CCBII制動機EBV工作原理分析及常見故障探討

陳志申

(上海鐵路局 杭州機務(wù)段， 浙江杭州 310002)

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CCBII制動機EBV工作原理分析及常見故障探討

陳志申

(上海鐵路局 杭州機務(wù)段， 浙江杭州 310002)

簡要介紹了CCBII制動機系統(tǒng)和電子制動閥EBV的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，對EBV常見故障及產(chǎn)生的原因進行歸納分析，并提出了對策措施。

CCBII制動機； EBV； 故障； 對策

CCBII制動系統(tǒng)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的電空制動控制系統(tǒng)，按照美國鐵路協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(AAR)以26-L制動機為基礎(chǔ)而設(shè)計的。該制動機利用現(xiàn)場可替換單元(LRU)設(shè)計形成一種分布式結(jié)構(gòu)，每個可替換單元模塊包含自診斷功能。制動機具備識別、重新組合和發(fā)生故障時備份關(guān)鍵部件多項冗余功能。每個LRU利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互聯(lián)并相互實時通訊，實現(xiàn)各種制動功能的控制。制動機由電子制動閥(EBV)、中央處理器模塊(IPM)、繼電器接口模塊(CJB)、制動顯示屏(LCDM)和電空控制單元(EPCU)5個主要部件組成。EBV包括自動制動閥(大閘)和單獨制動閥(小閘)，通過操縱手柄直接給EPCU發(fā)送指令，并通知IPM進行邏輯控制。IPM是CCBII系統(tǒng)的中央處理器，通過網(wǎng)絡(luò)和EPCU、CJB、EBV、LCDM通訊，還通過多功能列車總線(MVB)與機車中央控制單元(CCU)進行通訊。CJB是IPM與機車間進行通訊的繼電器接口，信號輸入部分包括：安全裝置(ATP)產(chǎn)生的懲罰制動和緊急制動信號，A/B端司機室操作激活信號，再生制動投入信號，MREP壓力開關(guān)工作狀態(tài)信號，機車速度信號。信號輸出部分包括：緊急制動信號，動力切除(PCS)信號，撒沙動作信號，再生制動切除信號，重聯(lián)機車故障信號。LCDM是人機接口，可用來選擇制動模式、轉(zhuǎn)換列車管的投入/切除、均衡風(fēng)缸(ER)整定壓力設(shè)定、選擇列車管壓力的補風(fēng)/不補風(fēng)、顯示空氣制動診斷記錄、系統(tǒng)狀態(tài)和報警信息，實時顯示均衡風(fēng)缸、列車管、總風(fēng)缸、制動缸壓力值以及列車管流量。EPCU包括均衡風(fēng)缸控制模塊(ERCP)、16控制部分(16CP)、列車管控制部分(BPCP)、20控制部分(20CP)、13控制部分(13CP)、制動缸控制部分(BCCP)、供電控制盒(PSJB)、DB三通閥(DBTV)8個LRU，控制機車空氣管路系統(tǒng)的壓力，其中前5個LRU是智能的，通過網(wǎng)絡(luò)通信。CCBII制動機控制構(gòu)架框圖如圖1所示。

圖1 CCBII制動機控制構(gòu)架框圖

1 EBV內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理簡介

電子制動閥(EBV)內(nèi)部由機械閥、彈簧開關(guān)、信號采集模塊、LON通訊模塊組成，實現(xiàn)自動制動、單獨制動、單獨緩解、緊急制動功能。通過推拉EBV制動手柄控制2個滑動變阻器和7個彈簧開關(guān)。由信號采集模塊處理滑動變阻器的阻值和彈簧開關(guān)的吸合、斷開情況，變換計算得到精準(zhǔn)的壓力控制效果?；瑒幼冏杵骱蛷椈砷_關(guān)在EBV內(nèi)部的位置如圖2所示。

圖2 EBV內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

EBV內(nèi)部滑動變阻器和彈簧開關(guān)的型號及代碼如表1所示。

表1 EBV內(nèi)部滑動變阻器和彈簧開關(guān)代碼及型號

其中，滑動變阻器AP和IP實現(xiàn)EBV精準(zhǔn)的壓力控制；限位開關(guān)(AE1、AR、IF、IR)協(xié)助EBV判斷制動手柄位置，并實現(xiàn)EBV校準(zhǔn)功能；彈簧開關(guān)AE2是大閘緊急位時的機械連鎖，并控制EBV輸出MV53信號控制列車管切除(BVO)命令；動作開關(guān)BO1和BOBU采取機械聯(lián)鎖方式控制，BO1實現(xiàn)EBV的單緩命令判斷功能，BOBU為單緩后備機械開關(guān)。EBV手柄在不同位置，變阻器阻值和彈簧開關(guān)的位置如表2所示。

表2 EBV大小閘手柄位置與部件對應(yīng)關(guān)系表

EBV模塊的控制核心是EBVCN(EBV智能節(jié)點)，EBVCN循環(huán)采集滑動變阻器阻值和彈簧開關(guān)的位置，首先根據(jù)阻值和開關(guān)狀況確定當(dāng)前大小閘手柄位置，然后根據(jù)滑動變阻器的阻值和乘務(wù)員在制動屏中設(shè)置的均衡風(fēng)缸定壓(500 kPa或600 kPa)，計算均衡風(fēng)缸的目標(biāo)壓力值，并通過Lonworks總線向IPM和EPCU發(fā)送目標(biāo)指令。

在機車主控或單機運行狀態(tài)，EBV處于"操縱端"模式，受控于司機；在補機和從控狀態(tài)運行時，EBV處于"非操控端"模式，僅有緊急制動作用。EBV內(nèi)有一個機械驅(qū)動排氣閥，即使在機車及蓄電池?zé)o電情況下，當(dāng)自動制動閥手柄置緊急位時觸動排氣閥動作，引發(fā)NB-11制動閥排風(fēng)從而造成列車管快速排風(fēng)。

2 EBV故障情況及原因分析

杭州機務(wù)段于2012年第4季度配屬HXD1B型機車90臺，該型機車配裝CCBII制動系統(tǒng)，自投入運用以來，電子制動閥(EBV)故障一直居高不下。2012年12月至2013年9月期間，機車運行途中多次發(fā)生EBV故障，共計更換15臺。嚴(yán)重影響正常的運輸秩序，給行車帶來安全隱患，并且產(chǎn)生了大量的檢修成本。根據(jù)分析統(tǒng)計，EBV故障主要有以下幾方面。

2.1 EBV手柄松動故障

運用機車EBV的使用相當(dāng)頻繁，大、小閘手柄出現(xiàn)晃動現(xiàn)象。手柄晃動一方面直接影響司機操縱的正常感知，推拉過程中難以準(zhǔn)確把控手柄位置。另一方面手柄晃動導(dǎo)致活動變阻器阻值不穩(wěn)定及彈簧開關(guān)開、斷狀態(tài)突變的情況，IPM和EPCU可能得到錯誤的指令。分解EBV探查可知，EBV內(nèi)部大、小閘手柄的組裝過于簡單，手柄僅靠一個5 mm的螺釘固定，隨著使用時間的增加，螺釘松動導(dǎo)致手柄晃動。

2.2 EBV置運轉(zhuǎn)位非正常制動故障

機車運用途中EBV置運轉(zhuǎn)位正常運行時，均衡風(fēng)缸管(ER)自動減壓故障時有發(fā)生，制動管(BP)響應(yīng)ER變化使列車產(chǎn)生制動。故障原因主要有以下幾方面。

(1)EBV智能節(jié)點(EBVCN)本身損壞故障。導(dǎo)致智能節(jié)點無法循環(huán)采集滑動變阻器阻值和彈簧開關(guān)的位置。IPM監(jiān)測到此故障后，控制均衡風(fēng)缸管(ER)減壓50 kPa，制動管(BP)響應(yīng)ER的變化，造成列車非正常制動。

(2)數(shù)據(jù)傳輸故障。EBV智能節(jié)點連接插件上的插針因松動、虛焊致使接觸不良，造成數(shù)據(jù)無法傳輸。正常工作時，EBV每100 ms周期性地向IPM發(fā)送生命信號。當(dāng)IPM在4 s內(nèi)未能檢測到該生命信號，則會報085故障，引導(dǎo)制動機為非操縱端模式，當(dāng)IPM重新檢測到EBV生命信號后，發(fā)送懲罰制動指令。EBV大閘置抑制位，恢復(fù)正常功能。因此，當(dāng)出現(xiàn)085故障時，應(yīng)該檢查EBV至EPCU的電纜連接狀態(tài)，確認(rèn)信號傳輸是否暢通。

(3)位置開關(guān)故障。制動機對EBV手柄位置的邏輯判斷基于EBV內(nèi)部滑動變阻器的輸出值及位置開關(guān)狀態(tài)的相互對照。當(dāng)大閘在運轉(zhuǎn)位時，EBV內(nèi)的變阻器指示手柄在運轉(zhuǎn)位。如果此時位置開關(guān)故障，位置開關(guān)就無法正確指示手柄在運轉(zhuǎn)位，其輸出值指示與變阻器輸出值指示相矛盾。IPM監(jiān)測到此故障后，控制均衡風(fēng)缸管(ER)減壓50 kPa，制動管(BP)響應(yīng)ER的變化，造成列車非正常制動。

2.3 司機室空調(diào)冷凝水造成的EBV故障

統(tǒng)計顯示，暑期高溫期間是EBV故障的高發(fā)期。故障機車回段整備檢查、機能試驗期間，發(fā)現(xiàn)EBV、LCDM及司機室電器部件表面有大量冷凝水，特別是安裝于操作臺上下部的空調(diào)出風(fēng)口處冷凝水最多。通過檢查排除了雨水和清潔機車用水進入司機室的可能性。可以確定機車運行途中使用空調(diào)制冷時司機開窗瞭望，或者地勤作業(yè)人員機能試驗時，空調(diào)處于制冷狀態(tài)，而司機室門窗未關(guān)閉，室外熱空氣與司機室內(nèi)較涼的部件接觸后，生成冷凝水。于是我們懷疑是部分冷凝水進入了相關(guān)制動配件導(dǎo)致故障的發(fā)生。

對1臺預(yù)報有運轉(zhuǎn)位自動減壓50 kPa故障機車的EBV進行現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)故障重現(xiàn)，同時還預(yù)報085故障代碼?，F(xiàn)場拆解EBV發(fā)現(xiàn)連接插件內(nèi)DB44接頭有液體漬痕。將漬痕擦凈并烘干，再進行測試，故障消失。試驗證明EBV內(nèi)侵入冷凝水后，導(dǎo)致接插件中有水漬，干擾了EBV的正常工作。

克諾爾公司NYAB試驗室在EBV連接插件的DB44接頭內(nèi)注入水，系統(tǒng)通電，將大閘手柄置于運轉(zhuǎn)位，系統(tǒng)監(jiān)控15 min后，均衡風(fēng)缸管(ER)減壓50 kPa。ER減壓后持續(xù)15 s，壓力回到正常初始設(shè)定值，且系統(tǒng)沒有故障日志記錄，同現(xiàn)場發(fā)生的故障現(xiàn)象一致。

為了進一步驗證上述結(jié)論，我們對EBV、LCDM及司機室電器部件表面產(chǎn)生冷凝水的現(xiàn)象進行了模擬試驗。開啟司機室空調(diào)制冷，根據(jù)外間氣溫設(shè)定空調(diào)制冷溫度，當(dāng)司機室內(nèi)達到設(shè)定溫度后，保持空調(diào)制冷狀態(tài)，然后開啟司機室門窗使熱空氣進入。溫差越大，冷凝水越多。

3 對 策

(1)CCBII制動機EBV手柄松晃現(xiàn)象在機車投入運用一年后普遍發(fā)生，可通過選用較大規(guī)格的螺釘或增加固定螺釘數(shù)量來改善手柄固定狀態(tài)，減少此類故障。

(2)HXD1B型機車通過升級制動機軟件后大幅度減少了非正常制動故障。原因是新版軟件忽略了大閘在運轉(zhuǎn)位時位置開關(guān)的狀態(tài)，從而避免了位置開關(guān)故障后其輸出指示與變阻器輸出指示相矛盾而產(chǎn)生ER自動減壓故障。在位置開關(guān)故障徹底解決前，通過更新制動機軟件來避免非正常制動現(xiàn)象具有很好的實際應(yīng)用效果。

(3)作為機車使用方，為避免暑期空調(diào)冷凝水對機車司機室內(nèi)制動、電器部件的危害，減少EBV運轉(zhuǎn)位非正常制動故障的發(fā)生。一是在暑期機車空調(diào)使用和管理上制定相應(yīng)措施。運行途中將司機室空調(diào)控制開關(guān)置于自動位或26℃的位置，盡量減小與司機室外部的溫差。機車回機務(wù)段整備檢查、機能試驗期間必須關(guān)閉門窗，減少冷凝水的產(chǎn)生。二是在EBV、LCDM等制動配件的檢修過程中增強其密封程度，同時也建議制造商在制造工藝上提高其密封性和防水等級，可以有效減少冷凝水的侵入。三是考慮將司機室空調(diào)出風(fēng)口位置盡量遠(yuǎn)離制動、電器部件較多的操縱臺，譬如將出風(fēng)口安裝在司機室后方的頂部。但由于和諧型電力機車目前技術(shù)改造申報程序繁瑣，管理嚴(yán)格，現(xiàn)階段較難實施。

4 結(jié)束語

結(jié)合CCBII制動機和EBV的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，從機車現(xiàn)場的實際運用出發(fā)，通過現(xiàn)場測試和模擬試驗，并引用了克諾爾公司NYAB試驗室的試驗成果。對EBV常見故障的產(chǎn)生原因進行了較詳盡的分析和闡述，并根據(jù)故障現(xiàn)象提出相應(yīng)的對策措施。杭州機務(wù)段自2013年9月采取上述對策措施以來，尤其是暑期機車途中運行和回機務(wù)段整備檢查、機能試驗期間加強對空調(diào)規(guī)范使用的監(jiān)管，EBV故障大幅減少，同比下降了50%左右，有效減少了列車運行安全隱患。上述對策措施對杭州機務(wù)段CCBII制動機的檢修和運用具有較大的指導(dǎo)意義，也可供其他檢修、運用部門參考借鑒。

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Discussion on Working Principle and Fault Analysis of CCBII Brake and EBV

CHENZhishen

(Hangzhou Locomotive Depot, Shanghai Railway Bureau, Hangzhou 310002 Zhejiang, China)

This paper briefly introduces the basic structure and working principle of CCBII brake system and electronic brake valve (EBV), analyzes the common faults and causes of EBV, and puts forward the countermeasures.

CCBII brake; EBV; fault; countermeasures

1008-7842 (2015) 03-0077-03

??)男，工程師(

2014-11-07)

U260.352

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.03.19