HXD3型电力机车停车制动装置故障原因分析与对策

1、HXD3型电力机车弹簧停车制动装置故障原因分析与对策摘 要 HXD3型机车是我国目前广泛运用的大功率交流传动六轴7200kW干线电力机车，自2007年投入运用以来多次发生机车弹簧停车制动装置故障导致运用机车轮对擦伤剥离，严重影响机车正常运用和轮对使用寿命。本文从HXD3型机车弹簧停车制动装置设计原理、控制系统及运用条件出发，深入分析了弹簧停车制动装置动作导致轮对擦伤剥离的原因，提出了解决措施和方案，通过实施取得了良好效果。关键词 HXD3 弹簧制动停车 原因 分析 对策0 引言HXD3型电力机车1、6轴加装有UF型复合型制动缸，该型制动缸集成了气动力驱动的带有单向间隙调整器的常用制动缸以及垂直

2、安装的、弹簧力驱动的停放制动缸，具有占用空间小、便于集中控制等优点。但在实际运用中，因机车弹簧停车制动装置设计、操作等方面存在一些缺陷，频繁发生机车弹簧停车制动装置动作导致运用机车轮对严重擦伤、剥离，多次造成临修、区停，严重影响了机车的正常运用和HXD3型机车轮对使用寿命，已成为影响HXD3型运用安全的一个关键问题。1 问题的提出1.1 弹簧停车制动装置动作导致轮对擦伤情况统计我们对安康机务段配属的HXD3型机车2009年5月份至2010年2月份期间机车弹簧停车制动装置（简称弹停装置，下同）动作导致轮对擦伤情况进行了统计汇总，具体情况见表1。表1：弹簧停车制动装置动作导致轮对擦伤情况统计表序号

3、机车号日期故障情况处理方法备注1HXD3027209-5-3D1、6轮对踏面剥离镟修补机2HXD3027809-5-6D1、6轮对踏面剥离镟修补机3HXD3028809-5-8左右踏面剥离超限镟修补机4HXD3029109-6-3右6轴轮对剥离镟修补机5HXD3028909-7-1右6动轮剥离超限镟修补机6HXD3033309-8-10右动轮剥离镟修补机7HXD3028309-8-12M6动轮擦伤超限镟修补机8HXD3051809-8-14左1轮对剥离超限镟修补机9HXD3027809-8-181左右动轮剥离超限镟轮补机10HXD3022009-8-211左右动轮踏面有一圈拉槽，运行中走行部异

4、音大镟修补机11HXD3053509-8-311左右轮对擦伤镟修补机12HXD3041809-9-31左右6左右动轮剥离镟修补机13HXD3041409-10-10动轮1左,6左右剥离超限镟修补机14HXD3050009-11-181左右动轮踏面擦伤到限镟修补机15HXD3049909-11-181左右动轮踏面擦伤到限镟修补机16HXD3011009-11-186左右动轮擦伤到限镟修补机17HXD3059409-12-161、6轮对擦伤剥离严重镟修补机18HXD3059410-1-201、6轴动轮擦伤镟修1、6轴轮对，更换弹停双向脉动阀、双向节流阀及KP59继电器补机19HXD3027210-

5、2-6M1、6动轮擦伤镟修补机20HXD3059410-2-21右6轮缘剥离超限镟修，切除电控装置观察运用补机21HXD3060010-2-241、6轴动轮轻微擦伤镟修单机统计情况分析：（1）运用机车弹停装置动作均导致1、6轴轮对同一位置擦伤，未及时发现长时间运用后造成区域性剥离，个别机车动轮剥离严重。如2009年12月16日HXD30594机车作为补机运用过程弹停装置动作，乘务员未及时发现，机车1、6轴抱闸从广元南站运行至代家坝站，导致轮对严重剥离（如图1）。（2）HXD3型机车弹停装置动作导致轮对擦伤问题主要是作为重联补机运行时发生，当补机停车制动动作后，压力开关信号进入TCMS后仅对补机

6、切除动力，所以司机一般发现较晚。图1 HXD30594轮对剥离（3）机车回段检查试验，弹停装置均作用正常。因无动作记录，无法确定动作时间，无法判断动作原因属设备质量问题、机车运行中由于电磁干扰误动作还是人为误操作造成。（4）轮对擦伤、剥离后均需对轮对进行镟修处理，按照HXD3型交流传动电力机车运用保养说明书规定，车轮镟轮后，同一轴两车轮滚动圆直径之差不大于0.5mm，同一转向架不大于4mm。频繁的非正常镟修轮对，大大缩减了HXD3型机车轮对的使用寿命，增加了检修成本和工作量。2 原因分析2.1 原理说明： 弹停装置电气控制原理（如图2）：LED494440TCMS851852KP59图2 弹簧

7、停车制动装置电气原理图SA99：弹停扳钮（制动）；SA100：弹停扳钮（缓解）；B40.03.2：脉动电磁阀（动作）；B40.03.1：脉动电磁阀（缓解）；KP59：压力开关；LED：停车制动灯SA99SA100机车弹停装置的动作和缓解是通过机车司机台下方的停放制动扳钮（2位置自复式）控制，由TCMS通过440线获取KP59压力开关动作信号后以状态显示屏“停车制动”LED灯显示弹停装置状态。当停放制动扳钮转至“制动”位（SA99），制动屏柜B40模块的脉动电磁阀（B40.03.2）动作排风，KP59压力开关监测弹停制动管压力达到3.5bar时动作，440线失电，TCMS切除机车动力，同时494

8、线得电，机车状态显示屏“停车制动”指示红灯亮。当停放制动扳钮转至“缓解”位（SA100），制动屏柜B40模块的脉动电磁阀（B40.03.1）缓解充风，KP59压力开关监测弹停制动管压力达到4.7bar时动作，440线得电，TCMS恢复机车动力，同时494线失电，机车状态显示屏“停车制动”指示灯灭。 弹停装置管路控制原理（如图3）：A13A15.02作用.04.05.06K03B92B91.03缓解制动缸管弹停制动管.09A24.224.73.5图3 弹簧停车制动装置管路原理图A13：弹停风缸；A15：总风缸；A24：总风塞门；B91：制动指示牌；B92：弹停指示牌K03：压力开关（3.54.7

9、bar）；B40.02：止回阀；B40.03：脉动阀；B40.04：双向止回阀；B40.05：减压阀；B40.06：弹停塞门；B40.10：缩堵；Z10.22：制动缸塞门B40：弹簧停车模块.10HXD3型机车第一、第六轴上安装有四个弹停装置，机车制动屏柜安装有弹簧停车制动装置控制模块（B40），此模块接受司机控制指令，从而控制机车走行部弹簧停车制动缸压力。当弹簧停车制动缸中的空气压力达到470kpa以上时，弹停装置缓解，允许机车行车；机车停车后，将弹簧停车制动缸中的压力空气排空，弹停装置动作，闸瓦压紧轮对，避免机车因重力或风力的原因溜走。机车停车后通过操作司机室弹停扳钮，可使弹停脉动阀（.0

10、3）中的作用阀得电，然后将弹簧停车制动缸中的压力空气通过弹停脉动阀（.03）排出，弹簧停车制动装置作用。如果需要动车，通过操作司机室弹停扳钮，可使弹停脉动阀（.03）中的缓解阀得电，总风将通过上述通路进入走行部的弹簧停车制动缸，使得弹簧停车制动缸缓解。弹簧停车制动缸缓解，具体通路：总风缸止回阀（.02）弹停风缸（A13）弹停脉动阀（.03）双向止回阀（.04）减压阀（.05）弹停塞门（.06）走行部弹停风缸弹簧停车制动装置作用后，机车制动缸作用时的工作状态，具体通路：制动缸双向止回阀（.04）减压阀（.05）弹停塞门（.06）走行部的弹停风缸制动缸风压进入弹停制动缸后，可以缓解部分弹簧压力，避

11、免停车后或机车运行时制动缸产生的压力和弹停风缸产生的弹簧压力同时作用在制动盘上，造成制动盘的损伤。注：当关闭弹停塞门（.06）后，弹簧停车装置动作，如果要缓解弹停动作，必须在走行部的弹停风缸上进行手动缓解。2.2 存在问题： 弹停动作信号重联不受控。HXD3型机车可通过TCMS（机车控制监视系统），经由网络传送信号，实现重联机车网络控制。而机车弹停装置动作信号（440）仅可送入TCMS切除本台机车动力，不能通过重联线由TCMS实现重联控制，同步切除多台重联机车动力，这是导致补机弹停装置动作不能及时发现擦伤轮对的主要原因。 弹停动作无记录，无法进行原因分析。机车运用过程中，弹停装置电磁阀因电磁干

12、扰动作或人为误碰等均可导致弹停装置动作，但机车弹停装置进行制动、缓解动作，TCMS无相关动作记录。因弹停动作不影响机车总风、闸缸、列管压力变化，监控装置也无法查询确认动作情况，造成所有机车因弹停装置动作导致轮对擦伤等严重问题发生后，无法进行故障分析及质量追溯，无法确定动作原因。 弹停指示牌（B92）不能准确表示弹停装置状态（弹停制动缸状态），仅可作参考。机车弹停制动缸制动状态由弹停制动管压力控制，弹停指示牌在风压的作用下机械式红绿翻转动作，误差较大。实际运用中经常处于半红半绿状态，无法准确表示弹停装置状态。 弹停装置制动和缓解时间无技术标准，时间差动车易导致起车后弹停装置动作擦伤轮对。弹停制动

13、管的充排风必须经过缩堵（B40.10）和弹停脉动阀（B40.03），因弹停装置电磁阀的缩堵孔径不足1毫米，当缩堵风路不畅或脉动阀卡滞时，弹停风缸充风、排风时间较长，弹停装置动作时间延长。该动作时间无相关技术标准，根据试验统计情况，从操作停车制动扳钮，到操纵台的“停车制动”红灯亮或灭，80%的机车弹停动作时间在5S左右，个别机车最长动作时间可达30S。操作停车制动扳钮后，脉动阀动作缓慢排风，在机车弹停动作时间内可正常起车，机车牵引力正常发挥。直至KP59压力开关动作，440失电伴随“停车制动”灯亮时，机车动力切除。此时因机车惯性运行易导致1、6轴抱闸运行擦伤轮对。 弹停装置“隐性”动作不易发现，

14、重联运行时补机易擦伤轮对。为防止制动缸、弹停装置双重作用时制动盘压力过大导致制动盘损坏，弹停装置管路系统安装有双向止回阀（B40.04）。当操纵机车EBV闸缸压力超过350kpa时，操作停车制动扳钮“制动”，弹停脉动阀（B40.03）动作排风，弹停制动管压力减至350kpa以下，弹停指示牌显示半红半绿。因双向止回阀（B40.04）的作用，KP59压力开关不动作，状态显示屏“停车制动”灯不亮，但实际上弹停装置已“隐性”动作。此时操纵机车EBV缓解闸缸压力低于350kpa时，在双向止回阀（B40.04）的作用下，KP59压力开关动作，状态显示屏“停车制动”红灯亮。重联机车采用自阀制动防溜时，补机弹

15、停装置动作不能通过状态显示屏“停车制动”灯显发现，开车时缓解自阀后，补机弹停装置KP59压力开关动作，440失电伴随“停车制动”灯亮，切除动力。如不注意观察机车牵引力和列车阻力状况继续运行，因补机1、6轴制动缸抱闸将导致补机1、6轴轮对严重擦伤、剥离。 机车无弹停风缸压力显示，无法实时监测弹停装置状态。HXD3型机车仅在制动屏柜上设有B40.09弹停风缸压力测试孔，其它无任何压力监测。机车弹停装置故障后，无法准确判断弹停装置和制动缸作用状态，给故障排查和处理带来不便。3 对策及建议：3.1 设计方面： 增加机车弹停装置重联控制功能。可通过重联线缆的备用线实现，改进原理如图4。重联牵引状态时，单

16、台机车如产生弹停动作，动作信号（440）送入本台机车TCMS产生动力切除，同时通过重联线缆送入重联机车TCMS，且重联机车440失电动作，同步切除机车动力。缓解操作时作用原理同上，以达到重联控制功能。此时任一重联机车状态显示屏的“停车制动”灯显可表示重联机车弹停装置作用状态，有效防止重联运行时单台机车弹停动作后导致不能及时发现继续运用擦伤轮对。弹停装置重联控制接线如表1。TCMS补机TCMS本机重联线缆440信号440KP59440KP59LEDLED图4 弹簧停车制动装置重联控制改造原理图表1：弹停装置重联控制接线表起 点终 点线 号TB2-15（插芯号）CZ1（CZ3）C（插芯号）440C

17、Z2（CZ3）C（插芯号）3.1.2 改进机车控制系统，防止运用机车弹停误动作。可加装弹停装置控制系统，从TCMS获取速度信号，以V=0作为弹停装置动作的必要条件。如V0，则自动隔离停车制动扳钮和B40模块弹停电气控制作用，从根本上解决运用机车弹停装置动作问题发生。3.1.3 修改TCMS程序，增加弹停装置动作记录功能，以准确记录弹停装置制动、缓解时间，便于弹停装置故障的分析和质量追溯。3.1.4 从制动屏柜B40模块的.09弹停压力测试孔接线，加装机车弹停风缸压力表，以便实时监测弹停风缸压力，准确判断弹停装置和制动缸作用状态。3.2 技术标准方面：建议设计厂方进行调研，明确机车弹停装置动作时

18、间技术标准。各机务段可参照该标准纳入HXD3型机车弹簧停车制动装置试验标准，及时处理B40.10缩堵过风不畅和B40.03脉动阀卡滞问题，保障机车运用安全。3.3 运用操纵方面： 确定弹停装置状态检查标准。（1）机车弹停指示牌仅作为机车弹停装置状态的参考指示，不能作为检查标准。（2）机车运用过程中，闸缸压力在350kpa以下，弹停装置状态判断以状态显示屏“停车制动”灯显为准。“停车制动”红灯亮，表示弹停装置处于制动状态；“停车制动”灯灭，表示弹停装置处于缓解状态。闸缸压力在350kpa以上时，弹停装置状态无法判断。（3）备用及无火回送机车，弹停装置状态判断以走行部制动盘状态检查为准。如需缓解，可通过手拉弹簧停放制动器的手动辅助缓解结构或按压制动屏柜的B40.03脉动阀缓解柱塞解除制动器制动力。 确定弹停装置试验标准。HXD3型机车交验程序和乘务员接车试验程序均增加和明确了弹停装置试验标准，根据试验统计情况，暂定总风缸压力900kpa时，弹停装置制动、缓解时间