重载组合列车CCBII 制动机故障分析及对策

重载组合列车CCBII 制动机故障分析及对策
作者：于智平
来源：《科技创业月刊》 2016年第10期
于智平
（大秦铁路股份有限公司湖东电力机务段山西大同０３７０００）
摘要：从２００４年开始，原铁道部对中国西煤东送的大秦线连续进行扩能技术改造，
开行１００００ｔ和２００００ｔ重载组合列车，有效缓解了煤炭运输紧急状况。

而制动
机作为保证重载组合列车安全运行的核心部件，保证其正常运行至关重要。

新一代电控制动机
具有结构复杂，模式多变，部件繁多且耦合性强等显著特点，多故障并发。

因此如何准确、高效、快捷的诊断出制动机故障是保障机车安全运行的关键问题。

关键词：重载组合列车；ＣＣＢＩＩ制动机；电控制动机；故障诊断
中图分类号：U260.352
文献标识码：Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９/ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１6．10．０50
０引言
在我国煤炭运输的主干线—大秦线上，重载组合列车通过两台“和谐”号重载机车的互联
互通，实现了单列２万t货运量。

由于技术复杂程度高，有时会有故障发生，影响列车正常运行。

ＣＣＢＩＩ制动机是电控制动机，具有模块化、网络化、高稳定性、快速响应等优点。

目前，对重载组合列车的故障诊断技术还不够成熟，对ＣＣＢＩＩ制动机核心制动单元的部件故
障诊断，还只是停留在依靠工作人员定期的被动维护和经验进行故障判断，故障诊断效率低且
准确性不高。

１ＣＣＢＩＩ制动机系统介绍
ＨＸＤ１型电力机车制动系统以第二代微机控制制动机ＣＣＢＩＩ为基础，并具备电空联
合制动、空气制动防滑控制功能。

ＣＣＢＩＩ制动机主要由电空控制单元、电制动阀、机车司
机室显示模块、集成处理器模块、继电器接口模块五个主要部件构成，各模块通过ＭＶＢ和Ｌ
ＯＮ等机车网络交换数据，通过模块之间不同的组合，可以实现自动制动模式、单独制动模式、后备制动模式三种主要的制动模式。

１．１ＣＣＢＩＩ制动机基本特征
ＣＣＢＩＩ制动机是基于计算机和机车网络的电空控制制动系统，实际运用中可更换单元，每个可替换单元模块具有自诊断功能。

且ＣＣＢＩＩ制动机具有多项冗余功能，能够准确辨识、重新构成和出现故障时备份核心部件的功能。

ＣＣＢＩＩ制动机具备空电联合制动控制技术、空气制动防滑控制技术等功能，能够通过
前部主控机车操纵列车管发出制动信号，也能够通过无线网络以不超过０．０６s的时间向中
部、后部的各从控机车发出制动指令，避免了万吨重载列车由于制动不同步而形成前拉后拽现象，杜绝了断钩事故的发生，保证了重载列车安全稳定运行。

ＣＣＢＩＩ制动机不同功能由制动柜中的不同功能模块完成，各模块功能独立，可整体更换，并且制动机空气管路采用奥式冷拔不锈钢无缝钢管，空气管路连接设计采用非焊接连接技术，保证制动机不会因管路堵塞发生各种故障，满足制动机气密性要求。

综上所述，ＣＣＢＩＩ制动机具有以下技术特点：①具有较高的安全性；②控制速度快，
准确性高；③部件集成性高，各部件可进行整体或单独更换，易于维护；④具备多种冗余功能，有自诊断功能。

１．２ＣＣＢＩＩ制动机系统组成
ＣＣＢＩＩ制动机采用分布式结构，各模块通过ＬＯＮ网络技术相互保持通讯，从而实现
制动系统的各项功能。

ＣＣＢＩＩ制动机包括５个主要部件：一个制动显示屏（Ｌｉｑｕｉｄ
ＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙＭｏｄｕｌｅ，ＬＣＤＭ），一个电子制动阀（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃＢｒａｋｅＶａｌｖｅ，ＥＢＶ），一个中央处理模块（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
ＰｒｏｃｅｓｓｏｒＭｏｄｕｌｅ，ＩＰＭ），一个继电器接口模块（Ｒｅｌａｙｎｔｅｒ
ｆａｃｅＭｏｄｕｌｅ，ＲＩＭ）和一个电空控制单元（Ｅｌｅｃｔｒｏ－ＰｎｅｕｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ，ＥＰＣＵ）。

总体结构框图如图１所示。

２ＣＣＢＩＩ制动机工作原理
ＣＣＢＩＩ制动机具有模块化、电子化的主要特点，利用微机编程进行控制，各模块之间
通过ＬＯＮ网进行数据交换，具有Ｌｏｃｏｔｒｏｌ远程控制功能。

２．１ＣＣＢＩＩ制动机控制关系
在机车正常工作情况下，ＣＣＢＩＩ制动机各模块控制关系如图２所示。

用白色粗线连接的模块之间是依靠ＬＯＮ网实现通信，黑色粗线连接的模块之间依靠ＲＳ４２２实现通信，黑色细线连接的模块之间依靠开关模拟量实现通信。

ＣＣＢＩＩ制动机气路之间存在如图３、图４的控制列车关系。

２．２ＣＣＢＩＩ制动机气路综合作用
ＣＣＢＩＩ制动机的自动制动手柄和单独制动手柄各位置的变换，可以确定机车制动机各主要模块之间的作用规律和相互关系，从而实现了单独制动作用、自动制动作用、空气备份状态及无火回送状态四个方面。

单独制动作用，操纵本机的单独制动手柄位于制动区或运转位，本机及重联机车的各主要部件的相互作用关系如表１所示。

自动制动作用，即ＣＣＢＩＩ制动机的单独制动手柄位于运转位，操纵自动制动手柄位于制动区或运转位，本机及重联机车的各主要部件的相互作用关系如表２所示。

ＣＣＢＩＩ制动机电空控制单元中的ＥＲＣＰ或者１６ＣＰ模块发生故障时，该制动机自动转换到空气备份状态，该状态下具有制动管充风－机车缓解和制动管减压－机车制动两种工作模式；在机车无动力回送时，空气压缩机停止使用，此时将开放机车无动力装置，进入无火回送模式。

ＣＣＢＩＩ制动机工作模式具有阶段性动态变化和叠加式运行两个主要特点，从而使ＣＣＢＩＩ制动机容易多故障并发，进一步加大了故障诊断的难度。

３ＣＣＢＩＩ制动机故障分类
ＣＣＢＩＩ制动机内部结构具有模块化、分布式等特点，按照故障出现的位置分类如下：３．１执行器故障
ＣＣＢＩＩ制动机执行器是指制动机内部各种型号的电磁阀和机械阀，负责响应控制指令，完成制动功能，故障主要是指其内部各电磁阀、机械阀等不能在指令控制下进行闭合和断开，
使得制动机不能按实际需求完成相应的制动功能，表３列出了实际运行中部分执行器故障信息。

３．２控制器故障
ＣＣＢＩＩ制动机控制器主要是指制动机发送指令装置，故障主要是指ＥＢＶ电子制动阀
等装置不能正常发送指令，制动手柄失效引起的故障，表４列出了实际运行中部分控制器故障
信息。

３．３传感器故障
ＣＣＢＩＩ制动机传感器负责制动机各模块的压力信号和流量信号的采集，对制动机进行
实时监控，故障主要是指其内部各模块中的压力传感器和流量传感器等由于长时间在各种恶劣
情况下工作，并且存在外界干扰的影响，而发生的失效和漂移故障，表５列出了实际运行中部
分传感器故障信息。

４ＣＣＢＩＩ制动机故障特点
一般来说，ＣＣＢＩＩ制动机具有如下特征：
（１）层次性。

ＣＣＢＩＩ制动机内部结构复杂，其实际构造可以划分为各子模块，每个
子模块内部又由其他部件组成，制动机功能也可以划分为若干层次，因此，其故障和征兆也有
不同的层次关系。

（２）并发性。

ＣＣＢＩＩ制动机内部模块众多且模块之间关系复杂，一种工作模式的运
行需要多个不同模块共同完成，某一部件故障很可能引起其他相关部件出现故障，最终出现多
故障并发的情况，这是ＣＣＢＩＩ制动机故障诊断困难的主要原因之一。

（３）不相关性。

ＣＣＢＩＩ制动机故障与征兆之间不一定具有一一对应关系，有可能某
一故障对应多个征兆，而某一个征兆又对应若干故障，因此当系统检测出某个故障征兆时，可
能会有多个可疑故障，故障候选集则会有多个故障候选项，这也是ＣＣＢＩＩ制动机故障诊断
困难的一个重要原因。

ＣＣＢＩＩ制动机内部模块众多、结构复杂，元器件数目繁多、模块之间互相耦合，具有
多种工作模式，因此，制动机容易出现故障种类繁多，且容易出现多故障并发的情况，少数故
障特征较明显，可以直接用某些物理方法检测出来，但是大多数故障和征兆之间不存在一一对
应关系，故障情况较为复杂。

５结语
为了确保ＣＣＢＩＩ制动机工作正常并精确定位故障，查明故障原因，需要研究ＣＣＢＩ
Ｉ制动机故障特点，结合其故障特点，采用对制动机各模块功能进行数学建模，对其进行故障
检测及定位。

参考文献
１李赟．ＣＣＢⅡ制动机故障诊断系统的研制［Ｄ］．长沙：中南大学，２０１２
２宾睿．基于扩展解析冗余关系的ＣＣＢⅡ制动机多故障诊断［Ｄ］．长沙：中南大学，２０１４
３张曙光．ＨＸＤ１型电力机车［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００９
（责任编辑何丽）。