CCBII制动机故障诊断系统-毕业设计

CCBII制动机故障诊断系统-毕业设计
⽬录
摘要 (2)
关键词 (2)
第1章制动系统 (2)
第2章制动机的发展史 (3)
第3章 CCBⅡ制动机 (4)
3.1 CCBⅡ电空制动机概述 (4)
3.2 CCBⅡ电空制动机构造及作⽤ (6)
3.3 CCBⅡ电空制动机的控制关系 (26)
总结 (42)
致谢 (42)
参考⽂献 (43)
【摘要】CCBII制动机是新⼀代微机控制制动机,⼴泛应⽤在中国铁路重载货运运输中,确保制动机系统正常⼯作对机车安全运⾏意义重⼤。

制动机复杂的结构使对⾃⾝的故障诊断存在⼀定困难,需要开发CCBII制动机故障诊断系统。

本⽂⾸先对制动机结构和功能进⾏介绍,对制动机存在的故障特点进⾏分析,针对每类故障提出了相应的诊断策略,构建了制动机故障诊断整体⽅案。

针对制动机⽓动模块故障诊断的难题,本⽂提出了基于模型的故障诊断策略。

【关键词】电⼒机车；均衡风缸不减压；制动位；电空阀；压⼒开关
1绪论
有效的制动装置，⼜称制动系统（简称制动机），是铁道机车车辆的重要组成部分。

本章简单介绍制动的基本概念，对于制动系统的组成和作⽤，机车制动机的发展史也做了简单的讲述。

⼀、制动系统
所谓制动，是指能够⼈为地产⽣列车减速⼒并控制这个⼒的⼤⼩，从⽽控制列车减速或阻⽌它加速运⾏的过程。

制动过程必须具备两个基本条件：
实现能量转换；
控制能量转换。

制动⼒是指制动过程中所形成的可以⼈为控制的列车减速⼒。

制动系统是指能够可控制的列车减速⼒，以实现和控制能量转换的装置或系统。

制动系统由制动机、⼿制动机和基础制动装置三⼤部分组成。

其控制关系（即⼯作流程）如下：
图1-1 制动系统控制关系图
⽆论是机车，还是车辆，都具有各⾃的制动系统，个各⾃的制动机、⼿制动机和基础制动装置。

当机车、车辆组成列车后，其各⾃的制动系统相互联系⽽构成⼀个统⼀的制动系统——列车制动系统。

因此，制动系统有机车制动系统、车辆制动系统和列车制动系统之分。

由于制动系统设置的⽬的是实现列车能够按照⼈的意志减速或准确停车，所以，制动系统性能的好坏，不仅影响列车制动效果，⽽且影响铁路运输⽣产。

衡量制动系统性能的优劣，主要是衡量制动机性能的好坏。

性能良好的制动机对铁路运输有以下⼏⽅⾯的促进作⽤：
1.保证⾏车安全；
2.充分发挥牵引⼒，增⼤列车牵引重量，提⾼列车运⾏速度；
3.提⾼列车的区间通过能⼒。

⼆、制动机的发展史
（1）1825年9⽉27⽇，英国斯多克顿⾄达林顿之间建成了世界上第⼀条铁路，第⼀列由蒸汽机车牵引的列车开始运营。

当时所使⽤的制动机是⼈⼒制动机，即⼿制动机。

若⼲名制动员操纵。

缺点：劳动强度增⼤、降低列车中各车辆制动的同时性、制动冲击严重，影响列车制动效果。

（2）1869年，美国⼯程师乔治·韦斯汀豪斯发明了世界上第⼀台空⽓制动机—直通式空⽓制动机。

优点：⼤⼤提⾼了列车制动的同时性，减⼩了制动冲击，改善了列车的制动效果。

缺点：当列车分离时，列车将失去制动作⽤。

（3）1872年，乔治·韦斯汀豪斯在直通式空⽓制动机的基础上，研制出了⼀种新型的空⽓制动机——⾃动空⽓制动机。

克服了直通式空⽓制动机的致命弱点。

三、CCBⅡ制动机
为了提⾼铁路的运输能⼒，我国铁路近⼏年通过技术引进，技术合作⼀直在向⾼速、重载的⽅向发展。

我国引进了⽬前国际上较先进的机车⽤CCBII微机控制制动系统。

本套制动系统是基于⽹络的电空空⽓制动系统，它是按照美国铁路协会标准以26—L制动机为基础为⼲线客、货运机车的要求⽽设计的。

本章主要介绍了CCBII制动机的组成及各部分作⽤、控制关系、综合作⽤、操纵⽅法等。

3.1 CCBⅡ电空制动机概述
该制动机的原创是德国产的KLR型制动机，后经美国加以改造，是⽬前世界上最先进的制动机，尤其适⽤于牵引重载列车的机车使⽤。

CCBⅡ制动系统是第⼆代微机控制制动系统，为在⼲线客运和货运机车上使⽤⽽设计。

该制动系统将26L型制动机和电⼦空⽓制动设备兼容。

CCBⅡ制动系统是基于微处理器的电空制动控制系统，除了紧急制动作⽤的开始，所有逻辑是微机控制的。

CCBⅡ制动系统的优点
（1）组装部分
①采⽤管路柜集成组装，将EPCU、IPM、IRM、停车制动、撒砂装置、踏⾯清扫、升⼸控制等模块安装在制动柜中，⽅便操作和检修
②管路采⽤⾛廊地板下集中布置，管路连接采⽤滚压式螺纹连接⽅式满⾜制动系统⽓密性要求
（2）控制部分
①CCBII采⽤微机(IPM)控制模式，EPCU上各部件为智能、可更换模块
②司机室LCDM制动显⽰屏具有本务/补机，客/货，列车管补风/不补风，列车管投⼊/切除等转换功能，且有系统⾃检，故障记录，报警等功能，⽅便司机操作
③采⽤MGS2型防滑器，使制动更加有效、安全。

HXD3型电⼒机车制动控制的原则：
（1）优先使⽤机车再⽣制动，其制动指令由司控器发出；
（2）若再⽣制动存在时进⾏常⽤制动操作，机车制动缸保持零压⼒，机车实施再⽣制动，车辆实施空⽓制动；若常⽤制动存在时进⾏再⽣制动操作，机车制动缸压⼒下降为零，机车实施再⽣制动，车辆保持原空⽓制动压⼒；
（3）在紧急制动过程中，机车和车辆实施最⼤的空⽓制动⼒。

（4）机车再⽣制动与单独制动阀产⽣的机车空⽓制动可同时存在于机车上。

3.2 CCBⅡ电空制动机构造及作⽤
CCBⅡ包括五个主要部件：
（1）LCDM 制动显⽰屏
制动显⽰屏位于司机室操纵台左侧，外观见图3-2-1制动显⽰屏外观。

制动显⽰屏是CCBII制动机的主要显⽰和操作装置。

它由10.4⼨液晶显⽰器，下⽅8个功能键和左侧3个亮度调节键组成。

功能键⽤来实现操作菜单的选择及制动功能的锁定。

操作菜单可以⽤中⽂或英⽂来显⽰。

图3-2-1 制动显⽰屏外观
在HXD3 上配有两台LCDM，每⼀个司机室内设有⼀个。

由东芝TCMS控制的司机室开关接触器，控制每⼀个司机室LCDM的得电。

当⼀个司机室的LCDM得电后，其信号送到制动系统主机(IPM)，主机根据此信号激活对应的司机室的制动阀EBV，使其控制机车的制动系统；⽽另外⼀个司机室的LCDM没有上电，其制动阀EBV没有被激活。

制动屏在机车正常操作时，实时显⽰了均衡风缸、制动管、总风缸和制动缸的压⼒值，也实时显⽰制动管充风流量和空⽓制动模式的当前状况。

图3-2-2 制动屏显⽰内容
通过显⽰屏还可以了解制动机的如下⼯作状态：
实时显⽰了均衡风缸、制动管、总风缸和制动缸的压⼒值。

也实时显⽰制动管充风流量和空⽓制动的当前模式。

实时显⽰制动机故障信息，并将其记录。

通过显⽰屏还可以对制动机进⾏如下操作：
可对制动机各模块进⾏⾃检，可以进⾏本机/补机，均衡风缸压⼒设定，制动管投⼊/切除，客车/货车，补风/不补风，风表值标定，故障查询等功能的选择和应⽤。

（2）EPCU 电空控制单元：安装在机车制动设备间的电空控制单元（EPCU）由控制所有空⽓压⼒变化的模块化线路可更换单元（LRU’S）是“智能的”可以进⾏⾃检并通过⽹络通讯，它们是：
列车管控制部分（BPCP）：主要控制列车管的压⼒。

均衡风缸控制部分（ERCP）：本务机车状态时，根据⾃动制动⼿柄位置产⽣均衡风缸压⼒来提供列车管控制压⼒。

13控制部分（13CP）：相当于DK-1制动机下⼩闸的作⽤
16控制部分（16CP）：相当于DK-1制动机分配阀的主阀的作⽤。

20控制部分（20CP）:相当于SS4机车的重联阀。

（3）X-IPM 集成处理器模块：CCBII的主机是集成处理器模块（IPM）。

安装在机车制动控制柜，执⾏所有到列车微机接⼝。

通过⽹络和EPCU、EBV通讯。

通过电缆线和LCDM通讯，提供⼆进制输出，驱动机车继电器。

（4）EBV 电⼦制动阀
电⼦制动阀是CCBII制动机的⼈机接⼝。

操作者通过图3-1 电⼦制动阀直接给电空控
制单元（EPCU）发送指令，并通知微处理器（IPM）
进⾏逻辑控制。

电⼦制动阀采⽤⽔平安装结构。

⾃动制动⼿柄
位于左侧，单独制动⼿柄位于右侧，中间为⼿柄位
置的指⽰标牌。

在EBV内部有⼀个机械阀，当⾃动
控制制动⼿柄置于紧急制动位时机械阀动作，保证
机车车辆在任何状态下均能产⽣紧急制动作⽤。

图3-2-3电⼦制动阀（EBV）⾃动制动⼿柄和单独制动⼿柄均采⽤推拉式操作⽅式，并具有⾃保压特性。

⾃动制动⼿柄含有运转位、初制动位、全制动位、抑制位、重联位和紧急制动位等操作位置。

在运转位和全制动位之间的制动区域。

通过侧压单独制动⼿柄可以实现机车的单独缓解功能。

HXD3型电⼒机车的每⼀个司机室均装有⼀个电⼦制动阀。

当操纵端司机室的制动显⽰屏(LCDM)被激活，微处理器（IPM）将激活操纵端的电⼦制动阀，操纵者可以⽤来进⾏制动控制；此时⾮操纵端司机室的电⼦制动阀未被激活，也不能够送出制动指令。

未被激活电⼦
制动阀的⾃动制动⼿柄，需⽤销⼦将其锁定在重连位上，以免误动作触发紧急制动，单独制动⼿柄应放在运转位。

（5） RIM 继电器接⼝模块：安装在制动柜内，是IPM和机车之间动⼒切除，警报，紧急撒沙，空⽓制动切除以及惩罚性制动的继电器接⼝。

图3-3-4 RIM 继电器接⼝模块
信号输⼊部分包括：由安全装置产⽣的惩罚制动和紧急制动，A/B司机端操作激活信号，动⼒制动投⼊信号，MREP压⼒开关⼯作状态信号，机车速度信号。

信号输出部分包括：紧急制动，PCS开关切除，撒沙开关动作，动⼒制动切除，重联机车故障。

（6）电源箱PJB
电源接线盒(PJB)是⼀个变压器，它向EPCU和其它可能扩展的装置提供110V直流电压，并将机车蓄电池的公称电压110V直流转变成66V 直流供X-IPM使⽤。

（7）电缆箱CJB
双司机室机车安装⼀个通讯连接盒 (CJB) ，这种通讯连接盒能够为两端司机室的 EBV 和 LCDM分离通讯线。

图3-3-5 电缆箱
（8）均衡风缸控制模块ERCP
ERCP模块接收来⾃EBV（电⼦制动阀）的⾃动制动⼿柄信号，IPM（集成处理器）以及机车监控系统（ATP）的指令来控制机车均衡风缸的压⼒。

它的功能类似于JZ-7制动机中⾃动制动阀内调整阀，以及DK-1制动机中⾃动制动阀和缓解电磁阀、制动电磁阀联合的作⽤。

但⼜有所不同，调整阀是纯机械结构，只响应⾃动制动阀⼿柄的动作，且均衡风缸的压⼒由凸轮的⾏程来决定；DK-1虽然是通过电信号控制电磁阀实现均衡风缸的压⼒控制，但均衡风缸充风缓解时最⾼压⼒是通过加装在总风管路上的减压阀来限制，均衡风缸排风制动时，其最⼩减压量通过制动电磁阀的缩⼝和初制风缸联合实现，最⼤减压量通过⾃动制动阀⼿柄长时间停留在制动位，即制动电磁阀长时间得电来实现，控制准确度、减压精度都不是很理想，且不能⾃保压。

本系统中的ERCP模块通过电⼦信号能够准确的控制均衡风缸的压⼒，且具有⾃保压功能，如果此模块发⽣了故障，会⾃动由其它模块（16CP）来代替其功能，DK-1的电磁阀没有备份功能。

同时⽆动⼒回送装置也位于此模块内部。

它由外壳、管座、均衡风缸、REL缓解电磁阀、APP作⽤电磁阀、MVER均衡模块电磁阀、MRT 总风压⼒传感器、ERT均衡风缸压⼒传感器、TPER均衡压⼒测试点，TPMR总风测试点,过滤器等部分组成，其中⽆动⼒回送装置由DE⽆动⼒塞
门，DER压⼒调整阀，C2充风节流孔，CV单向⽌回阀等部分组成。

各部件的连接⽰意图如下：
REL
APP EX
TP ER
90 CU IN
VOL BP
BP
Control
TPMR
ERG
MR ERBU
MVER
ERT
MRT CV C2
(.125)DER DE EX A1
A2
A3
P V
V P
图3-3-6 ERCP 模块部件连接⽰意图（缓解状态）
1、管座
管座亦为ERCP 模块的安装座。

管座上设有四根管⼦的连接孔，即制动管BP ，总风管MR ，制动管控制管BP Control （类似DK-1中的均衡管，JZ-7中的中均管）,均衡风缸备份管ERBU 。

均衡风缸（90⽴⽅英⼨）直接连接在管座上。

⼆、各部件简介
ERCP 的其它部件均集成在外壳内，图中虚线框表⽰外壳。

1. REL 缓解电磁阀：
得电——均衡风缸通⼤⽓，均衡风缸减压；
失电——停⽌均衡风缸通⼤⽓，均衡风缸保压。

2. APP 作⽤电磁阀：
得电——总风通均衡风缸，均衡风缸增压；
失电——停⽌总风通均衡风缸，均衡风缸保压。

ERCP 通过REL 、APP 电磁阀实现对均衡风缸压⼒的控制。

在缓解后或制动后的保压状态时，两个电磁阀均失电。

在当操作⽤⾃动制动阀⼿柄在重联位，REL 电磁阀得电将均衡风缸风压排空到零。

3. MVER 均衡模块电磁阀：。