HXD3 型电力机车弹停系统优化的探讨

叶 林 上海铁路局杭州机务段

HXD3型电力机车在静态防溜系统上采用的是“蓄能弹停制动”，是现今大功率机车普遍采用的静态防溜手段。其与传统的采用手制动机防溜的机车存在较大区别，不仅在防溜基础制动单元的独立性上实现了机车静态防溜的需要，同时还通过全车TCMS 实现机车静态封锁保护和“人机对话”提示，从而满足了机车静态防溜的及时性、可靠性、人机互动性。但在HXD3弹停系统中也存在一定的缺陷，特别是在弹簧停车机系统走行部管系出现故障，引发机车弹停制动系统误动作后，将直接影响到机车的正常运行，如处理不当极易造成机破从而影响正常运行次序。

1 HXD3 型机车蓄能制动弹停系统的组成及作用

HXD3型电力机车上的B40 模块，就是用于控制机车蓄能弹停制动和缓解，分别由B40.02(单向止回阀)、B40.03(弹停脉动阀)、B40.04(弹停三通阀)、B40.05(弹停管调压阀)、B40.06（弹停隔离塞门）、B40.07(弹停传感器)、B40.08（闸缸传感器）、B40.09(弹停压力监测点)、B40.10（缩口风堵）组成。除此之外HXD3型电力机车弹停系统还包括A13（弹停风缸）、KP59（弹停压力开关）、C8(弹停作用风缸)，如图1 所示。

图1 HXD3 型电力机车弹停系统风路

当机车正常运行中需要使机车弹停制动系统处于缓解状态，要让B40.03 左侧缓解电控阀得电（在蓄电池正常投入的情况下只需要人为扳动司机操纵台下方的QA99/QA100到“缓解位”即可）,此时由A24（总风遮断塞门）来的总风经过总风连管进入B40 模块，经过B40.02 一路向弹停风缸充风，另一路通过B40.10 作用在B40.03 上方，此时由于B40.03 缓解电控阀得电，推动脉动阀顶杆向右移动，关闭脉动阀排风口，沟通脉动阀总风管和脉动阀管，将总风压力引至B40.04下方，与B40.04 上方制动缸管压力进行比较，正常情况下总风压力应远大于制动缸管压力，故无论机车“制动”还是“缓解”，B40.04 阀芯在下部总风压力的推动下运动到上极端，切断制动缸管和弹停管的通路，沟通脉动阀管和弹停管，总风开始经弹停管向C8 充风，机车弹停作用缸缓解。与此同时机车走行部弹停标识B92 变为“绿色”。当弹停管压力大于150 kPa 时KP59 压力开关动作沟通355#～440#，此时蓄电池正端电源→QA56 →350#→QA45 →355#→KP59 →400#→TCMS，微机得到一个信号，机车弹停制动缓解。

如人为扳动司机操纵台下方的QA99/QA100 到“制动位”，B40.03 的制动电控阀得电，此时脉动阀顶杆向右移动，切断总风管与脉动阀管的联通气路沟通脉动阀管排大气的通路，脉动阀内的压力空气被迅速排至0 kPa，在B40.04 下方的压力空气迅速消失。此时如果机车制动机处于制动状态，也就是说机车制动缸处于充风状态，制动缸压力会通过制动缸管作用于B40.04 上方，并推动阀芯向下极端移动，切断脉动阀管与弹停管的联通气路，沟通制动缸管与弹停管，制动缸压力空气向弹停管充风，机车弹停系统仍处于缓解状态。

若此时缓解机车制动缸压力，随着机车制动缸压力的逐渐下降，作用在B40.04 上方的制动缸管压力也逐步下降，C8内的弹停作用风缸经弹停管随制动缸管排出，弹停作用缸内的弹簧推动机车单元制动器，机车进入弹停制动状态。当弹停管内压力空气下降到150 kPa 时KP59 断开，切断355#～400#此时TCMS 得到一个“弹停制动信号”，进入微机封锁状态。

2 HXD3 型机车蓄能制动弹停系统的不足之处

虽然HXD3型电力机车弹停系统在操作性能上比手制动机有较大提高，但这也给弹停系统故障后的处理带来了许多问题。

第一：KP59 在机车的实际运用中由于其靠近弹停系统的末端，在出现机车弹停软管受损后会直接影响机车的正常运行，即便此时人为切除B40.06 也无法使KP59 输出可靠的风压信号，此时机车TCMS 始终输出封锁保护，机车将无法加载维持运行。

第二：HXD3在库区作业发生多起制动缸塞门人为错误关闭，如乘务员没有及时恢复，机车起动后会由于制动机性能失效对机车运行安全造成严重威胁。

3 HXD3 型机车蓄能制动弹停系统的优化方案

如果能通过技术改造使机车在静态的情况下，实现机车制动缸Z10.22 控制和机车弹停制动的联动，就能起到机车自动保护作用。

由于考虑到弹停系统的失风制动性，可以在Z10.22 切除信号电路上加装一只ZJ（中间继电器），用于沟通355#～YV50A(如图2)和切断852#～YV50B（如图3）。其作用是当在加蓄电池闭合的情况下，关闭Z10.22 机车始终处于弹停状态，此时在未恢复Z10.22 的情况下人工干预缓解弹停无效。

图3 HXD3 型电力机车弹停系统继电器关电路（二）

由于机车KP59 人为短接存在困难，在对运用机车进行观察后，认为可以通过在Ⅰ、Ⅱ室操纵台加设“故障开关”，分别接在355#线和400#线（如图4），以达到弹停系统故障时的人为短接目的。

图4 HXD3 型电力机车弹停系统故障开关电路

此时机车乘务员在判明是由于弹停系统走行部软管破损导致弹停系统故障后可将B40.06 打到隔离位，切断弹停管通路，然后将“Ⅰ室故障开关”或“Ⅱ室故障开关”打到投入位，将KP59 短路，继续沟通弹停缓解信号给TCMS，用以解除TCMS 对机车的封锁。

同时当HXD3机车在库区长期停留或蓄电池处于断电状态下，为了进一步对机车实现静态保护，可在B40.06 后增设KM 阀。其分别由阀体、复位弹簧、作用弹簧、大膜板、小膜板与制动缸、弹停管和弹停作用风缸沟通，正常状态当机车SA99(SA100)处于缓解状态，A13（弹停风缸）的压力空气进入KM 阀推动小膜板克服复位弹簧下移，切断BC～C8 通路，机车弹停管风开始向弹停作用缸充风，机车弹停缓解。

当机车SA99(SA100)处于制动状态弹停管压力消失，大膜板在作用弹簧的作用下上移同时通过顶杆推动小膜板上移，切断B40.06～C8 通路,开通BC～C8 通路，弹停作用缸的压力空气随制动缸排出，机车弹停上闸。如机车在弹停的状态下小闸全制动，大膜板上方的压力增大，克服作用弹簧压力推动大膜板下移，通过顶杆推动小膜板下移，切断BC～C8 通路，沟通弹停管和弹停作用缸通路，机车弹停缓解。

在人为误关Z10.22 时KM 阀大、小膜板间的压力空气随Z10.22 排出，由于弹停管压力在此时并未下降，小膜板上方仍有压力存在，但此时已经不能满足大膜板的平衡，大膜板在作用弹簧的推动下向上移动，切断B40.06～C8 通路，沟通BC～C8 通路，自动激发弹停制动，同时将其塞门关闭信号并入KP59 微机封锁信号，并在Z10.22，实现机车制动缸塞门关闭后全车的封锁，避免机车乘务员在没有确认Z10.22 是否开放的状态下盲目提手柄动车。

4 HXD3 型机车蓄能制动弹停系统优化的总结

通过优化，第一：机车乘务员在运行途中遇弹停制动软管破损，不需要进行短接操作，只需通过对B40.06 和Ⅰ、Ⅱ室故障开关进行操作就能维持运行。一方面缩短了此类故障的处理时间，另一方面也避免了乘务员因短接失误耽误机车运行，从根本上解决HXD3 型电力机KP59 不受B40.06 控制。第二：无论蓄电池有无闭合，乘务员只要将Z10.22 关闭，机车就会产生弹停制动，并且在闭合QA601 后机车弹停将被锁死在制动位，在未恢复Z10.22 的情况下机车将无法缓解弹停制动。达到了系统优化、确保机车运用安全的目的。