机车无火回送途中列车管保压测试的计算分析

机车无火回送途中列车管保压测试的计算分析
摘要：装用CCBⅡ制动系统的机车在无火回送过程中，经常报列车管不保压故障，本文从热力学角度构建了列车管保压测试模型，从数据计算和试验验证对现象进
行分析，找出了产生问题的根本原因和，并给出了应急处置措施。

关键词：CCBⅡ制动系统；无火；保压
概述：我司在承担和谐电力机车C5修以来，频繁遇到回段或返厂机车在无火回送途中列车管不保压的问题，具体表现为当机车在折返段或编组站转换本务机
车时，乘务员按照《铁路机车操规规则》列车制动机试验要求进行列车管保压测试，往往出现列车管泄露超过标准要求的20kPa/min，乘务员不予调车，对机车
回送造成影响。

1、列车管保压测试过程分析
将通过操作本务机车控制无火回送的机车进行列车管泄露测试过程，可分为
2各阶段：第一阶段，操作本务机车给列车管减压100 kPa，此时无火机车的列车
管减压，无火机车的总风缸向闸缸的充分通路打开，闸缸压力将上升到与总风压
力一致；第二阶段，因总风压力降低，列车管通过无火回送模块给总风的补风的
通路打开，列车管压力持续下降至补风通路关闭, CCBⅡ制动系统无火回送模块原
理见图1。

根据克诺尔公司提供的资料表明，无火调压阀压力设定为250kPa，即
列车管压力高于250kPa时才能通过无火调压阀给总风管补风。

图1 CCBⅡ制动系统无火回送模块原理
2、创建计算模型
在进行无火机车列车管泄露测试时，假定本务机车、无火机车的状态均符合
理想状态，管理系统无泄露，无火机车总风压力完全符合设计要求为
PMR1=250kPa,本务机车的列车管压力PBP1=500 kPa。

在热力学中，空气就可以被
视为比热比为常数的完全气体，满足完全气体状态方程 PV=nRT的计算要求，因
此可分别对上述二个过程建立计算模型。

根据理想气体状态方程，第一阶段的数学模型为：
PMR1×V MR+PBC1×VBC= PMR2×VMR+PBC2×VBC 公式一
其中：
VMR为无火机车第一总风缸及其附属管路的容积；
PBC1为无火机车闸缸初始压力；
PMR2为给闸缸补风后的无火机车总风压力；
PBC2为无火机车上闸后的闸缸压力；
VBC为无火机车闸缸容积。

根据理想气体状态方程，第二阶段的数学模型为：
PMR2×VMR+PBP1×VBP= PMR3×VMR+PBP2×VBP 公式二
其中：
PMR2给闸缸补风后的无火机车总风压力；
VMR为无火机车第一总风缸及其附属管路的体积；
PBP1为列车管减压后的压力；
VBP为本务机车和无火机车的列车管总容积；
PMR3为最终状态的无火机车总风压力；
PBP2为最终状态的无火机车列车管压力
3、通过模型进行分析
以一个回送专列5台HXD3D型进行计算：
VMR=5×625L=3125L；
PBC1=0kPa；PMR2=PBC2；
VBC=5×25L=125L
PBP1=400kPa;
VBP=(5+1) ×25=150L;
PMR3=PBP2
分别带入公式一、二计算，得到PMR2≈240kPa；PMR3=PBP2≈247.2kPa
通过以上计算，可以得知在列车管泄露测试中，理想状态下列车管压力从
400kPa，下降至249kPa。

由于无火调压的限制，故上述计算结果应为
PBP2=250kPa ；PMR3= 247.6kPa。

通过上述模型的计算结果可知，在无火回送途中，理想状态下进行列车管泄
漏测试时，必然会出现列车管不保压现象。

为了避免该现象，无火机车在从主机
厂或路局开始回送时，按照克诺尔公司提供的资料，无火机车总风压力应调整为235kPa～265kPa，均将总风压力调整至265kPa，带入公式一可得PMR2= 254.8kPa
＞250kPa，即泄漏测试过程中，列车管不会给总风补风，即列车管正常保压。

但是无火机车在折返段或编组站转换本务机车时，无火机车处于制动状态，
同时总风管可能存在的泄漏会导致总风低于235kPa。

此时进行无火机车与本务机
车连挂后，列车管将通过无火回送模块给无火机车的总风管补风。

当无火机车总
风压力补充至235kPa后，因缩堵的存在导致补风速率将变的极为缓慢。

此时进
行列车管压力测试，通过上述公式计算可得PMR3= 238kPa； PBP2=250kPa，即会
出现列车管不保压的现象。

选取回送的5台HXD3D型机车进行列车管泄漏测试，测试数据如表1：
表1 泄漏测试列车管减压速率
通过实测表明，在通常情况下，无火回送专列在总风压力达到235kPa左右时
进行列车管泄漏测试，列车管减压速率会超过20kPa/min，但随着列车管压力降
低和总风压力的提高，列车管减压速率会逐步减小。

根据《TB/T2056-2007电力机车制动机技术条件》第5.11条“机车制动机的
分配阀与紧急阀应满足下列要求,a）当列车管压力从定压以每分钟小于40kpa的
速度下降时，机车制动缸不起制动作用；” 可知，无火回送专列进行列车管泄漏
测试时，列车管减压速率小于40kPa/min符合标准要求。

通过与克诺尔公司交流，克诺尔公司也确认了保压测试时的列车管压降不影响机车正常运行。

虽然CCBⅡ
制动系统无火回送原理设计符合《TB/T2056-2007电力机车制动机技术条件》，
但不满足《铁路机车操作规则》明确规定的列车管每分钟不得超过20kPa的要求。

导致乘务员会报列车管不保压故障，拒绝动车。

4、结束语
本文通过创建热力学模型进行计算和实测验证，确认了装用CCBⅡ制动系统
的机车在无火回送过程进行列车管保压测试时必然会出现列车管不保压现象，这
是系统设计决定的。

同时本文也解释了装用CCBⅡ制动系统的机车在总风压力调
整为265kPa时（回送初始的保压测试），列车管泄漏测试时正常保压的情况。

为了提高机车回送效率，提出如下建议：机车转换本务机车后进行列车管保压测
试时，建议将列车管仍然设置为补风模式，完成制动操作后等待2～3分钟，再
将列车管设置为不补风模式后检测列车管泄漏量；或在列车管不补风模式下，等
待2～3分钟后再检测列车管泄漏量。

上述2种操作不需要，不需要外部资源，
简单直接，列车管泄漏量小于20kPa/min，满足《铁路机车操作规则》要求。

但
需注意，不论何种操作，列车管保压测试的结束时列车管压力不能低于250kPa
且列车管减压速度不得大于20kPa/min。

参考文献
[1]刘豫湘，陆缙华.DK-1型电空制动机与电力机车空气制动系统[M].北京：中
国铁道出版社，1998
[2]张领，马俊杰. CCBⅡ制动系统无火回送中列车管“漏风”原因分析.电力机车
与城轨车辆，第37卷第1期，2014
作者简介：代正杰（1986-09），男，土家族，籍贯：湖南省张家界市，学历：本科，研究方向：电力机车工艺。