DK—2制动机高速电磁阀使用寿命计算分析

摘要：文章针对朔黄铁路运营机车上使用的DK-2制动机高速电磁阀使用寿命进行了分析，根据分析结论提出了运行使用中的维护修理建议，为保证朔黄机力供应奠定了基础。

关键词：DK-2型机车制动机；高速电磁阀；使用寿命；铁路运营机车；机车制动系统 文献标识码：A

中图分类号：U260 文章编号：1009-2374（2015）18-0016-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.009

朔黄线SS4B型电力机车及神华号交流电力机车制动机均采用高速电磁阀、压力传感器以及PWM脉宽调制方式实现对压力精确控制的EP闭环模拟控制模式。高速电磁阀自2008年装车运行以来，运用过程中多次暴露出故障，在日常运行中出现了较多漏风、串风、卡位等故障，针对这一问题，本文对高速电磁阀寿命进行了详细分析，并根据朔黄铁路货运重载、长坡道周期制动等特点制定了预控措施。

1 概述

朔黄线机车采用的DK-2型制动机是一种具备微机模拟控制、网络通讯、故障智能诊断等信息化功能的机车电空制动机，主要由制动控制器、后备空气制动阀、显示屏等操纵显示部件以及制动柜内的制动控制单元、分配阀、紧急阀、中继阀、重联阀、放风阀、电空阀、高速电磁阀、传感器等组成。DK-2型制动机能实现列车自动制动与机车单独制动、空电联合制动、断钩保护、列车充风流量检测、无动力回送、制动重联、列车电空制动、列车速度监控配合等制动基本功能，具备单机自检、故障诊断、数据记录与存储等智能化、信息化功能，具备MVB、CAN等网络通讯接口，适应现代机车制动机信息化以及网络控制的发展要求。DK-2制动机一共有2组高速电磁阀，分别是均衡风缸充风258YV缓解高速电磁阀和均衡风缸排气257YV制动高速电磁阀以及闸缸预控风缸充风260YV单制高速电磁阀和闸缸预控风缸排风261YV单缓高速电磁阀。

2 高速电磁阀的工作原理

高速电磁阀是通过电磁力控制压缩空气管路的接通或切断。制动控制单元根据调整风缸的目标值，通过PWM波控制高速电磁阀快速得失电，使相应的气路进行充风和排风，从而达到远距离控制气动装置的电器。

2.1 高速电磁阀的组成

主要部件有平衡式提杆阀芯、复位弹簧、线圈、主衔铁、阀杆、辅助衔铁及涡形弹簧等。当线圈得电后，阀杆向下移动，它顶动阀芯使气路开通或关闭，线圈失电时，在弹簧的作用下顶动阀芯向上移动，从而使气路开通或关闭。如图1所示：

2.2 高速电磁阀在机车制动系统的作用

机车制动控制单元采用高速电空阀、压力传感器以及PWM脉宽调制方式实现对压力精确控制的EP闭环模拟控制模式，均衡风缸升压，在EP闭环模拟控制模式下，制动控制单元接收大闸发出的均衡风缸目标值命令，比较目标值与压力传感器反馈的均衡风缸实时压力值，通过对进、排气高速电空阀的PWM控制，达到精确控制均衡风缸压力的目的。保护电空阀可以确保系统故障或失电时均衡风缸的自动减压排风。图2所示为机车制动机系统中均衡风缸控制模块原理图，PWM3、PWM4分别为进、排气高速电磁阀，319YV为均衡保护电空阀，203BP为均衡风缸压力传感器，BCU通过203BP反馈压力信号，控制高速电空阀动作，从而形成均衡风缸压力闭环控制。

3 DK-2机车制动机高速电磁阀寿命分析

高速电磁阀的使用寿命即为高速电磁阀达到其最大的使用次数（约8000万次）。引起高速电磁阀使用次数包括两个方面：一方面是司乘人员对DK-2制动机进行制动、缓解操作引起的高速电磁阀调节而产生的动作；另一方面是由于均衡风缸和闸缸预控的泄漏原因引起补风而产生的动作。通过上述分析、相关试验以及调研，高速电磁阀的使用寿命计算如下：

3.1 制动机操作引起高速电磁阀动作的计算

制动机操作频繁阶段主要为机车运行中为满足调速、起停需求的制动和机车单机走行过程中的停车制动及整备过程中的检查、实验性制动。

朔黄铁路神池南—原平南、南湾—西柏坡区段为长大下坡道区段，上行列车在运行中需要采取电空联合周期制动操纵方式，仅这两区段就要使用机车制动机进行空气制动21次，其他区段通过对朔黄线机车单牵万吨列车操纵示意图及相关数据的分析需要空气制动4次，具体各区间制动减压次数见表1。机车单机走行的停车制动和整备过程中的检查、实验性制动约为20次，故一天时间操作引起高速电磁阀的动作次数约为：

257YV制动高速电磁阀控制均衡风缸排风和260YV单制高速电磁阀控制闸缸预控风缸充风分别调整压力约45次。减压完毕后，司机会进行相应的缓解操作，因此258YV缓解高速电磁阀控制均衡风缸充风和261YV单缓高速电磁阀控制闸缸预控风缸排风分别调整压力约45次。高速电磁阀每次充风或排风调整压力都需要高频动作约30次，则一天内因为操作导致的高速电磁阀动作次数约为：

30×45=1350次

3.2 泄漏引起高速电磁阀动作的计算

因为DK-2制动机对压力的控制为闭环控制，BCU实时采集均衡风缸和闸缸预控的压力，当泄漏引起风缸压力变化值超过一定的阈值后，BCU会控制高速电磁阀动作去补偿泄漏的气压。目前DK-2制动机的算法为当气体泄漏压力超过3kPa时，即在风缸泄漏前后传感器采集到的气压差值达到4kPa时，高速电磁阀就会自动动作调整一次风缸压力。按照目前机车均衡风缸和闸缸预控的泄漏量10kPa/min的速率计算，每泄漏4kPa调整一次风缸压力，则气体泄漏引起的高速电磁阀调整风缸压力间隔时间：4kPa/（10kPa/min）=0.4min。即每间隔0.4min高速电磁阀调整一次风缸压力。

同时参考机车在运行前需要在段停留整备临修等因素，按照约花费2个小时计算，故一天内其运行时间约为22小时，则因气体泄漏高速电磁阀发生气压调整次数约为：

22小时×60分钟×（1/0.4）次/分钟=3300次

按照BCU的闭环控制算法，每调整一次气压，高速电磁阀需要动作约30次，所以一天内因气体泄漏引起高速电磁阀发生动作次数约为：

3300×30=99000次

3.3 高速电磁阀动作次数统计和使用寿命计算

综合上述因操作和气体泄漏引起的高速电磁阀动作次数统计可知，结合两种情况一天时间内高速电磁阀发生动作次数约为：

99000+1350=100350次

3.4 结论

上述高速阀电磁阀的计算使用寿命仅是理想状况下计算得出的结果，该结果可以作为一般机车运用时高速阀电磁阀使用寿命的参考。由于各种机车的运用状况以及风缸的泄漏量不同，会导致高速阀的使用寿命有所不同。针对上述计算结果，泄漏是影响高速阀使用的一个重要因素，因此SS4B型直流机车因为其泄漏量比神华号交流车高，同时直流车制动柜采用的管路材质（容易产生锈蚀）也对高速阀有影响，因此直流车高速电磁阀的使用寿命会较交流车短。

神华号交流机车在风缸的气密性以及制动柜材质（全部采用不锈钢材质）的选择上都有提升，同时交流车在各个闭环控制模块上增加了相应过滤部件，杜绝了因为杂质引起的高速电磁阀的卡滞问题。

4 采取的措施

第一，根据以上研究结论，结合朔黄线交直流机车的修程修制，建议SS4B直流机车在中修修程中更新高速电磁阀，神华号交流机车在两年检修程中更换高速电

磁阀。

第二，定期检查均衡风缸和闸缸预控风缸的气密性，一旦发现泄漏量超标应及时进行处理，使其泄漏量控制在10kPa/min以内。

第三，日常保养及修程中应加强车源系统及干燥系统的检查，保证机车风源清洁干燥，在大修修程中对机车空气管路进行彻底清洗。

随着朔黄铁路运量的不断增加，万吨列车的普及和基于LTE下的大轴重重载列车的开行，区间列车密度将大幅增加，只有采取科学合理的措施提高机车质量，减少朔黄线运用机车因高速电磁阀不良引起的区间停车，才能提升公司的运行效率。

参考文献

[1] 南车株洲电力机车有限公司.神华八轴大功率交流传动电力机车使用保养说明书[S].2012.

[2] 南车株洲电力机车有限公司.神华八轴大功率交流传动电力机车检修手册[S].2012.

[3] 刘豫湘.我国机车制动机的现状与发展[J].电力机车与城轨车辆，2005，28（1）.

作者简介：张亮（1981-），男，陕西宝鸡人，朔黄铁路发展有限责任公司机辆分公司助理工程师，研究方向：电力机车。

（责任编辑：周 琼）