BCU制動(dòng)控制系統(tǒng)在重載鐵路萬噸無線重聯(lián)機(jī)車上的應(yīng)用及故障分析

鐘永飛

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

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

中圖分類號(hào)：U270.35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-6903（2022）08-0126-03

0 引言

神朔鐵路是國家I級(jí)電氣化重載鐵路，其中部分萬噸組合列車由四臺(tái)韶山4型電力機(jī)車通過無線傳輸?shù)闹剡B方式，由主控機(jī)車發(fā)出指令同步控制三臺(tái)重聯(lián)機(jī)車（簡稱從車）實(shí)施列車牽引、制動(dòng)功能。而原有的韶山4型電力機(jī)車DK-L制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)閥件充、排風(fēng)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(jī)重聯(lián)加掛貨物列車的編組方式，在制動(dòng)工況下導(dǎo)致列車的空走時(shí)間長，制動(dòng)距離超過鐵路技規(guī)所要求的800 m，無法實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)控制。同時(shí)，一旦發(fā)生制動(dòng)系統(tǒng)故障后，司機(jī)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(duì)韶山4型電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)升級(jí)為可無線控制的同步制動(dòng)系統(tǒng)，即BCU，將列車的制動(dòng)力分布在各個(gè)機(jī)車上，提高制動(dòng)波的傳遞速度，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的同步制動(dòng)功能，滿足列車安全運(yùn)行的要求[2]。

1 機(jī)車改造的空氣制動(dòng)系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

1.1 新增部件

BCU制動(dòng)系統(tǒng)的改造新增部件有單獨(dú)制動(dòng)控制器、單緩電控閥、單制電控閥、制動(dòng)控制單元BCU、均衡風(fēng)缸EP控制單元（高速電控開關(guān)閥兩個(gè)，保護(hù)電控閥及均衡風(fēng)缸壓力傳感器）、壓力傳感器（總風(fēng)，制動(dòng)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(dú)制動(dòng)控制器

為實(shí)現(xiàn)主控機(jī)車與從車單獨(dú)的制動(dòng)協(xié)調(diào)控制，改造空氣制動(dòng)閥為單獨(dú)制動(dòng)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(gè)。單獨(dú)制動(dòng)控制器發(fā)出的信號(hào)為電信號(hào)，通過BCU的網(wǎng)絡(luò)與機(jī)車無線同步操縱控制系統(tǒng)的通訊，將主控機(jī)車的控制信號(hào)無線傳送給從車，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一同步的機(jī)車單獨(dú)制動(dòng)及緩解控制[2]，由4臺(tái)機(jī)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(dòng)控制單元BCU

制動(dòng)控制單元BCU替代現(xiàn)有的制動(dòng)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(dòng)機(jī)監(jiān)控與故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，負(fù)責(zé)控制機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)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(fēng)缸EP控制單元

均衡風(fēng)缸EP控制單元，由高速電控開關(guān)閥（緩解和制動(dòng)）、均衡風(fēng)缸壓力傳感器和保護(hù)電控閥組成，實(shí)現(xiàn)均衡風(fēng)缸壓力的閉環(huán)控制。從而取代原有DK-L的緩解和制動(dòng)電空閥，其控制精度可以到達(dá)±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(fēng)管、列車管、均衡風(fēng)缸、制動(dòng)缸的壓力及流量。同時(shí)信息由BCU采集，用于制動(dòng)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(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)車制動(dòng)機(jī)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(hào)傳輸至BCU進(jìn)行所處位置的判斷，全面監(jiān)視機(jī)車尤其是遠(yuǎn)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(cuò)誤帶來的安全隱患。

1.2 BCU制動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

該系統(tǒng)通過對(duì)空氣制動(dòng)系統(tǒng)閥件狀態(tài)監(jiān)視，利用故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行在線故障診斷，提高司機(jī)應(yīng)急處置效率，實(shí)現(xiàn)列車管快速充排風(fēng)達(dá)到萬噸組合列車快速制動(dòng)、緩解要求，同時(shí)通過400k、800M等無線通信[1]，實(shí)現(xiàn)主控機(jī)車與從控機(jī)車電控聯(lián)合制動(dòng)、斷鉤保護(hù)、充排風(fēng)流量監(jiān)測、列車速度控制配合、制動(dòng)重聯(lián)等功能同步控制的要求，提高了萬噸組合列車制動(dòng)的可靠性，確保列車安全運(yùn)行的要求。同時(shí)BCU在控制上采用了失電常用制動(dòng)模式，即一旦電氣線路與微機(jī)故障而失電，自動(dòng)轉(zhuǎn)向常用制動(dòng)。對(duì)制動(dòng)機(jī)均衡風(fēng)缸以及制動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

BCU制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2。

3 系統(tǒng)原理及功能說明

制動(dòng)控制單元BCU替代原有的制動(dòng)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(dòng)機(jī)監(jiān)控與故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，負(fù)責(zé)控制DK-L型機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)的其他電控閥，以及與機(jī)車無線同步操縱控制系統(tǒng)的通訊。

3.1 BCU制動(dòng)控制系統(tǒng)控制原理

系統(tǒng)控制單元采集相應(yīng)管路、風(fēng)缸的壓力、流量參數(shù)信息，經(jīng)過CPU處理輸出電控信號(hào)，控制相應(yīng)開關(guān)閥、電控閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)快速充、排風(fēng)，其中均衡風(fēng)缸56的壓力由調(diào)壓閥55，高速電控開關(guān)閥257YV、258YV，保護(hù)電空閥319YV及壓力傳感器204BP等組成的均衡風(fēng)缸EP控制單元實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。它通過控制機(jī)車列車管的充、排風(fēng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)整列車的緩解、制動(dòng)的控制，控制原理與DK-L基本相同[3]。機(jī)車的單獨(dú)制動(dòng)，由分配閥根據(jù)列車管壓力變化來控制，單獨(dú)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(dòng)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(bǔ)風(fēng)/不補(bǔ)風(fēng)功能;具有無動(dòng)力回送功能;具有備用制動(dòng)功能;具有重聯(lián)功能;具有斷鉤保護(hù)功能;與列車監(jiān)控裝置配合的功能。

4BCU制動(dòng)控制系統(tǒng)故障的診斷及處理方法

BCU制動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生單一故障時(shí)，與DK-L系統(tǒng)的制動(dòng)機(jī)故障分析、處理過程基本一致，主要為分析、反饋、處理三個(gè)階段，當(dāng)發(fā)生多點(diǎn)復(fù)雜故障時(shí)，需要借助BCU制動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測及存儲(chǔ)功能，復(fù)現(xiàn)故障時(shí)的閥件控制信號(hào)、動(dòng)作時(shí)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(dòng)系統(tǒng)中電空控制和動(dòng)作環(huán)節(jié)，逐一對(duì)電氣和空氣管路及氣動(dòng)元件分析，確定故障范圍。一個(gè)故障造成的原因可能有好幾個(gè)，應(yīng)力求準(zhǔn)確全面地找出故障點(diǎn)。

4.2 故障反饋

經(jīng)過分析和檢查，沒有找出故障點(diǎn)時(shí)，就要結(jié)合系統(tǒng)監(jiān)控存儲(chǔ)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(duì)具體環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)的部位進(jìn)行逐項(xiàng)排查處理。

4.3 故障處理

故障處理往往很依賴實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。而BCU采用先進(jìn)的表面貼片技術(shù)，并將其與功能強(qiáng)大的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作相結(jié)合，具有機(jī)車制動(dòng)機(jī)模擬控制，機(jī)車制動(dòng)機(jī)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(jī)自動(dòng)測試等功能。結(jié)合實(shí)際運(yùn)用情況，來分析幾個(gè)典型的故障現(xiàn)象：

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

觀察均衡風(fēng)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(diǎn)有：均衡風(fēng)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(gè)部件所引起的故障時(shí)，BCU的制動(dòng)機(jī)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(jī)的控制板上，依次操作F1按住5s，數(shù)碼管會(huì)顯示出U00～U99，U**分別代表著不同的定義，U10代表均衡風(fēng)缸管壓力，U11代表列車管壓力，U12代表總風(fēng)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(rèn)，此時(shí)數(shù)碼管會(huì)顯示出均衡壓力，拿此數(shù)據(jù)與風(fēng)缸表及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)做對(duì)比，發(fā)現(xiàn)風(fēng)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(jī)車在停放狀態(tài)時(shí)突然起緊急制動(dòng)

檢修人員試驗(yàn)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?cái)?shù)據(jù)分析，排除人為操作引起。進(jìn)一步分析機(jī)車的緊急制動(dòng)有5種原因引起：斷鉤保護(hù)緊急信號(hào)、緊急按鈕緊急信號(hào)、監(jiān)控緊急信號(hào)、手拉列車管閥緊急信號(hào)、制動(dòng)控制器緊急信號(hào)。下載主控機(jī)車及從車BCU數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)從車的均衡風(fēng)缸壓力處于無壓力狀態(tài)長達(dá)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(dòng)作使得列車管放風(fēng)，更換中繼閥后實(shí)驗(yàn)正常。

4.3.3制動(dòng)屏柜出現(xiàn)異常間歇性排風(fēng)聲

結(jié)合機(jī)車BCU數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)高速電控閥257YV頻繁動(dòng)作，由于BCU有自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)功能，當(dāng)有壓力泄漏時(shí)，BCU會(huì)自動(dòng)給均衡風(fēng)缸補(bǔ)風(fēng)，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(shí)驗(yàn)正常。

以上幾個(gè)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(fèi)大量的時(shí)間和工作經(jīng)驗(yàn)來排除，而現(xiàn)在BCU的升級(jí)擴(kuò)展自檢、儲(chǔ)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(shí)間。結(jié)合配備的分析軟件，直接準(zhǔn)確地找出故障點(diǎn)，達(dá)到故障快速處理效果，從而減少機(jī)車的庫停時(shí)間及迫停區(qū)間時(shí)的搶修時(shí)間，提高了機(jī)車的周轉(zhuǎn)率和運(yùn)用率，這樣使得重載鐵路運(yùn)輸效益得以大幅提升。

4.4 安全操作注意事項(xiàng)

BCU系統(tǒng)應(yīng)用于萬噸列車為重載列車，制動(dòng)機(jī)的正常使用是機(jī)車安全運(yùn)行的重中之重。所以對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)制定以下幾點(diǎn)：

第一，萬噸編組前，機(jī)車進(jìn)行單機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)，要保證單機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)能夠正常使用才能進(jìn)行萬噸編組。

第二，當(dāng)機(jī)車掛好車輛進(jìn)行萬噸編組完畢后，萬噸機(jī)車要對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行全面的試驗(yàn)，要保證萬噸機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)能夠正常使用，才能開車運(yùn)行。

第三，運(yùn)行當(dāng)主車制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況能維持運(yùn)行的到前方站停車，如果無法維持時(shí)，匯報(bào)相關(guān)部門就地停車進(jìn)行檢查。當(dāng)從車制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，將重聯(lián)開關(guān)“592QS”打“單機(jī)”位觀察情況，能維持運(yùn)行的到前方站停車，如果無法維持時(shí)，匯報(bào)相關(guān)部門就地停車進(jìn)行檢查。

5結(jié)語

隨著萬噸列車的開行，BCU制動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更短的停車距離、更快的充風(fēng)時(shí)間和實(shí)時(shí)列車制動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測與診斷，改善了司機(jī)對(duì)列車的操控，提高了制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，為實(shí)現(xiàn)萬噸列車安全運(yùn)行提供了安全保障。

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