HXD2型機車牽引力切除故障分析與措施

徐鑫海

(大秦鐵路股份有限公司 湖東電力機務(wù)段， 山西大同 037000)

HXD2型機車是大秦鐵路重載運輸?shù)闹髁C型[1]，在運用中多次發(fā)生運行速度達(dá)到10 km/h后機車牽引力切除故障，導(dǎo)致無法繼續(xù)運行。技術(shù)資料中，對此故障的表述為“運行速度達(dá)到10 km/h后，如果列車管壓力不足585 kPa，機車會自動切除牽引力”。在采取針對性措施后，此故障依舊多次發(fā)生，給大秦線重載運輸秩序造成了嚴(yán)重影響，也給2.1萬t重載列車的運行帶來了極大的安全隱患，同時也說明了該故障的準(zhǔn)確原因并未找到。

通過分析HXD20003號故障機車數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該車速度達(dá)到10 km/h后，列車管壓力充已至590 kPa，仍發(fā)生切除牽引力故障，與技術(shù)資料中對此故障的表述不吻合。為了找出故障發(fā)生的準(zhǔn)確原因，通過研究HXD2機車控制原理以及長期實車試驗確定了ATF模式進入與退出機制，進而明確了此類故障發(fā)生條件，并制定了相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 故障概況

HXD20003機車啟動后，速度達(dá)到10 km/h時，列車管壓力590 kPa，出現(xiàn)牽引力自動切除故障，機車輔助顯示屏牽引力指示條自動回零，列車無法繼續(xù)運行。

通過對故障機車LKJ數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，此車在故障發(fā)生前被編組至補機位置(圖1)，且列車管壓力被本務(wù)機車充到過600 kPa以上(圖2)。本務(wù)機車實施制動減壓至380 kPa后停車摘機(圖3)，此時HXD2機車轉(zhuǎn)為本務(wù)機車運行，緩解制動，列車管壓力充至590 kPa(圖4)，開車后速度達(dá)到10 km/h后，故障發(fā)生。

圖1 機車交路LKJ數(shù)據(jù)

圖2 機車擔(dān)當(dāng)補機時LKJ數(shù)據(jù)

圖3 本務(wù)機車摘機時LKJ數(shù)據(jù)

圖4 HXD2機車轉(zhuǎn)本務(wù)后LKJ數(shù)據(jù)

利用E-train軟件對故障機車數(shù)據(jù)進行了分析，發(fā)現(xiàn)在故障發(fā)生時機車TCU持續(xù)報出故障代碼E0-27-81：ME_ASSTF: Asservissement de la tr au fs(圖5)。該代碼含義為：機車進入ATF(牽引/制動隨動)模式。

圖5 機車故障數(shù)據(jù)

2 故障原理分析

2.1 HXD2機車列車管壓力信號傳輸處理原理

HXD2機車牽引控制模式為軸控模式，在列車管壓力信號傳輸方面與其他機型的不同點在于HXD2機車每軸都設(shè)置一個列車管壓力傳感器，單節(jié)車4個，全車共8個。每個壓力傳感器將壓力信號分別送至各軸牽引控制單元(TCU)，各軸牽引控制單元(TCU)接收各自列車管壓力傳感器信號，并將此壓力信號通過FIP網(wǎng)絡(luò)進行交換處理，得出列車管壓力變量計算值，壓力信號傳遞處理原理見圖6。

圖6 HXD2機車列車管壓力信號傳輸處理原理

HXD2機車牽引控制單元(TCU)對列車管壓力計算時使用3個變量計算值：

a_pcg_ref為機車制動機緩解完成后列車管壓力計算值。

a_pcg為列車管實時壓力計算值。

a_dpcg為a_pcg_ref與a_pcg之間的差值，即制動時列車管壓力下降計算值。

3個變量計算值與列車管實際壓力值間換算關(guān)系見式(1)：

變量計算值=列車管實際壓力值/100

(1)

3個變量計算值在機車制動機處于不同狀態(tài)時存在如下關(guān)系：

當(dāng)機車制動機處于完全緩解狀態(tài)時：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=0

(2)

當(dāng)機車實施制動或緩解未完成時：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg>0

(3)

2.2 ATF(牽引/制動隨動)模式進入與退出原理

當(dāng)機車牽引控制單元(TCU)處于牽引模式運行速度大于10 km/h時，如果機車牽引控制單元(TCU)檢測到列車管壓力下降超過25 kPa(a_dpcg>0.25)，機車將進入ATF模式。在此模式下機車牽引指令被抑制，只有退出此模式后才可以再次施加牽引力。進入ATF模式后，a_pcg_ref的值將被鎖定，直至退出ATF模式后該值才會被重置。

進入ATF模式后，只有當(dāng)機車牽引控制單元(TCU)檢測到a_dpcg計算值小于0.15(15 kPa)或者機車斷合蓄電池后，機車才會退出ATF模式。此時在機車完全緩解后，a_pcg_ref的計算值被重置。ATF模式進入與退出原理見圖7。

圖7 ATF模式進入與退出原理圖

2.3 HXD2機車制動機使用機制

HXD2機車為兩節(jié)重聯(lián)機車，采用Eurotrol制動系統(tǒng)[2]。車上每節(jié)都裝有一套獨立的制動系統(tǒng)，運行時，只使用一套制動系統(tǒng)。正常情況下，只使用操縱節(jié)的制動系統(tǒng)，如操縱節(jié)制動系統(tǒng)發(fā)生故障，則可以使用“備用”功能，此時機車使用非操縱節(jié)制動系統(tǒng)。兩節(jié)機車制動系統(tǒng)緩解時的列車管壓力可分別進行人工標(biāo)定。標(biāo)定后，使用操縱節(jié)(或非操縱節(jié))制動機實施緩解后列車管壓力最大只能達(dá)到該節(jié)制動系統(tǒng)標(biāo)定壓力。HXD2機車作為補機運行時，制動系統(tǒng)轉(zhuǎn)至“重聯(lián)”位，此時緩解制動時的列車管壓力由本務(wù)機車制動系統(tǒng)標(biāo)定壓力決定。

3 故障原因分析

按照前期技術(shù)資料中所列“運行速度達(dá)到10 km/h后，如果列車管壓力不足585 kPa機車會自動切除牽引力”條件對HXD20003機車故障進行分析。

按照“ATF(牽引/制動隨動)模式進入與退出原理”對HXD20003機車故障進行分析。

從圖5所示的故障數(shù)據(jù)可知，發(fā)生故障時，機車各牽引控制單元的a_pcg計算值均在5.9(590 kPa)左右，a_dpcg計算值均在0.19(19 kPa)左右，兩者相加得到a_pcg_ref計算值在6.09(609 kPa)左右。該a_pcg_ref計算值是在該車作為補機運行時，由于本務(wù)機車列車管壓力標(biāo)定較高，制動機緩解時的列車管壓力得出。

由圖2所示的HXD20003機車LKJ數(shù)據(jù)可知，當(dāng)本務(wù)機車減壓至520 kPa時，機車運行速度11 km/h>10 km/h，此時：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=6.09-5.20=

0.89>0.25

(4)

HXD20003機車進入ATF模式且變量a_pcg_ref計算值被鎖定至6.09。隨后，列車管壓力繼續(xù)降至380 kPa后停車(圖3)。

本務(wù)機車摘掛后，HXD20003機車轉(zhuǎn)為本務(wù)機車緩解制動開車，由于HXD20003機車制動系統(tǒng)列車管壓力標(biāo)定值為590 kPa，緩解后列車管管壓最大只能達(dá)到590 kPa。此時：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=6.09-5.90=

0.19>0.15

(5)

不滿足退出ATF模式條件，所以在速度達(dá)到10 km/h 后發(fā)生故障。

我國現(xiàn)存最早的一部圖書目錄學(xué)文獻(xiàn)，是由東漢著名史學(xué)家班固撰寫的《漢書·藝文志》。班固將劉歆《七略》中的輯略，改為總序置于《漢書·藝文志》開頭，全書分六藝、諸子、詩賦、兵書、數(shù)術(shù)、方技六略，共著錄圖書三十八種，13269卷。《漢書·藝文志》成為我國現(xiàn)存最早的古籍分類目錄，也開創(chuàng)了我國史志目錄的先例。

4 試驗驗證

4.1 加掛試驗

將HXD2機車與SS4機車進行加掛，本務(wù)SS4機車制動系統(tǒng)列車管壓力標(biāo)定至598 kPa，補機HXD2機車制動系統(tǒng)列車管壓力標(biāo)定至580 kPa。SS4機車緩解制動，兩車列車管壓力充至598 kPa，開車速度達(dá)到10 km/h 后，SS4機車減壓至380 kPa使HXD2機車進入ATF模式，隨后停車摘掛。HXD2機車轉(zhuǎn)本務(wù)運行，緩解制動至標(biāo)定壓力580 kPa。利用Agate Family軟件監(jiān)測HXD2機車變量計算值，數(shù)據(jù)顯示此時a_pcg計算值為5.8左右，a_dpcg計算值為 0.18左右(圖8)。HXD2機車開車，速度達(dá)到10 km/h后，機車自動切除牽引力，故障發(fā)生。原因是在兩車加掛運行時，HXD2機車進入ATF模式，a_pcg_ref計算值被鎖定至5.98左右，摘掛后HXD2機車緩解制動列車管最高壓力只能到580 kPa(a_pcg計算值最大只能到5.8)，導(dǎo)致a_dpcg 計算值一直大于0.15，ATF模式無法退出。

圖8 進入ATF模式監(jiān)測數(shù)據(jù)

停車后，將HXD2機車列車管標(biāo)定至590 kPa。此時，監(jiān)測a_pcg計算值為5.9左右，a_dpcg計算值為0(圖9)，原因是緩解至590 kPa后，與前期被鎖定的a_pcg_ref 計算值相差為：

a_dpcg=a_pcg_ref-a_pcg=5.98-5.9=

0.08<0.15

(6)

滿足ATF模式退出條件，ATF模式退出，此時a_pcg_ref計算值已重置為5.9。開車后，速度達(dá)到10 km/h，運行正常。

圖9 退出ATF模式監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.2 單車試驗

根據(jù)HXD2機車制動機使用機制，將兩節(jié)車制動機管壓分別標(biāo)定，操縱節(jié)標(biāo)定至598 kPa，非操縱節(jié)標(biāo)定至580 kPa，使用操縱節(jié)制動系統(tǒng)緩解開車，速度達(dá)到10 km/h后，減壓至380 kPa停車，啟用制動機“備用”功能，緩解制動至非操縱節(jié)制動系統(tǒng)標(biāo)定壓力580 kPa 后開車，速度達(dá)到10 km/h后，牽引力切除故障出現(xiàn)。隨后減壓停車，將非操縱節(jié)制動機列車管壓力標(biāo)定至590 kPa，緩解開車，速度達(dá)到10 km/h后運行正常。與加掛試驗結(jié)果相同。

停車后斷合蓄電池，將此車兩節(jié)制動系統(tǒng)列車管壓力都標(biāo)定至580 kPa，緩解制動至標(biāo)定壓力580 kPa后開車，此時a_pcg計算值為5.8，a_dpcg計算值為0，速度達(dá)到10 km/h，機車運行正常。

4.3 試驗結(jié)論

通過上述試驗證明，HXD2機車引發(fā)10 km/h切除牽引力故障的原因主要是由于機車進入ATF模式，在緩解制動后，a_dpcg的計算值大于0.15，ATF模式未退出所致。技術(shù)資料中表述的“速度達(dá)到10 km/h后，列車管壓力不足585 kPa”這兩個故障發(fā)生條件不準(zhǔn)確。

5 預(yù)防措施

根據(jù)故障原理以及試驗驗證結(jié)果，制定了如下預(yù)防措施：

檢修車間對各級修程的HXD2型機車兩節(jié)制動機列車管壓力均標(biāo)定至596～598 kPa，以保證兩節(jié)車列車管壓力一致且杜絕緩解后壓力過低導(dǎo)致故障發(fā)生。

HXD2型機車在運輸秩序允許的情況下原則上不建議編組至補機位置。如果HXD2機車編組至補機位置，HXD2型機車乘務(wù)員要在一位機車加掛前斷合蓄電池，此時列車管壓力降為零，乘務(wù)員在加掛作業(yè)前不得再緩解制動，待加掛完成后再行作業(yè)；一位機車摘掛后，乘務(wù)員要再次斷合一次機車蓄電池后進行作業(yè)。

HXD2機車換端作業(yè)或使用制動機“備用”功能時，乘務(wù)員如發(fā)現(xiàn)兩節(jié)機車制動系統(tǒng)緩解完成后列車管壓力差大于15 kPa，則須斷合一次蓄電池，再進行作業(yè)。

6 結(jié)束語

通過原理分析及試驗驗證找出了HXD2機車發(fā)生切流故障的根本原因并制定了預(yù)防措施,以保證機車在進入ATF模式后能夠及時退出，緩解狀態(tài)的壓力記錄及時重置。實行該預(yù)防措施以來，該類故障的發(fā)生率極大降低，也為今后對HXD2型機車切流故障分析提供了思路。此外，該類故障也暴露出HXD2機車軟件設(shè)計中，緩解狀態(tài)的壓力記錄清除機制不合理，部分閾值不適應(yīng)于實際運用。如果將進入ATF模式的閾值由0.25調(diào)整為0.3(由于機車初減壓為50 kPa，進入ATF閾值變?yōu)?.3后，不會影響正常進入ATF模式)，將退出ATF模式的閾值由0.15放寬至0.2，這樣ATF模式更容易退出，則可以大幅降低此類故障發(fā)生率，該問題需要在TCMS軟件設(shè)計過程中加以考慮并改進。