电力机车制动系统实训装置的研究设计

电力机车制动系统实训装置的研究设计
发表时间：2019-04-11T16:17:52.157Z 来源：《电力设备》2018年第30期作者：艾勇强
[导读] 摘要：在分析机车DK-1型电空制动机DKL逻辑控制装显基本结构及其与机车制动系统指令输入、输出功能的对应关系的基础上，对
DKL制动逻辑控制单元的内部结构、基本框架、系统的内部电路、系统的主要功能、工作原理、工作过程和DKL逻辑控制装置在我国主型电力机车SS6B电空制动机上的实际应用时的指令输入、指令的输出、内部逻辑的运算等关健技术进行了详细的分析与研究，最后通过对DKL逻辑控制单元在机车制动控制方
(中国铁路北京铁路局集团有限公司唐山机务段河北唐山 063000)
摘要：在分析机车DK-1型电空制动机DKL逻辑控制装显基本结构及其与机车制动系统指令输入、输出功能的对应关系的基础上，对DKL制动逻辑控制单元的内部结构、基本框架、系统的内部电路、系统的主要功能、工作原理、工作过程和DKL逻辑控制装置在我国主型电力机车SS6B电空制动机上的实际应用时的指令输入、指令的输出、内部逻辑的运算等关健技术进行了详细的分析与研究，最后通过对
DKL逻辑控制单元在机车制动控制方面的特点。

但采用真车进行制动系统教学和培训不太现实，而多媒体又缺乏真实感，不能直接接触和操纵，满足不了教学的需要，因此，基于新一代电空制动系统，研究设计一套半物理仿真的电力机车制动系统实训装置，用于院校的实践教学和职工培训是一种可行的解决方案。

关键词:DK-1电空制动机;电力机车制动系统;实训装置;电空控制单元
前言：交通运输与人类的所有生活密切相关，并且跟随社会的发展在不断改变着，目前，主要的交通运输形式含有铁路、公路、空运、船运以及管路输送。

而铁路运输始终凭借其效率高、载重量大、地理适应能力强、时间准确、费用低和适于大跨度运输等优点，在交通运输中占据着较大比重，不但是国计民生命脉所在，更具有重要的战略意义。

制动系统是机车关键的构成部分，也是保障安全行车不可或缺的装置，原有的电力机车大都安装了DK-1型电空制动系统，因其不具备无线重联功能，使得重联牵引列车的各台机车难以保证同时对列车进行制动控制，所以，列车发生断钩事故的几率增大，因此，我国近些年研发的和谐型大功率交流电力机车均采用了新一代电空制动系统以满足干线客货运电力机车对于制动系统性能的需要。

一、DKL逻辑单元主要功能
1)DKL电源板设计成A,B两路双电源供电方式，每一路电源分别提供12V和5V两种电压供给DKL装置使用。

当一路电源出现故障时，自动切换到另一路。

双电源供电方式为系统的高可靠性提供了保证。

2)DKL控制板包括输人单元和逻辑处理单元。

输人回路包括输人信号电平转换、隔离、防抖动电路。

输人信号通过电阻网络降压、光电藕合器，完成电平转换后送人逻辑处理单元。

进人DKL装置的输入开关信号包括:①机车电空制动控制器的
号:I1(818);I3(821);I6(813);I7(81I);I8(805);I9(808);I10(806);I13(807);I14(803)0②压力开关、监控装置、电子柜或微机柜等的信号：
I4(892);I5(836);Ill(838);I17(406);I18(840);I19(841);I20(839);I21(845);I22(846);I23(847)。

③DKL装置面板的功能选择信号：
I15(463QS);I16(464QS);I24(465QS);I25(466QS);I26(467QS);I27(468QS);I28(469QS);I29(470QS)o④来自输出的反馈信号:I2(800);I12(804)。

逻辑处理单元为DKL装置的核心部分，用于处理信号的逻辑关系运算。

DKL装置逻辑处理单元采用MACH系列可编程逻辑器件，具有运算速度快、可靠性高、功能强大等特点。

除此之外还具有在线编程功能。

3)DKL装置的输出功能由DKL输出板完成，输出单元对逻辑控制单元输出的信号经过达林顿排管放大后，通过继电器隔离，控制电空阀的动作。

如输出用U表示，控制输出的逻辑梯形图。

二、电力机车制动系统实训装置需求分析
为适应我国铁路快速发展的需求，和谐型电力机车引入了国外的新一代电空制动系统，但其与传统电力机车制动系统有着较大的差异，而且制动技术保密严格，原有的教学实训设备己无法满足人才培养的需求，而采用真实的电力机车进行制动系统教学和培训不太现实，多媒体又缺乏真实感、不能直接接触和操纵。

为此，研究设计一套半物理仿真的电力机车制动系统实训装置，用于院校的实践教学和职工培训是一种可行的解决方案。

从教学和培训需求来看，电力机车制动系统实训装置要对电力机车制动系统的组成、外观、特性和运转功能进行模拟和再现。

电力机车制动系统是由司机操纵的装置，它的功能就是“司机能选择对全列车或机车进行制动及控制”，即通过对司机操纵信息的综合处理完成单独缓解、车辆缓解、单独制动、车辆制动、紧急制动、无动力回送及重联操控，并配合机车其它系统完成对列车控制，同时传输管路、风缸内空气压力值、空气流量值等关键数据供司机、LKJ监控装置和机车控制系统参考使用，使列车按运行计划安全平稳运行。

目前我国电力机车制动系统大都是引入国外的CCB- II和法维莱系统，不同型号的机车又对其制动功能做了调整，因此现有的制动系统因车而异，甚至因单位而异，不过电力机车制动系统的基本组成还是相同的。

CCB- II制动系统目前占有的制动系统市场比例最大应用最广，为此选择HXD:型电力机车安装的 CCB- II制动系统作为仿真需求进行研究。

三、电力机车制动系统实训装置功能模块设计
为了将电力机车制动系统实训装置设计成为一个综合实训平台，兼顾制动系统模拟、操纵、试验、日常教学及考试测验功能，不但满足目前电力机车制动系统的教学需求，还为以后扩展并与电力机车其它系统和装置连接预留接口。

所以，参照机车设备布局将电力机车制动系统实训装置设计为三大功能模块，包括:教学辅助模块、制动系统仿真模块和网络通信模块，电力机车制动系统实训装置总框架其中: （1）辅助教学模块用来辅助教学，主要包括教师控制机和多媒体教学机;
(2)制动系统仿真模块用来对电力机车制动系统的各主要部件及其制动相关功能进行再现或仿真;
这一模块是电力机车制动系统实训装置的核心部分，根据电力机车制动系统实训装置的工作原理和电力机车设备布局情况，设计出包含风源装置、操纵台、制动柜和单元制动器的四个仿真子模块。

四、电空控制单元研究设计
电空控制单元EPCU是电力机车制动系统实训装置的核心模块，它的主要任务是控制关系到实训装置制动功能的关键管路的压力，按照功能和调节对象的不同，将其划分为七个子模块进行研究设计。

根据各子模块的功能，选用合适的电磁阀、机械阀、变向阀、节流阀、检测传感器、作用阀、三通阀等电气部件，组成合理的控制系统，从而满足各种工况下制动系统对关键管路压力控制的需求。

4.1均衡风缸控制模块设计
均衡风缸(均缸)控制模块首要任务是管控均衡风缸的充、排气，由于无动力回送的控制比较简单，因此将这项功能集成在均衡风缸控制模块之中，在电力机车无动力时，需要通过一套专门的设备连通列车制动管和机车总风缸之间的通路，使空气从列车制动管流向总风缸，并对总风缸压力进行限制。

另外，均衡风缸关系到后面列车制动管和车辆制动系统的控制，为防止电磁阀故障导致制动功能无法实现，还需预留备用接口以便在发生故障时能使用其它方法实现对均衡风缸空气压力的控制。

4.2列车制动管控制模块设计
列车制动管控制模块BPCP接受均衡风缸的气压信息将其作为列车制动管预控信号，参考该信号来管控列车制动管的充气与排气，并在较短时间内将压力调整至与均衡风缸压力相同。

另外，列车制动管控制模块BPCP始终通过检测传感器接收列车制动管的压力信号，同时‘还接受电子制动阀EBV和制动微处理器IPM 的控制信息。

如果接收到列车制动管压力急速减小的信号或EBV和IPM发送来的紧急制动信息时，BPCP将加快列车制动管排气减压的进度，使电力机车制动系统实训装置实现紧急制动功能。

制动管控制模块BPCP设置BP Relay作用机械阀来对列车制动管实施大通路控制，MV53列车制动管切除控制电磁阀用来在必要的时候遮断列车制动管与系统的通道，BPCO列车制动管截断机械阀用来保存列车制动管残余压力，BPT, MRT和FLT是检测传感器用来向系统反馈管路压力和流量信息，C1和C3缩孔用于限制空气流速，EMV和MVEM分别接受操纵台紧急按钮和监控装置发送的紧急制动信息，PVEM 是机械式紧急放风阀，列车制动管控制模块BPCP图。

小结：本文利用所设计的电力机车制动系统实训装置进行操纵试验，经过验证，实训装置能够根据电子制动阀操纵手柄的位置，管控EPCU各模块的动作，进而对ER, BP, 20号管、机车制动缸等管路和容器内空气的压力进行管控，实现列车以及机车的单独、自动、重联、紧急等制动控制功能。

参考文献:
[1]李益民，马金法，黄志高.交流电力机车制动系统[M].成都:西南交通大学出版社，2014.
[2]李益民，阳东.电力机车制动机[M].北京:中国铁道出版社，2012.
[3]马金法，李书营.交流传动机车制动系统{Ml.成都:西南交通大学版社，2014.。