题目
黑龙江交通职业技术学院
型电力机车——空气制动系统故障
处理
专业班级 电力机车0919班
姓 名 於云龙 - 1 -
毕业设计（论文） HXD3黑龙江交通职业技术学院毕业论文09级电力机车专业
2012年 6 月 1 日
目 录
一、空气制动系统的技术特点及制动原则 ................................................................................................................ 6 二、HXD3B型机车空气制动系统组成 ........................................................................................................................ 6 三、CCBII 制动机的控制关系 .................................................................................................................................... 7 四、制动机途中故障处理方法 ................................................................................................................................. 12 总 结 ...................................................................................................................................................................... 15 参考文献 .................................................................................................................................................................... 16
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黑龙江交通职业技术学院毕业论文09级电力机车专业
内容摘要
这份毕业设计说明书的题目是《HXD3B型电力机车空气制动系统工作原理及故障处理设计》，为了提高铁路的运输能力 ,我国铁路一直在向高速与载重上发展。而无论高速还是重载 ,人身安全，精准制动都是一个非常关键的问题。制动问题如果没有解决 ,即使有了高质量的线路 ,有了功率很大的牵引动力 ,高速或重载还是不可能实现为此我国各铁路局运用的HXD3B型电力机车采用了目前国际上较为先进的CCB II微机控制制动系统。本套制动系统是基于网络的电空制动系统，HXD3B 型交流传动货运电力机车于2008 年12 月29日在大连正式下线，是目前世界上功率最大的双端操作电力机车。转向架采用C0- C0 型式，轴重25 t，其牵引功率可达到9 600 kW。该机车采用克诺尔公司的CCBII 微机控制制动系统，但具体控制思路及制动系统的布置则更加优化、合理。文中介绍了整个制动系统的运转过程、各个模块的作用和遇到紧急故障的处理方法。HXD3 型交流传动电力机车空气制动系统采用微机控制的CCBII 电空制动系统。介绍了该系统的组成工作原理及各部分的功能，
关键词： CCB II 微机 制动 线路可更换模板
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毕业设计（论文）开题报告
题目：HXD3型电力机车空气制动系统工作原理及故障处理设计 1． 本课题的来源、选题依据： 根据电力机车教研室关于毕业设计的任务单，下发HXD3型电力机车空气制动系统的资料，根据这些资料以及毕业设计任务书进行战场设计。 2． 本课题的设计（研究）意义（相关技术的现状和发展趋势）： 本次设计以HXD3B型电力机车空气制动系统设计为基础，在原有的设计基础上进行分析处理。HXD3B 型大功率货运电力机车空气制动系统采用了微机控制的CCBII电空制动系统 。我国铁路近几年来一直像着高速、重载的方向发展干线大部分运用机车都采用了微机控制的CCBII电空制动系统。 3． 本课题的基本内容、重点和难点，拟采用的实现手段（途径）： 掌握CCBII 电空制动系统的主要部件控制逻辑、列车气路控制流程、机车控制气路流程及各种故障处理等。重点要搞清电子制动阀、电空制动单元、制动显示屏 (LCDM) 、集成处理器 ( X - IPM) 、继电器接口模块 ( RIM) 、在整个系统中的作用。采用三个流程图模拟整个系统的运作。 - 4 -
黑龙江交通职业技术学院毕业论文09级电力机车专业 4． 文献综述（列出主要参考文献的作者、名称、出版社、出版时间以及与本课题相关的主要参考要点） ： 张曙光 .《HXD3型电力机车》 ：中国铁道出版社，2009 西安铁路局 .《HXD3型大功率交流电力机车应急故障处理》 ：中国铁道出版社，2010-05-01 张宝林 .《HXD3大功率机车司机操作技术培训手册》：西南交通大学出版社，2011 指导教师意见： 指导教师： 年 月 日 专业部意见： 签字 年 月 日 中期进展情况检查表
2012年 6月1日 课题名称 凤凰水站6502电气集中工程设计 2009180学生姓名 於云龙 学 号 33 指导教师 辛大娟 职 称 助教 专 业 电力机车 - 5 -
黑龙江交通职业技术学院毕业论文09级电力机车专业 主要研究内容及进展 本次设计以HXD3B型电力机车空气制动系统设计为基础，在原有的设计基础上进行分析处理。在掌握微机控制的CCBII电空制动系统的基础上进行故障处理 。 尚须完成由于学习知识储量所限，只能表达一些基本工作原理及故障处理 的任务 存在的问 : 存在的主 由于知识储量不足，还有很多问题理解不透彻。 要问题及解决措施： 解决措施 进步了解空气制动系统组成，深入理解其工作原理 指导教师 审查意见 专业部审 查意见 制动系统的组成及介绍 二、HXD3B型机车空气制动系统
HXD3B型机车空气制动系统主要由风源系统、CCBII制动机、辅助系统及基础制动装置几个部分组成。
（一）. 风源系统
风源系统为机车及车辆的制动系统提供符合要求的干燥、洁净的压缩空气，其原理图如
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图所示。压缩由2 台SL20- 5 型螺杆式压缩机组提供，每台排风量为2 400 L/min。每台压缩机配置有2 个LTZ2.2- H 型干燥器，每个的空气处理量为2.4 m3/min。为了保证压缩空气的质量，在干燥器的出口处装有精油过滤器和最小压力阀。压缩空气的储存容器为2 个容积均为800 L 的风缸，二者串联连接，在车内立式安装。为了满足机车重联功能，在机车端部安装了总风重联管软管和平均管软管。
A1—空气压缩机；A2—软管A3—安全阀；A4—干燥器；A5—精油过滤器；A6—最小压力阀；A7—安全阀；A8—止回阀；A10—截断塞门；A11—第一总风缸；A12—排水塞门；A15—第二总风缸；B02—缩堵。 （1）空气压缩机组
压缩机组型号为SL20- 5- 102，具有温度、压力控制装置，可实现无负荷启动。冷却器排风口向下，满足机械间独立通风要求。压缩机的开停状态由总风压力开关自动控制，也可以通过手动按钮控制。压缩机组参数如下： 排风量/L·min- 1 2 400 工作压力/bar 10 转速/r·min- 1 515 工作温度/℃ - 40~50
油量/L 5.7（ANDEROL 3057M） 功率/kW 21.5±1.505 工作电压/V 460±46 控制电压/V 110 频率/Hz 60 防护等级IP55
质量/kg 240±7.2 (2) 空气干燥器
干燥器型号为LTZ2.2- H，属于双塔吸附式干燥器，
位于压缩机和总风缸之间，具有低温加热功能，能过滤压
缩空气中的油、水，降低压缩空气露点，使得空气系统在正常使用时不会出现液态水 （3） 辅助风源
该系统采用LP115 型辅助压缩机组作为风源，将其和升弓控制模块、升弓风缸及风表相连。辅助压缩机组的控制可以通过手动和自动两种方式来实现。手动按钮在制动柜内，按下按钮后压缩机启动，松开按钮后压缩机停止工作。当乘务员在司机室操作升弓指令后，辅助压缩机进入自动控制模式，机车将监测升弓风缸的压力，使压缩机自动投入或切除。为保
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证压缩空气和管路的清洁，辅助压缩机配有小型的干燥器和再生风缸。 （二）CCBII 制动机（制动控制系统）
HXD3B 型机车制动控制系统的核心是CCBII 制动机，该制动机为微机控制式电空制动机。 （1） CCBII 制动机的主要部件及安装
CCBII 制动机主要部件有：2 个电子制动阀（EBV），2个制动显示屏（LCDM），1 个集成处理器（M- IPM），1 个继电器接口模块（CJB）和1 个电空控制单元（EPCU）。2 个EBV 和2 个LCDM分别位于2 个司机操作台EBV 是CCBII 制动机的人机接口，司机通过自动制动阀和单独制动阀的操作手柄实施动力制动及空气制动。自动制动阀控制列车管的压力，进而控制整列车的制动、缓解，它包括运转位、初制动位、全制动位、抑制位、重联位、紧急位等，其中初制动位与全制动位之间是制动区。单独制动阀控制机车制动缸的压力，它包括运转位、全制动位，两个位置之间是制动区。自动制动和单独制动均采用自保压方式。EBV 中还有一个机械阀，当自动制动手柄处于紧急制动位时，该阀使列车管和大气连通，列车
施行紧急制动。
LCDM也是CCBII 制动机的人机接口，为司机显示制动机的当前状态，如均衡风缸、制动管、总风缸和制动缸的压力值，以及制动管充风流量和空气制动的当前模式及制动机故障信息。司机可操作显示屏中的按钮，对制动机的本机/ 补机、均衡风缸压力值、制动管投入/ 切除、客车/ 货车、补风/ 不补风等状态进行设定。通过按钮也可进行系统自检、故障查询及传感器标定等工作。M- IPM是CCBII 制动机的中央处理器，它控制所有与LCDM的接口任务，并监测EBV 的指令，通过LON 网线向EPCU 传达命令，并同机车微机进行数据通讯。CJB 是M- IPM与机车进行通讯的硬线接口模块，可以同MVB 网线功能相互作为备份。通过该模块，机车可以实施ATP 惩罚制动及紧急制动、空气制动切除、重联机车自动制动等功能，还可以对机车实施动力切除，撒
砂，报警等功能。EPCU 由电空阀和空气阀组成，用来控制机车空气管路的压力，是制动机的执行部件，所有电空阀和空气阀集成到8 个线路可更换模块（LRU）。其中5 个LRU 是智能的，可以进行自检并通过LON 络和EBV、M- IPM进行通讯。电空控制单元内主要部件采用冗余设计，机车运行过程中若发生故障，将自动转换到备用模式，并报警将故障记录，此时，机车仍可以维持运行。 （三） 辅助系统
HXD3B 型机车空气辅助系统包括升弓控制、停放制动控制、撒砂控制、停放制动辅助缓解控制、制动缸压切除控制、鸣笛控制、轮缘润滑控制等功能。其中升弓控制模块、停放控制模块、撒砂控制模块、停放制动辅助缓解控制模块、制动缸压力切除控制模块均集成安装在制动柜内，鸣笛控制及轮缘润滑控制部件集成安装在机械间侧墙的气路板上。 （四） 基础制动装置
基础制动装置采用轮盘制动，其具体参数同HXD3 型机车。 3 HXD3B 型机车制动系统设计的完善
HXD3B 型机车及HXD3 型机车均采用以CCBII 制动机为核心的空气制动系统，其核心控制原理虽然相同，但HXD3B 型机车空气制动系统的功能更加合理、完善，它基于HXD3 型机车的运用经验，对制动部件的布置及系统的部分控制思路进行改进。 3.1 制动部件布置完善
（1）空气压缩机、干燥器安装空气压缩机、干燥器采用同一安装支架，便于整体吊装和拆卸。同时，压缩机出口同干燥器入口距离近，减少了压缩空气在管路中传递的冷却时间，有效地避免了压缩空
气中冷凝水的形成，有利于风源系统冬季的防寒处理。 （2） 总风缸及总风管的排水
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空气系统充分地考虑了风源系统的排水，在总风缸及各辅助风缸最下端均安装了排水塞门，并将排水管路
引入车下。同时，借鉴HXD3 型机车运用经验，在U 形总风管路的最低处增加排水塞门，避免由于管路内积水无法排出造成冬季管路内部冻结、压缩空气无法通过的现象发生，该设计有利于机车在较寒冷地区使用。 （3） 防断钩用缩堵的安装位置
HXD3 型机车防断钩用缩堵安装在重联管路上，该位置可以达到机车断钩后总风缸压力无法快速排出的功
能，但也给机车重联时压缩空气的畅通传递带来了困难。HXD3B 型机车将该缩堵设计在第一、二总风缸之间，该设计既满足了机车断钩后总风缸内压缩空气不会快速排出的功能，同时对重联机车压缩空气的传递也没有影响，另外，缩堵的这一设计位置，保证机车无火运行中，司机室内的压力表可以准确地显示第二总风缸的压力，有利于司机的操作。 （4） 压缩机启停用压力开关的取点位置
HXD3 型机车压缩机起停用压力开关设计在第二总风缸后，当第一总风缸内压力下降后，由于逆止阀的作
用，第二总风缸压力不会下降，造成压缩机不能启动，不能及时给总风缸进行补风。HXD3B 型机车压缩机启停用压力开关设计在第一总风缸与逆止阀之间，该位置可以
及时、准确地反映总风缸内的压力，保证压缩机及时给总风缸进行补风。 （5） 紧急制动阀安装位置
HXD3 型机车紧急制动阀安装在司机室操纵台的内部，紧急制动时列车管内的压缩空气大量排出，增加了司
机室的噪音。HXD3B 型机车紧急制动阀安装在司机室的后墙附近，其管路容积满足原理要求，同时紧急制动时降低了司机室噪音，为司机提供一个安静的工作环境。 三.制动系统控制关系列车控制如图所示。
自动制动阀 ERCP BPCP 制动管压力 车辆制动机 16CP 列车气路控制流程
。
单独制动阀 20CP BCCP BCCP 机车制动缸 机车制动缸 平均管压图 7 机车气路控制流程
3.CCB II 制动机的故障检测方式
重联机车制动缸 （1）开机时,集成处理器( IPM)进行自检。通过自检后对电子制动阀 ( EBV)、电空控制单元( EPCU)的各模块进行实时诊断 ,确认故障后,自动进入备用模式 ,并将3
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位故障代码的故障信息显示在制动显示屏(LCDM)上 ;
（2）通过制动显示屏(LCDM)上的按键可以手动对电子制动阀( EBV)、电空控制单元 ( EPCU)的各模块进行循环或单独自检 ,若发现故障 ,将 4 位故障代码的故障信息显示在制动显示屏(LCDM)上 ;
（3）集成处理器( IPM)及电空控制单元 ( EPCU)均有串口与外接 PC机通讯 ,传
送
各种信息供更新程 序、检测或检修之用。 4 CCB II 制动机主要部件的备份及安全保护
(1) 空气备用 (16CP 失效)
空气备用模式是指系统采用纯机械控制(DBTV)来代替电子控制(16CP)产生制动缸管控制压力。
其控制关系如图 8所示。
自动制动阀 ERCP BPCP 制动管压力 车辆制动机 DBTV 图 8 空气备用模式控制关系
(2) ER 备用 ( ERCP 失效)
BCCP 机车制动缸 ,控制如果 ERCP 失效 ,它的功能由 16CP 和 13CP 实现。由软件控制自行进行切换 关系如图所示。
自动制动阀 6CP/ 13CP BPCP 制动管压力 车辆制动机 DBTV 图 ER 备用模式控制关系
(3) 单独制动备用 (20CP 失效)
BCCP 机车制动缸 20CP 失效时 ,16CP 将响应单独制动手柄的指令 ,控制本机车制动缸的压力。对于重联车 ,将不存在平 均管压力。控制关系如图 所示。
单独制动阀 6CP BCCP 机车制动缸 图 单独制动备用模式控制关系
(4) 紧急制动的触发方式
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①自动制动阀在紧急位 ; ○
2打开车长阀触发紧急制动 ; ○
3按下操纵台紧急按钮触发紧急制动 ; ○
4 IPM 触发紧急制动 ; ○
5 ATP 触发紧急制动 ; ○
6列车断钩分离触发紧急制动 ; ○
7机车警惕装置触发紧急制动 ○
(5) 总风缸压力低保护
当总风缸压力低于 350kPa时 ,IPM 接收到 MREP压力开关信号 ,使机车实施制动 ,不允许机车加载牵引。
(6) 停放制动装置保护 在停放制动缸的管路上设置停放制动压力开关。 机车起动时当管路风压低于开关设定值时 ,不允许机车加载牵引 ,只有当管路风压高于开关设定值时 ,才允许牵引运行。机车运行过程中 ,停放制动装置处于缓解状态。
四、制动机途中故障处理方法 （一）故障现象
1、列车调速时，自动制动阀瞬间失效 2、机车换端操作时，制动阀失效。
3、单独制动阀缓解时，制动缸不能完全缓解。 4、机车摘解换端操作时，列车管不保压。
5、总风缸压力突然变低，打风慢。干燥器排污阀或排气阀排风不止。 L=(l+X*G+a)*1.02
（二）原因分析
1、列车调速时，自动制动阀瞬间失效 制动机瞬间失效故障表现在：自动制动阀手柄在运转位时，自动制动阀排风口有排风声响，将自动制动阀手柄由运转位移置制动区时，自动制动阀排风口出现大排风，均衡风缸的压力减不下来，列车无法调速和制动；或当自动制动阀手把由制动区移置缓解位时，自动制动阀排风口排风不止，列车管不能缓解。
原因：空气管路内异物垫附在自动制动阀调整法的供、排气阀阀口。
2、机车换端操作时，自动制动阀失效。
自动制动阀手把由运转位移动到取把位，速度快，且自动制动阀手定位卡子未完全落槽，即取出手把。
3、单独制动阀缓解时，制动缸不能完全缓解。 单独制动阀缓解柱塞阻力偏大。
原因：单独制动阀缓解柱塞橡胶件磨损或缓解柱塞弹簧偏弱。
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4、总风缸压力突然变低，打风慢。干燥器排污阀或排气阀排风不止。 原因：⑴、排污阀或排气阀被异物垫着。
⑵、排污电磁阀失效。
5、机车摘解风管换端操作时，列车管不保压。
原因：⑴、关闭折角塞门时，折角塞门内橡胶件不平顺，泄露。
⑵、摘解风管时不规范，拉坏风管以致接头漏风。
（三）解决办法：
故障1 属于JZ-7型制动机的惯性故障。
机车检修时：要按规定的作业程序，分解清洗管路滤尘器体和滤网，要按规定的作业程序和压力空气吹扫空气管路。
途中故障时，列车停稳后：
⑴、打开司机室中间地板，关闭中继阀前折断阀。
⑵、来回移动自动制动阀手把，排尽列车管表压；并将自动制动阀手把移回运转位。 ⑶、打开中继阀前折断阀。自动制动阀即可恢复正常。 ⑷、制动机性能试验良好后开车。 若现象依旧，可再重复⑴-⑶部动作。
故障2 属于取把操作上的不规范，致使该端的中继阀没有完全处于自锁位。该故障时有发生。
解决办法：将自动制动阀手把重新放回原操纵端，正确取出手把，再回到另一端操纵，该故障即可消失。
防止办法：换端操纵作业要规范，自动制动阀手把由运转位移动到取把位，不要迅速一步到位，要适当减压、平稳过渡到取把位，并确认自动制动阀手把定位卡子完全落槽，再取出手把。
故障3 属于互换范围或检修工艺落实不到位
解决办法：按途中按二十四招处理办法处理，维持回段。
⑴、机车不缓解或缓解不完,可将作用阀右侧〈走扳侧〉制动缸管松开口, 使机车缓解。
⑵、牵引列车运行时应注意操作,此时机车不制动。
⑶、单机运行时将作用阀右侧拧松的制动缸管拧紧,缓解时拧松。 防止办法：
⑴、按互换范围互换单独制动阀。
⑵、单独制动阀检修时，更换所有‘O’型橡胶圈和缓解弹簧。
故障4 属于干燥器突然失效。
对干燥器发生故障后的处理步骤，一定要按照段管细则规定的作业程序执行。 ⑴、关闭空压机自动打风按键； ⑵、关闭4号折断阀； 开放3号折断阀；
⑷、关闭1号、2号折断阀。
故障5 机车摘解风管换端操作时，列车管不保压。
⑴、从新开放、关闭折角塞门。
⑵、关闭第二折角塞门运行回段后处理。
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总 结
综上所述，HXD3B 型机车采用CCBII 微机控制制动机作为空气制动系统的核心，是一种满足大功率机车设计要求且符合信息化、标准化的先进制动系统，并充分借鉴了HXD3 型机
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车制动系统的运用经验，使其具有一定的延续性。该系统在部件布置及控制思路上更加完善、合理，相信该系统在将来的运用中会得到用户的认可。而我所阐述的理论尚有许多不完善之处，希望老师给予指导。
参考文献
饶忠. 列车制动[M]. 北京：中国铁道出版社，2006.
张曙光. HXD3 型电力机车[M]. 北京：中国铁道出版社，2009. 刘豫湘，高殿柱，毛金虎，等. 防治机车空气管路系统冻结的研究[J]. 机车电传动，2004
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