圖4所示。

圖4 單獨(dú)制動原理流程圖

3 結(jié)語

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

根據(jù)該制動控制系統(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型制動系統(tǒng)系統(tǒng)級互換的能力，對于打破國外制動系統(tǒng)在我國大功率機(jī)車領(lǐng)域的壟斷及對目前國內(nèi)機(jī)車制動市場的良性發(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.□