第八章空气管路与制动系统

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8.1概述

HXD2B型机车制动系统是在SABWABCO微机控制电空制动机基础上为满足中国铁路要求开发出来的，是符合UIC标准的新一代机车制动系统。该系统在正常工况时，通过微机控制列车管和机车制动缸压力实现列车的制动控制，在出现严重故障时，将机车制动系统转换到备用制动进行列车制动控制。系统按其功能分为风源系统、控制系统管路、辅助系统管路、制动机系统。Eurotrol是制动机系统中的一个关键部件，也是HXD2B型机车制动系统有别于其它机车制动系统的标志性部件，因此，寻常状况下，HXD2B型机车制动系统也被称作Eurotrol制动系统，HXD2B型机车采用的制动机也被称为Eurotrol制动机。

HXD2B型机车制动系统，具有以下功能：

?复合制动功能，以确保空气制动和电制动的协调协同，电制动优先。?阶段制动、阶段缓解和一次缓解功能；?紧急制动的功能；?无动力回送功能；?备用制动功能；

?具有阶段制动，阶段缓解的功能；?重联控制功能；?断钩保护功能。

HXD2B型机车制动系统，具有以下特点：

在正常状况下车辆制动采用常用制动模式，无论载重大小，都能够安全、快速、有效地停车。假使需要，使用电制动、摩擦制动进行补偿。司机制动阀(Eurotrol)只控制空气制动：包括列车管减压及缓解，快速缓解。

在紧急工况下采用紧急制动模式，确保无论载重大小都能获得该系统所能提供的最大减速度。紧急制动的特征是列车管快速排空，可由自动制动控制器（直接推终究）、紧急按钮或其它例如行车安全系统、无线重联控制系统的紧急装置所触发。

需要注意的是自动制动控制器和紧急按钮都是直接（机械地）在列车管上开启一个快速排气口，作为附加措施，通过微动开关反馈给BCU（制动控制单元）应用上述装置触发了紧急制动。通过触发紧急制动，使列车管达到0bar的目标值，强制进行制动。紧急制动也可通过机车的规律控制实现，其基本前提是紧急制动必需确保其最大停车距离满足要求。实际上，所有的安全装置均能触发紧急制动。

停放制动模式确保车辆在超载与最大坡度的状况下能够停车（停放）。

为便利安装与维修，制动机采用阀类与电器部件集中安装的方式，主要部件集中在制动柜上如图8.1所示。

图8.1制动柜正面图

8.2风源系统

每台机车风源系统主要由2台螺杆式空气压缩机组和2台空气枯燥器和总风缸等设备构成，对空气进行压缩，并对压缩空气进行枯燥、净化处理；总风缸采用并联方式组合。机车风源系统的主要任务是向列车制动机、列车辅助用风设备提供所需高质量、清白、枯燥、稳定的压缩空气。

8.2.1GAR22螺杆式空气压缩机组8.2.1.1功能与结构

GAR22螺杆式空气压缩机组的作用是为制动系统、列车用风设备提供压缩空气，安装在主风源柜上，由机车MPU控制、三相交流380V50Hz的电机驱动、电源箱供电。GAR22压缩机组采用空气冷却、单级、喷油螺旋式结构，主要包括压缩机机体、油/水分开器、电气接线盒、电机和控制阀等部件。压缩机组外形如图8.2所示。

图8.2压缩机组外形图

8.2.1.2主要技术参数

频率50Hz压缩机数量2

最高压力10.8bar压缩机出口工作压力9bar最低工作压力4bar进气最高温度+40℃最低的环境温度-40℃额定工作压力时，空气出口的温度27℃

电机转速2930r/min压缩机轴功率17.5kW油量，大约9L重量382kg8.2.1.3油/水分开器

油/水分开器设置在压缩机的出口处，能够有效分开冷却器出口产生的冷凝水，分开压缩机分开器内的油，从而确保空气管路里有良好的空气质量，避免枯燥器内的枯燥剂被堵塞。其结构如图8.3所示。

图8.3油/水分开器结构图

油分开器（F1-CPR）设置在水分开器（F1-DH）的后面。水分开器（F1-DH）直接设置在压缩机空气冷却器出口。由于受到离心的影响，水蒸汽被冷凝。借助其下部安装的带加热器电磁阀自动排放。由设置在配电箱内的定时器确保电磁阀延迟时间。水分开器每隔2分钟工作一次，每次2秒钟。加热器能防止电磁阀体内结冰。只要温度在5℃以下，可借助恒温器完成供热。

8.2.1.4电气接线盒（CB）

电气接线盒是列车、压缩机、逆变器之间的连接接口。接线盒的主要功能是：?为电机供电；

?控制压缩机的起动；

?控制空气处理电磁阀（滤清器净化、枯燥器吸收/净化）；?控制电磁阀的排放；?为电磁阀的加热器供电；

?完成加热器控制信号的转换（低温），借助T-CPR完成高温油信号的转换（>120℃）。8.2.2空气枯燥器（SR）

空气枯燥器（SR）连接在压缩机冷却器的出口，油/水分开器的后面。HXD2B型机车枯燥器（CDR）由枯燥塔和控制阀组成，阀是用来控制通过枯燥塔的空气流量。通过开启、关闭阀，枯燥塔能够吸收或生成枯燥的空气。阀是由来自电子程序（定时器）的信号进行控制的。空气枯燥器的主要技术参数如表8.1所示，外形结构如图8.4所示。

表8.1空气枯燥器主要技术参数型号出口露点最高工作压力最低工作压力最高进气温度最低进气温度生成控制控制器介质CDR进气温度40℃以下10巴4巴50℃1℃通过压力变化吸收（PSA）控制设备24VDC电子枯燥剂：氧化铝等级2.5-5材料结构上滤清口下滤清口铝挤压成形，耐阻力，涂耐腐蚀剂，面漆是环氧枯燥剂涂层，耐磨损。CDR41313V包括铝挤压成形，高强度螺栓，在上下收集器之间设置填满枯燥剂的枯燥塔。滤清器油-XAO/AA滤清器油-XAR级

图8.4空气枯燥器

8.2.2.1空气枯燥器的水分吸收

在压力作用下，潮湿的空气通过枯燥剂层面循环。枯燥剂吸附空气内水蒸汽。高度吸收结构内的枯燥剂能吸收和保持现有的蒸汽。这是一种物理现象，枯燥剂与蒸汽之间形成的分子接合作用很弱。

8.2.2.2空气枯燥剂再生

枯燥塔设定在大气压力下时，枯燥剂开始释放蒸汽。借助枯燥器的净化装置将少量的枯燥空气从排气口带走。借助排气消音器将净化的空气输送到枯燥器外部。8.2.2.3空气防尘

枯燥器的空气防尘是通过防尘滤清器（F1-SR）来实现的，其连接在枯燥器的出口处，是用来分开进入到机车管路内部空气中的灰尘（由于振动，枯燥剂磨损产生的灰尘）。8.2.3总风缸

在电力机车风源系统中，总风缸作为贮存机车以及列车用压缩空气的压力容器，国内电力机车的总风缸大多位于车体外部，而HXD2B型机车的总风缸安装在车体内部，根据HXD2B型机车的用途、功率、压缩机的排风能力以及车内设备布置及空间的限制，总风缸设计为直径800mm的800L风缸和直径1000mm的800L风缸，两总风缸采用并联方式连接。总风缸外

形如图8.5、图8.6所示。

图8.5直径800mm的800L总风缸外型图

图8.6直径1000mm的800L总风缸外型图

8.3制动机主要部件

制动机主要包括制动控制器、司机制动阀、作用阀模块、BCU（制动控制单元）、隔离模块、流量计、分派阀组成、电子分派阀（EPM）、转向架中继阀等部件。8.3.1制动控制器

在正常的操纵模式下由自动制动控制器的电气部件来控制Eurotrol。制动控制器的外形如图8.7所示。

图8.7:制动控制器

制动控制器有两个操作手柄，分别为自动制动控制器（大闸）和直接制动控制器（小闸）：自动制动控制器（大闸）有以下位置：?运转位:?初制动位:?最大制动位:?抑制位:?重联位:?紧急位:

直接制动控制器（小闸）有以下位置：?运转位:?最大制动位:?单缓位:

8.3.2司机制动阀-Eurotrol

司机制动阀从BCU（制动控制单元）接收输入信号，然后调整BP（列车管）压力信号，进而控制机车的缓解及制动。其主要包括减压阀、缓解阀、中立阀、中继阀、压力传感器、快速缓解阀等部件。司机制动阀Eurotrol外形如图8.8所示。其工作原理为通过缓解电磁阀VE(DG)和制动电磁阀VE(SG)控制先导压力RE，进而控制中继阀Q(P)CG的开闭而达到对列车管压力的控制，通过列车管压力的变化，最终发出对机车实行制动和缓解的操作指令。其气动原理如图8.9所示。

图8.8:Eurotrol

图8.9：Eurotrol-气动原理图

8.3.2.1减压阀DE-PI

Eurotrol通过MP（总风管）与风源相连。其中过滤器后装有减压阀DE-PI，它将压力降至6.5±0.05bar的范围内，以避免太高的压力作用于中继阀。8.3.2.2电磁阀VE1(DG),VE2(DG),VE(SEC)和VE(SG)

这些电磁阀用于控制先导室压力。它们均受BCU（制动控制单元）控制。电磁阀VE(SEC)常得电，紧急制动作用时产生初始制动压力，假使电源发生故障，该电磁阀将失电，从而使得先导压力RE排向大气，并且RE不可能再充气。

当VE(SG)电磁阀故障时，电磁阀VE(SEC)也可作为冗余。VE1(DG)和VE(SG)电磁阀确保对先导压力RE的控制。VE1(DG)电磁阀得电，先导压力RE增加(缓解)；VE1(SG)电磁阀得电，先导压力RE降低(制动)。

当VE1(DG)电磁阀发生故障时，VE2(DG)电磁阀作为冗余。8.3.2.3VV(N)中立阀

VV(N)中立阀集成于Eurotrol.它被电磁阀VE(N)控制，用以切断向Eurotrol中继阀Q(P)CG的供风。该指令由司机控制中立开关控制。VV(N)中立阀的状态通过BCU和司机室指示灯进行监控。

8.3.2.4中继阀Q(P)CG

通过中继阀向BP（列车管）供风与先导压力RE一致，但中继阀可起到流量放大的作用。8.3.2.5压力传感器CA(PRN)RE和CA(PRN)CG

对应于0至1000kPa压力范围，压力传感器输出4-20mA的电流信号。BCU（制动控制单元）读取压力传感器的电信号。

BCU（制动控制单元）通过压力传感器CA(PRN)RE读取并调理先导压力RE。压力传感器CA(PRN)CG用以监控BP（列车管）压力。8.3.2.6快速缓解阀VV(GD)

电磁阀VE(GD)控制快速缓解阀VV(GD)，压缩空气绕过节流孔，快速给BP（列车管）充

气。BCU（制动控制单元）读取连接于快速缓解阀VV(GD)的微动开关的信息，进而诊断其位置状态。

8.3.3作用（排气）阀模块

作用阀模块由一个安全装置先导控制的电磁阀VE-URG、一个中继阀Q(ECH)URG和一个塞门RB(IS)Q(ECH)URG组成，用于紧急制动时快速排出BP压缩空气。该电磁阀VE-URG的控制电路串连到安全回路上，以便在安全回路断开时实现紧急制动作用。该阀也可由Locotrol系统（预留）控制。RB(IS)Q(ECH)URG塞门在故障状况下将模块隔离。作用阀模块的原理如图8.10所示。

图8.10作用阀模块原理图

8.3.4BCU（制动控制单元）

BCU（制动控制单元）对司机制动阀进行控制。BCU（制动控制单元）通过FIP总线连接到列车计算机，通过RS422连接到Locotrol（预留），通过CAN总线连接到各EPM模块。

自动制动控制器的指令或来自Locotrol系统（预留）的制动指令，BCU计算先导室压力RE，然后通过控制阀闭环控制得到需求的先导压力RE。8.3.4.1BCU硬件描述

BCU是一个被称作GeminiII的通用软硬件平台，可成为整列车或单台车的控制装置。该系统设计成最优化的功能配置，本身具有安全防护措施和自诊断功能。通过以下措施实现上述目标:

在单个插件式单元中，分派所有的系统资源(譬如RAM,ROM,E2PROM存储器,看门狗功能)；CPU不同功能的插件单元（如数字部分、模拟输入输出）使用隔离电源；电气隔离不同功能的设备；使用能与所有电池电压制式(24,48,76,110V)相连的“宽范围〞数字接口，而不需要任何的适配器插件；使用复合和表贴的生产制造技术，保证质量和可靠性的增长；通过快速总线将各插件单元连接起来；为每一外部接口增加滤波设施，以使外部电磁干扰的影响最小化，提高信噪比；提供具备软件支持的在线检查措施的硬件部分，生成正确的操作状态信息。

8.3.4.2BCU软件描述

下面描述如何根据机车自动制动控制器的制动指令来操纵列车管。（1）预备阶段

当BCU通电，而驾驶室没有激活时，所有电磁阀都不得电。由于VE(SEC)阀通大气使RE先导压力为0kPa。

只有当以下所有条件被确认时，司机制动阀的操纵才能启动。①司机室运行(CAB1或CAB2)=1;②无紧急制动需求；③非中立需求；

④VE(SEC)阀工作正常；

⑤总风压力：假使列车管定压500kPa则高于600kPa；假使列车管定压600kPa则高于

700kPa；

⑥自动制动控制器被移至抑制位1秒；⑦BCU将先导室压力调整到：使用阶段缓解则为300±5kPa；使用一次缓解则为0kPa。在上述条件下，操纵制动控制器来控制列车管。假使上述其中一个条件没有得到确认，则压力保持为零，不可能控制列车管。只能激活一个司机室，一旦同时激活两个司机室，则显示相应的故障代码。一旦司机室被锁闭，RE压力被设定为0kPa，BP自动排气。（2）先导室控制

通过BCU驱动Eurotrol的电磁阀来控制先导室。先导室压力依照闭环控制，图8.11所示为BCU闭环控制示意图。

控制器制动电磁阀、缓解电磁阀制动控制单元先导室电气连接气动连接Locotrol机车远程遥控压力传感器Eurotrol图8.11BCU闭环控制示意图

Eurotrol先导室压力应稳定在定压，这是由BCU根据经FIP总线从MPU接收到的控制信号来控制的：根据所选定的压力，先导气路的压力应等于500±5kPa或者600±5kPa。

BCU接收到制动指令，通过Eurotrol的电控阀将其转换成气动压力。压力传感器CA(PRN)RE读取先导室压力，以模拟量信号的形式发送给BCU。BCU根据该信号，使制动和缓解阀得电或失电。

?阶段缓解模式①初制动初始压降，将自动制动控制器移至最小制动位来实现初次压降。只有在制动缓解状态（列车管缓解）下才能实现初制动。

用时间和压力大小（BP=25l储气缸）来表示，这个过程的主要特征是：在T≤2.25s的时间内，?P=50±5kPa

②制动

在最小制动位（MIN）和最大制动位（FS）之间移动自动制动控制器可使制动级与控制器的位置成正比变化。

自动制动控制器的编码器发送一个4～20mA信号（该信号与控制器的位置成正比）至BCU，BCU可计算相应的RE目标压力。BCU使VE(SG)阀得电，使RE先导压力回路根据控制器的位置成比例排气，直至达到计算的RE目标压力。中继阀释放BP压力。当达到要求压力值时，控制器停留在相应位置，BCU使VE(SG)阀失电从而中止释放先导压力。

如列车管定压为500kPa：

在常用全制动时，在T=6.5±1s内压力从定压(500kPa)下降?P=140kPa。

假使列车管定压为600kPa：

在常用全制动时，在T=7.75±1s内压力从正常压力(600kPa)下降?P=170kPa。在常用全制动时，通过在不到10s内，将相当于列车管容积的400L风缸内的压力排至120kPa，来确定司机制动阀DBV的排气能力。

将控制器从最大制动位移至抑制位，BP压力不会降低。

在抑制位和重联位之间移动控制器，根据控制器位置BCU成比例地使RE压力降低，当控制器位于重联位时，RE压力降至0kPa。

③来自BP的指令假使BP压力下降大于150kPa，并且不是由RE先导室的压力下降引起的，则RE先导压力应降低到300kPa。当列车管压力下降原因消失后，没有缓解指令时RE压力不应增加。

在中立模式下此功能应有效。④来自LKJ2000系统的指令

安全设备“LKJ〞可通过电磁阀VE-URG执行紧急制动或通过要求RE压力下降而施加制动。

当LKJ的信号为0，0：LKJ制动指令禁用

当LKJ的信号为1，0：LKJ制动指令激活：对任一定压，△RE=80kPa当LKJ的信号为1，0：LKJ制动指令激活：定压500kPa，△RE=120kPa定压600kPa，△RE=130kPaLKJ压力降遵循DBV压力斜率。可重复制动施加指令，直至最大常用制动(430/360kPa)。当安全设备“LKJ〞清除教训制动条件时，在未得到司机发出的指令前，RE压力不能增加。司机须将自动制动控制器移至抑制位，以复位教训制动条件。随后，司机可将控制器移至运转位，使BCU缓解制动。

在中立模式下此功能应有效。

⑤来自安全设备“无人警惕装置〞的指令

“无人警惕装置〞可通过要求RE压力下降而施加最大常用制动。如列车管定压为500kPa：RE压力降至360kPa如列车管定压为600kPa：RE压力降至420kPa无人警惕装置压力降遵循DBV压力斜率。

当安全设备“无人警惕装置〞清除教训制动条件时，在未得到司机发出的指令前，RE压力不能增加。司机须将自动制动控制器移至抑制位，以复位教训制动条件。随后，司机可将控制器移至运转位，使BCU缓解制动。

在中立模式下此功能应有效。⑥缓解

将制动控制器从重联位移至运转位可以使缓解级与控制器的位置（0kPa至定压之间）成正比。

重联位与抑制位之间，RE压力在0～430/360kPa范围内增加（定压=600/500kPa时）；在抑制位和最大制动位之间，RE压力不增加；在最大制动位和最小制动位之间，RE压力在430/360～（定压-50）kPa范围内增加；将控制器从最小制动位移至运转位，RE压力直接被设为定压。

控制器的编码器发送一个4～20mA的信号（该信号与控制器的位置成比例）至BCU，BCU计算相应的RE目标压力。BCU使VE1(DG)阀得电（由DE?PI减压阀供风），依照控制器的位置对RE先导压力成比例地进行充风，直至达到计算的RE目标压力。MP经中继阀向BP重新充风。当RE内达到要求压力值时，BCU中止充注先导压力，并使VE1(DG)阀失电。

全缓解时，对于相当于容积25L的列车管的压力形成时间是：从（定压-150kPa）到（定

压-10kPa）为5±1s；从（定压-10kPa）到定压小于5s。在一个相当于BP容积的400L风缸内，从比定压低150kPa充至比定压低10kPa，BP的再充气时间低于20s。

定压是500kPa时，当MP压力低于600-20kPa，不能进行制动缓解操作；定压是600kPa+0时，当MP压力低于700-20kPa，不能进行制动缓解操作。

⑦制动或缓解后的保压制动或缓解后，BCU从压力传感器CA(PRN)RE获得先导压力值RE，同时控制制动及缓解阀VE(SG)和VE1(DG)，以将先导压力维持在同一值。

⑧快速缓解

只有在司机要求（通过将自动制动控制器置于运转位）并且RE先导压力处于300kPa和(定压–50)kPa之间，BCU才能实施快速缓解。

假使MP压力高于600或700kPa，快速缓解指令才能被接受：根据定压不同假使MP压力降至600或700kPa以下快速缓解指令将被终止，继续以小流量进行缓解。快速缓解可以使相当于BP容积的400L风缸，在T

中性阀VV（N）诊断；隔离阀VV（IS）RM诊断；阀VE?Q（P）FR诊断；

动力分散式重联车组模式（预留）

假使BCU停用，则正往往用制动的主要功能在备用模式中仍可使用，以下功能除外：阶段缓解模式；GD阀管理；

BP功能给出的施加指令；LKJ系统给出的施加指令；RE泄漏测试；流量计信息；

Eurotrol相关诊断；中性阀VV（N）诊断；隔离阀VV（IS）RM诊断；EPM相关诊断；MP低压功能；

电子分派阀（EPM）控制；阀VE-Q（P）FR诊断；

动力分散式重联车组模式（预留）

8.4.8Locotrol控制的集成式制动(预留功能)

LOCOTROL系统安装于所有机车（前导和远端）上。多个LOCOTROL单元可通过无线电装置进行通信。它们设有RS422总线接口，以便与机车控制和BCU交换数据。

LOCOTROL系统通过RS422串行通信信道与BCU通信。通信信道为点对点式。为在某一单元故障时提供冗余支持，LOCOTROL系统应被连接至1和2个BCU系统。出于运行目的考虑，同一时刻仅有一个LOCOTROL系统和一个BCU有效。在发生故障时，故障组件可被设置为无效状态，而另一单元可转为有效。LOCOTROL单元与BCU单元的互连如图8.18所示。

图8.18LOCOTROL单元与BCU单元的互连

8.5控制系统管路

控制系统管路是由辅助空气压缩机、辅助枯燥器、辅助风缸、单向阀及其连接纳路组成。控制系统管路具有以下功能：在机车升弓前，由辅助压缩机提供受电弓和主断路器所需的压缩空气；在机车放置时，利用控制风缸保存压缩空气，以备下次升弓和闭合主断路器用。

辅助空气压缩机由蓄电池供电的直流电机驱动，采用电机与压缩机连成一体的结构。

主要技术参数如下：

润滑方式：无油润滑；额定工作电压：DC110V；额定功率：0.55kW；

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额定排气量：0.05m/min；额定排气压力：800kPa。

8.6辅助系统管路

机车辅助系统管路是为改善机车运行条件和确保列车运行安全设置的。它由撒砂系统管路、轮轨润滑装置管路、风笛管路等组成。

撒砂系统管路由8个砂箱(每个端转向架前、后后端的左右侧各设一个)、8个撒砂器和控制其工作的电磁阀组成。

轮轨润滑装置管路由电磁阀及控