【HXD3型电力机车制动机故障分析及处理分析8000字（论文）】

HXD3型电力机车制动机故障分析及处理研究摘要制动技术作为影响列车运行安全的关键因素，对铁路运输的快速发展起着决定性的作用。目前，河河电力机车的制动机基本上采用微机控制、电气指令信号传输的电空制动机。在机车制动过程中，如何更准确地控制机车和列车管的压力，直接影响机车和车辆的制动缓解性能。列车管压力的有效控制可以降低列车的纵向冲动，保证列车的行车安全。以HXD3型电力机车制动机为研究对象，结合国内外制动机的研究现状，详细分析了制动机的总体组成，并简要介绍了各部件的工作原理。然后，研究分析了制动器单制动功能、常用制动功能、紧急制动功能和驻车制动功能的气路控制原理。最后，对HXD3型电力机车制动机的常见故障进行了介绍和分析，并提出了相应的对策性的故障处理建议。希望能给我国电力机车的制动故障处理提供可行性的参考依据。关键词HXD3型电力机车制动机故障处理目录TOC\o"1-3"\h\u59621绪论 3313221.1选题背景 3148791.2选题意义 3161031.3国内外制动机发展历程 3101061.3.1国外自动机的发展历程 3326221.3.2国内制动机的发展历程 479892HXD3型电力机车CCBⅡ制动机结构与功能概述 4294192.1HXD3型电力机车制动机结构分析 484082.1.1自动制动控制器 554602.1.2司机制动阀 643002.1.3制动控制单元 8226692.1.4分配阀模块 8174032.1.5转向架中继阀模块 997442.2HXD3型电力机车制动机功能 1034272.2.1单独制动功能 10324172.2.2常用制动功能 1113972.2.3紧急制动功能 12124812.2.4停放制动功能 13166902.3空气流动特性 1391652.3.1空气在列车管中的流动特性 1380352.3.2空气通过节流孔时的流动特性 14258233HXD3型电力机车CCBⅡ制动机故障分析及处理 14175053.1HXD3型电力机车制动机故障分类 14194373.1.1控制电路故障 14248993.1.2气动部件故障 147053.1.3管路及其连接部分故障 1424233.1.4因操作不当造成的故障 15175893.2HXD3型电力机车制动机故障处理 15128063.2.1主控机车中的故障处理 1595703.2.2从控机车中的故障处理 154117结论 1730822参考文献 191绪论1.1选题背景能源是整个国家生存和发展的基础，是关系国家经济发展和国家根本利益的重大战略问题。随着社会经济的快速发展和科技的不断创新，我国的能源供应能力进一步提高，能源消费也迅速增长。煤炭占中国能源结构的2/3以上。中国煤炭资源主要集中在北部和西部，而煤炭消费主要集中在东部。能源生产和消费的分布决定了北碳南运和西碳东运的基本格局。随着煤炭需求的不断增长，铁路货运量日益增加，列车编组也在增加。因此，对列车的制动和缓解性能提出了更高的要求。1.2选题意义HXD3型电力机车空气制动器包括EP模块、空档模块、中继阀、分配阀等许多部件。这些关键模块的机械结构直接影响列车管和制动缸压力的精确控制。研究关键模块的内部机械结构参数进行优化，可以更稳定、准确、高效地合理控制列车管和制动缸的压力，确保列车安全运行。目前，我国正处于新制动技术逐步国产化的过程中，这对我国铁路运输的跨越式发展有着非常重要的影响。因此，对HXD3型机车空气制动机的研究具有重要意义。1.3国内外制动机发展历程1.3.1国外自动机的发展历程国外对电气控制技术的研究很早。它在20世纪40年代已应用于蒸汽机。20世纪50年代末，国外创新了制动技术，采用电控电磁阀控制机车的制动过程。20世纪80年代，微机电子技术在制造业中得到了广泛的发展和应用。20世纪80年代，电子技术和微机控制技术发展迅速，广泛应用于制造业。国外机车制动机开始以微机控制技术为基础，对原有的机车制动机进行技术改造，使其更加适应现代铁路运输发展的需要。目前，这两种微机控制的电空制动机分别是模拟式电空制动机和数字式电空制动机，已在国外高速列车和机车上得到应用。例如，欧洲普遍使用符合UIC相关标准的模拟电空制动机，而日本则广泛使用数字电空制动机。两种类型的制动器均采用微机控制高速切换电磁阀的开启和关闭，从而实现EP阀的精确控制，然后优化空气管路的压力变化，使控制快速准确，从而缩短制动和缓解的响应时间，减少车与车之间的纵向冲击，提高车钩的使用寿命。1.3.2国内制动机的发展历程制动机是列车安全运行的保障，而制动机是整个制动机的主导。我国对铁路机车制动机的研究己经经历了很长一段时期，主要经历了以下三个阶段:从1940年到1970年，中国先后研制了et-6制动器和el-14制动器。这两种制动器是我国铁路机车的第一代制动器。Et-6制动器曾主要用于蒸汽机车。可实现机车的独立制动和缓解，适用于不同直径的机车制动缸。它产生的制动力不会随着制动时间的增加而衰减。20世纪60年代初，中国逐步开始优化和改进et-6制动器的机械结构，使其成为一种两端可同时操作的空气制动器，最终定名为el-14空气制动器。当时制造的el-14制动器主要用于蒸汽机车和内燃机车，这大大改善了中国铁路的整体运输外观。20世纪70年代末，JZ-7型空气制动机和DK-1型电动空气制动机在我国相继研制并投入使用，这是我国第二代机车制动机。JZ-7型制动器是四方机车车辆研究所通过对JZ-6型空气真空两用制动器进行结构改造而研制的。主要由自动制动阀、继动阀、分配阀、动作阀和双机重联阀组成。当时，它成为我国铁路内燃机车的主制动器。DK-1电空制动机通过电磁阀控制空气管路。制动器的结构部件与JZ-7制动器大致相似。这是我国机车制动机发展史上首次采用电空制动机的控制方式。2HXD3型电力机车CCBⅡ制动机结构与功能概述2.1HXD3型电力机车制动机结构分析图1制动控制柜示意图从图1制动控制柜示意图可以看出，制动控制柜上装有很多关键阀类部件，其中不仅有司机制动阀EUROTROL和分配阀，还有转向架中继阀和直通制动中继阀等，这些阀类部件所使用的安装方式都使用板前安装，这样既能简化布管，也能使组装和检修变得简单。2.1.1自动制动控制器自动制动控制器安装在司机室内，其结构如图2所示。通过垂直手柄操作，垂直手柄可分别置于释放位置、快速释放位置、操作位置、常用制动位置和紧急制动位置。操作位置和紧急制动位置是手柄可以停止的位置；如果手柄不能停在释放、快速释放或常用制动位置，则一旦松开手，手柄将自动返回运行位置。当手柄置于空档位置时，列车管内的压力保持不变；当手柄置于紧急制动位置时，列车管内压力迅速降至零，实现列车紧急制动；当手柄置于常用制动位置或释放位置时，列车管的减压或增压与手柄的停留时间成正比。因此，列车管的压力可以分段降低或升高，即阶段制动或阶段释放的功能。图2自动制动控制器自动制动控制器的“电控”模式控制原理如图3所示:在一般情况时列车制动作用是通过制动控制单元BCU进行控制；当BCU发生故障时，则通过备用制动模块进行控制。图3自动制动控制器“电控”模式控制原理BCU控制将操纵手柄置于不同位置，并向制动控制单元BCU发送制动或释放的电气指令。BCU根据接收到的指令进行相关计算，并发送相应的电信号，以打开或关闭电空制动控制模块中的每个电磁阀，从而改变中继阀的预控制压力，即平衡气缸内的气压，从而控制列车管内的气压，实现对整列车制动或缓解的控制。备用制动控制是在BCU发生故障时进行动作，自动制动控制器通过备用制动模块直接改变中继阀的预控压力，实现全列车制动或缓解的控制。2.1.2司机制动阀司机制动阀接收来自BCU的制动信号或缓解信号，然后根据接收到的信号调整列车管内的压力，以控制列车实施制动或缓解。驾驶员制动阀主要包括以下部件：减压阀、释放电磁阀、制动电磁阀、空档阀、安全电磁阀、中继阀和压力传感器。其工作原理是通过电信号控制缓解电磁阀和制动电磁阀的动作，控制预控压力，然后合理控制中继阀的开度，实现列车管压力的精确控制。其工作原理如图4所示。图4司机制动阀气动原理图2.1.2.1调压阀DE-PI主风管与气源相连，为司机制动阀供气，但主风管内气压大且不稳定。Depi调压阀将主风管的压力调节到650℃uu5kPa以内，主要功能是防止高于过充的空气压力直接作用在继动阀上。2.1.2.2电磁阀制动电磁阀ve（SG）、释放电磁阀VE1（DG）和ve2（DG）协同工作，以实现对预控制压力re的精确控制。当释放电磁阀VE1（DG）通电时，预控压力重新升高（制动后释放）；当制动电磁阀ve（SG）通电时，预控压力re降低（制动效果）。当释放电磁阀VE1（DG）出现故障时，释放电磁阀ve2（DG）用作补充。安全电磁阀ve（SEC）必须始终通电。一旦紧急情况下需要紧急制动，它可以产生初始制动压力。一旦电源出现问题，电磁阀将处于断电状态，使均衡风缸中的压缩空气立即排放到大气中。当制动电磁阀ve（SG）出现故障时，安全电磁阀ve（SEC）将用作冗余，以确保驾驶安全。2.1.2.3中立阀VV(N)空档阀vv（n）内置在驾驶员制动阀中，由电磁阀ve（n）控制，以防止主风管向中继阀Q（P）CG供气，从而停止向列车管的流量输出。该命令可通过BCU或由驾驶员控制的三位空档开关获得。2.1.2.4中继阀Q(P)CG中继阀向列车管提供压力气体，使列车管内的气压与预控压力re保持一致，中继阀具有一定的流量放大作用。2.1.3制动控制单元制动控制单元BCU控制驾驶员制动阀的气动装置。BCU通过FIP总线与列车计算机连接，通过RS422串行通信通道与Locotrol远程重联控制装置连接。如图5所示，由自动制动控制器确定的输入信号或来自机车遥控装置的制动指令被传输到BCU，以计算均衡气缸的压力，然后发送命令控制每个电磁阀组件，通过闭环控制获得列车制动或缓解所需的预控制压力re。图5BCU闭环控制原理图2.1.4分配阀模块每节机车的两台转向架共用一个分配阀模块，分配阀模块包括分配阀、副风缸、控制风缸、分配阀截断塞门以及转向架中继阀等部件，其气路原理如图6所示。图6分配阀模块气路原理图2.1.4.1分配阀从分配阀模块的气路示意图可以看出，Rb（is）CP/CG旋塞可以将分配阀与主风管和列车管隔离。可通过SW4分配阀的客货列车转换手柄改变制动器的运行方式，以控制列车管的恒压。位于货车位置时，列车管恒压500kPa；当处于乘客位置时，列车管的恒压为600kpa。转换手柄下的微动开关可以将转换手柄的动作位置信息传输给牵引力控制单元。2.1.4.2副风缸总风管通过FI-RB(IS)CP过滤器和RB(IS)CP隔离塞门持续给副风缸进行供风。副风缸为机车空气分配阀、转向架中继阀和停放制动装置等提供所需的压缩空气。2.1.4.3控制风缸控制气缸通过分配阀充满空气。通过打开和关闭旋塞Rb（is）RC，可以将制动器置于主释放位置和阶段释放位置。当旋塞Rb（is）RC打开时，如果机车处于释放状态且列车管压力大于300kPa，压差控制阀vv（RT）RC将检测列车管与R（T）气缸之间的压差。当压差大于20KPa时，控制风缸为列车管提供压力空气；当压差低于20KPa时，控制风缸至列车管的充气通路将关闭，分配阀将再次向控制风缸补充空气。2.1.5转向架中继阀模块转向架中继阀模块主要用于向转向架制动装置供气。如图7所示，机车空气分配阀产生的预控压力由转向架中继阀Q（P）FR2接收。中继阀的输出压力通过制动缸隔离旋塞传递到转向架制动缸，制动缸压力为（375±10）kPa。电动气动转换电磁阀ve-q（P-COM）f联锁空气分配阀输出的空气压力。当无法使用空气制动时，中继阀的先导压力将在4-5s内通过dia-ve2-q（P-COM）f的排气孔排出。图7转向架中继阀模块气路原理图2.2HXD3型电力机车制动机功能电力机车空气制动主要包括两部分：机车制动控制部分和基本制动部分。空气制动在整个列车制动中起着重要作用。列车管内气压控制的准确性直接影响到整个列车的制动性能。以HXD3型电力机车为研究对象，分析了整台机车空气制动机的作用。机车制动机包括三条管路：主风管、列车管和平均管。主风管为列车的管路、气缸及各种阀门部件提供气源；机车列车管与车辆列车管连接，保证机车通过控制列车管压力及时调整整列车制动缸压力；平均管主要用于控制重联机车制动缸的压力，使两台机车的制动和缓解功能保持同步。机车制动主要分为四种方式：独立制动、常用制动、紧急制动和停放制动。2.2.1单独制动功能机车单独制动通常在机车单独驾驶(如调车时)采用，它是一种直接向转向架制动缸供风的制动模式。其气路原理如图8所示。图8单独制动模块气路原理图当机车处于分离制动模式时，分离制动控制器直接控制分离制动中的电磁阀。当电磁阀处于断电状态时，主风管直接向制动缸提供压缩空气；如果电磁阀有问题，Rb（is）FD旋塞将隔离单独制动产生的输出。减压阀将先导气回路中的最大压力限制在300kPa。如果将单独的制动控制器移至制动位置，ve1fd和ve2fd电磁阀在接收到电信号后处于断电状态，Q（P）fd中继阀的先导室通过300±10KPA的压力调节阀充气，制动缸将达到相同的压力并施加制动效果；当独立制动控制器移动到释放位置时，ve2fd电磁阀通电，使Q（P）fd中继阀的先导室压力通过直径（SG）fd孔逐渐排放到大气中，制动缸压力将逐渐降低；当独立制动控制器移至空档位置时，ve1fd电磁阀通电，ve2fd电磁阀断电。此时，Q（P）FD中继阀的先导室将保持恒定。2.2.2常用制动功能常用制动模式是制动器最常用的制动功能，用于控制列车的减速和停车。通常可以完成列车的分阶段制动和分阶段缓解。HXD3型电力机车的制动方式主要依靠电制动和空气制动的复合制动。首先考虑的是电制动。当电制动不足时，自动制动控制器控制列车管内的气压，实施空气制动。常用制动的基本模式如图9所示。图9常用制动基本模式BCU接收到制动指令后，司机制动阀中的压力传感器以模拟信号的形式将均衡气缸中的气压传输给BCU。BCU根据信号发出指令，控制制动电磁阀和缓解电磁阀的通电或断电，以调节列车管压力的降低或升高；SW4分配阀根据列车管压力将辅助风缸的供风或排风分配到制动缸，实现整列车的制动和缓解。2.2.3紧急制动功能紧急制动模块由紧急电磁阀、紧急排风阀和紧急阀隔离塞门组成，其气路原理图如图10所示。图10紧急制动模块气路原理图紧急制动模块使用高速开关电磁阀控制气动阀进行相应的机械动作。当紧急电磁阀1或紧急电磁阀2通电时，列车管通过紧急排气阀直接与大气相连，进行快速排气，实施紧急制动。为了防止列车管因紧急排气阀突然失效而膨胀，增加了紧急阀隔离旋塞，以隔离紧急制动模块。在紧急阀隔离旋塞和紧急排气阀的上端安装有微动开关，用于监测和判断紧急排气阀和紧急阀隔离旋塞的工作状态。紧急制动功能在紧急制动中，司机操作司机室的紧急制动设备后，采用电制动和空气制动进行联锁制动，保证列车在紧急情况下的最大减速度。通过自动制动控制器或安全回路的紧急按钮或紧急电磁阀，打开直径为25mm的排气孔进行快速排气，以快速降低列车管的压力。同时，制动控制单元BCU检测到微动开关的状态，并开始控制列车实施紧急制动，以获得最大减速度并快速停车。机车的逻辑控制还可以实现机车的紧急制动。在重型联合列车中，从机车通过机车控制系统接收主机车发送的信息，实施紧急制动。2.2.4停放制动功能当机车长时间停留在斜坡上时，为防止机车单机溜放，须实施停放制动以保障机车安全。停放制动模块的气路原理图如图11所示。图11停放制动模块气路原理图当机车处于停放制动状态时，通过列车管的排气实现自动空气制动。在分配阀的控制下，辅助风缸通过双稳态电磁阀持续向制动缸供气。如果机车长时间停放，由于外部泄漏，辅助风缸内的气压会逐渐降低。此时，弹簧将逐渐动作，以确保制动效果。2.3空气流动特性2.3.1空气在列车管中的流动特性列车管是一个细长的风道，空气属于弹性材料。管壁阻力对气流的阻力不容忽视，空气在列车管内的传播会产生压降。空气压降的传播是一种类似于声波的空气波，但它不能以某种形式在周围扩散，只能沿列车管向后传播。列车管中的减压波是振动波的一种形式，它在压缩空气空间中传播，并具有相应的振动规律。列车管内壁的阻力使空气流速远小于减压波速，减压过程中的气流方向与压降波的传播方向相反。2.3.2空气通过节流孔时的流动特性气体通过收缩喷嘴的流动状态与节流孔相似，是气体处于流动状态时从大截面向小截面的过渡。因此，通过分析通过节流孔的气体质量流量，可以得到通过收缩喷嘴的气体质量流量。当气体通过收缩喷嘴时，假设它以理想气体的形式通过喷嘴，气流为一维等熵流。当容器中的压力和温度保持恒定时，收缩喷嘴中的压力和温度将与容器中的压力和温度一致。3HXD3型电力机车CCBⅡ制动机故障分析及处理3.1HXD3型电力机车制动机故障分类3.1.1控制电路故障在和谐机车上，驱动控制阀的制动器在微机控制的电-气模式下运行。同时，许多阀门部件都有电气连接点，并长时间返回BCU。制动转换控制系统采用电气控制方式，控制电路经常出现故障。操作功能不正确的原因有：虚拟端子、插头和插座松动、电路焊接故障、变阻器和二极管损坏。打开电动气动阀线圈，将控制电缆短路并接地，将导致执行器故障。因此，一些控制电路故障时有发生。3.1.2气动部件故障这类故障主要发生在启动部件的滑动部件中。它通常出现在阀门的滑动部件中。例如，由于缺少润滑脂，各种应急配气阀的零件会卡住，导致气路无用；由于长时间工作，弹簧损坏，阀门零件也会出现问题；如果橡胶件老化后脱落，气路会堵塞或放气，制动器的制动效果会降低。阀门小孔堵塞也会干扰阀门的正常运行。3.1.3管路及其连接部分故障这些故障主要是堵塞和泄漏。例如：接头漏风、风管漏风、砂管堵塞等。该故障一般比较明显，主要是堵塞和泄漏。阀座隐蔽孔的泄漏会排出一些空气。例如，在冬季，具有排水和过滤功能的部件可能会被灰尘或冷冻水堵塞，管道中混合的机械杂质会导致弯曲部件和直径以及空气管接头和管道堵塞。零件的安装表面经常泄漏。3.1.4因操作不当造成的故障在使用机车之前，驾驶员是否充分研究并掌握了驾驶员控制阀制动机的功能和原理？在操作机车时，机车是否可以根据制动器的操作要求进行操作直接与故障的发生有关。如果机车运转，违反规定并且处理不当，制动机将发生故障。3.2HXD3型电力机车制动机故障处理3.2.1主控机车中的故障处理主控机车故障，这就是我们所说的备用制动问题。如果故障发生在主控机车的a端，司机必须转动a机车的rbfse旋塞，并将其转换为B部分的制动器进行控制。在运行过程中，当a部分的rbfse旋塞关闭时，该端的驾驶员制动阀被隔离，vv（is）rm阀中的先导压力被消除；同时，B部分的ve-umrm阀失去了控制列车管道的动力。这样，司机制动阀从B部分接收到的来自a部分的控制信号将用于控制机车制动和缓解、过充、快速缓解和紧急制动。这种处理方法是一种特殊的方法，用于驾驶员在工作途中遇到制动问题。当电气控制系统出现问题时，最简单的方法是改变空气位置进行操作。在《问题应急解决方案表》中，如果我们谈到改为空平运行，则应在机车正常空平运行的基础上进行。为了消除电子控制系统影响“空气水平”运行的隐患，我们必须将153换向阀旋转到空气水平，关闭14zk，形成完全依靠空气控制的制动方法。3.2.2从控机车中的故障处理在机车运行期间，如果无线再接合机车的A端存在严重故障，则A部分的BCU将自动隔离驾驶员的制动阀，此时BCU命令=1。同时，B端的BCU开始控制列