机车车辆电空制动系统在大轴重机车装车研究

王海平, 林 晖

(1 中国中车大同电力机车有限公司 技术中心， 山西大同 037038；2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所， 北京 100081)

HXD2F机车是中国中车大同电力机车有限公司(简称：同车公司)在HXD2系列机车平台基础上，结合中国国内重载线路运营需要而研制的新一代的30 t轴重重载交流货运机车，同时考虑对既有线路运用的适应性，可以通过减压铁，使机车轴重调整为27 t，满足既有线路未来27 t轴重货运列车的动力牵引需要。机车牵引功率可达9 600 kW，采用2(B0-B0)转向架，机车制动系统采用法维莱公司的Eurotrol型制动机，它是在原SAB WABCO微机控制电空制动机基础上，按照中国铁路要求开发的新一代制动机[2]。

货物列车电控空气制动(以下简称ECP)技术基于有线通讯，其制动性能有着传统空气制动无可比拟的优越性，能够极大限度的改善列车制动和缓解过程中列车纵向冲动的问题，尤其适用于特长编组的重载单元或组合列车，HXD2F机车装用了由中国铁道科学研究院开发研制的ECP电空制动系统。

由于首次在大功率交流传动机车安装并试验运用ECP电空空气制动系统，并且该制动系统的操作及人机界面均独立设置，以满足适应装用法维莱机车制动系统的机车运用。设备的安装结合机车机器间及司机室情况，保证操纵设备必须满足乘务员的操作方便，信息显示能够使乘务员便于观察，所有设备的安装不改变机车根本构架及设计。

1 ECP制动系统功能及组成

1.1 ECP制动系统基本功能

通过操纵本务机车的制动控制器，产生电子信号来控制车辆的电空制动装置，将车辆副风缸的压缩空气直接或间接充入制动缸，实现列车常用和紧急制动作用；同时在制动过程中列车管不排风并持续充风到车辆副风缸，机车维持对列车管的补风作用。

设有跨越列车全长的双芯电缆作为列车电力总线，用于机车向列车所有ECP系统设备提供电源和传送指令信息，机车实时监测列车ECP系统状态。

提供几乎即时的制动指令，实现全列车同步制动、缓解和再制动作用。并具备阶段缓解功能。

具备关闭或切除ECP系统作用，可转为列车传统空气制动操作控制模式，具备故障安全导向功能，ECP系统对列车管或列车总线电缆的异常分离等严重故障均能做出正确响应，实施紧急制动或常用全制动动作[1]。

1.2 ECP机车设备的组成及主要功能

HXD2F单节机车的ECP设备组成如图1所示。

图1 单节机车ECP组成框图

ECP机车控制装置安装在机车内控制管理列车电空制动系统的控制装置，由电空制动控制器(ECP手柄)、电空制动显示屏(ECP显示屏)、列车制动控制单元(包括ECP电源、ECP主机、ECP事件记录器)等设备组成，主要功能如下：

(1) 提供操纵列车电空制动系统的人/机界面；

(2) 显示数据和信息，发送制动指令；

(3) 提供控制信号接通或关断列车总线电源、启动或关闭车辆控制装置；

(4) 提供与机车相关系统的接口；

(5) 含有机车特性数据信息，包括机车车号、机车类型、机车长度、机车质量、轴数、紧急制动时制动率、机车参考方位等。

2 ECP设备装车及电气连接

2.1 操纵台设备安装

由于机车操纵台正面位置已布满机车操纵及显示设备，为满足机车乘务员操作ECP制动系统时的需要，在操纵台右侧位置选择安装ECP系统用显示器。通过在副司机台面板上开孔并安装一个支架，将ECP显示屏安装在支架上，面向机车机务员，使乘务员在操作ECP制动时方便观察。副司机台台面上共开4个安装孔，支架通过安装孔与操纵台骨架连接，见图2。

图2 ECP显示器加装图

显示屏的连接电缆通过仪表台后部出线孔进入操纵台内部，再从机车布线进入到无线电台柜内见图3所示。

图3 ECP显示器进线示意图

ECP制动系统操作手柄安装于操纵台上，在操纵台骨架开孔进行加装。在操纵台骨架侧面开4个安装孔，ECP手柄安装在安装盒上，将ECP手柄安装盒固定在操纵台上。为了ECP手柄连接电缆能够方便进入操纵台内部，做一个试验用操纵台左门，此门上半部分削掉，便于进线，ECP手柄的连接电缆通过操纵台左门进入到操纵台内，再随同操纵台的布线从机车布线进入到安装其他ECP机车设备的无线电台柜内，见图4。

图4 ECP手柄加装图

本次ECP设备装车是在机车已经完成组装后进行加装的，对于司乘人员需要控制更多的操作设备，后续可以将ECP显示屏与制动显示屏集成，ECP手柄与自动制动控制器集成。

2.2 无线电台柜内设备安装

ECP系统主机、ECP列车线电源及系统事件记录器集成安装在无线电台柜的第2层。

线缆从机车布线经无线电台柜上端进线口进入到无线电台柜内，沿柜内部两侧的扎线孔连接到ECP系统主机，见图5。

图5 ECP主机加装图

2.3 ECP制动系统车端连接器安装

ECP制动系统车端连接器安装于机车端部，位于列车管折角塞门上部，通过加装采用支板过渡固定，如图6所示。

2.4 ECP系统设备电气连接

图6 ECP车端连接器加装图

机车与ECP制动系统的电气接口包括硬线接口和网络通讯接口。

(1) 硬线接口，采用原有的机车与制动系统的硬线接口，同时机车向ECP设备提供两路电源，电源最大功率为2.5 kW。当ECP系统在投入运行模式时进行切换，由ECP系统接管，而ECP系统仅向机车控制单元输出牵引切除及紧急制动硬线信号。

(2) ECP设备与机车通过MVB网络进行通信，ECP作为一个新的节点接入机车MVB网络，网络通信速率为1.5 Mb/s，传输介质为EMD。

3 ECP设备安装后的调试与动态试验

3.1 设备调试

ECP系统于2014年3月在同车公司内完成HXD2F 0001 机车设备安装，该机车最终在4月初完成验收并到达新乡机务段长子南折返段，准备在瓦日重载铁路通道进行综合性能试验。

出厂之前，中国铁道科学研究院的技术人员和同车公司有关人员一同完成了系统上电并试运行，机车双节ECP系统状态均良好。系统初始化、运行及其他模式设置，对列车编组辆数、控制车、制动定压等设置均正常。ECP列车线电源及电源控制器动作正常，操纵ECP系统制动手柄，制动指令的下发及显示均在在显示屏上能反映出来，图7为系统上电显示界面。

图7 系统上电显示界面

3.2 瓦日铁路通道线路测试

3.2.1试验概述

瓦日重载铁路通道于2014年12月30日正式开通，是我国第一条以30 t轴重标准建设的重载铁路。装有ECP电控空气制动系统的30 t轴重重载列车动态试验在瓦日线的长子南站(含)～平顺站(含)区段进行，试验从2014年9月起结合瓦日铁路通道重载综合试验计划安排，开始进行列车电空制动系统静态调试工作。

在初步完成5 000 t列车ECP系统的调试后，2014年10月首次进行由同车公司HXD2F 0001 机车牵引编组42辆5 000 t列车电空制动动态性能试验，试验列车最高运行速度80 km/h，试验进行了常用全制动、循环制动、阶段缓解、低速缓解以及紧急制动等试验，试验达到预期效果。

2014年12月，开始电空制动系统正式现场试验，试验分静态试验和动态试验，试验列车质量分别为8 000，10 000，12 000 t，列车编组形式为：

8 000 t试验列车编组：HXD2F 0001(HXD1F 0001)+WX25G999330+66辆C96货车(8 000 t)+HXD2F 0002(HXD1F 0002)。

10 000 t试验列车编组：HXD1F 0001+WX25G999330+84辆C96货车(10 000 t)+ HXD2F 0002+HXD1F 0002。

12 000 t试验列车编组：HXD2F 0001+HXD1F 0001+WX25G999330+100辆C96货车(12 000 t)+ HXD1F 0002+ HXD2F 0002。

试验列车分别按列车管定压500 kPa 和600 kPa进行试验[3]。

3.2.2静态试验

静态试验的主要内容包括：

(1) 列车初充气时间。

(2) 列车制动系统漏泄。

(3) 常用制动及缓解性能：按制动百分比分别为15%、30%、50%、80%、100%和紧急制动指令进行，仅进行重车状态工况。

(4) 阶段制动性能。

(5) 紧急制动和缓解性。

(6) 循环制动性能、压力保持性能与再充气时间。

(7) 制动/缓解同步性性能。

(8) 模拟列车断钩保护性能。

(9) ECP系统的故障监测试验。

由于制动指令是基于时间来决定其制动百分比的，因此对制动指令的最终目标解析成制动百分比需要一定的时间，不同比例常用制动工况的响应时间约为1.5～2.7 s。每个车辆基本同时接收到制动指令并执行，制动同步性很好，对于每一次制动试验，各车的制动动作都基本在同一时间开始。

表1和表2分别为HXD2F机车牵引8 000 t列车的静态ECP试验时的制动同步性和制动缸压力数据，列车管定压600 kPa。

表1 8 000 t ECP制动同步性试验数据(HXD2F 0001机车，定压600 kPa)

表2 8 000 t ECP制动缸压力试验数据(HXD2F 0001机车，定压600 kPa)

在8 000 t列车编组模式下还进行了ECP制动系统模拟故障监测试验，通过人为设置ECP故障，ECP系统能够判别这些故障并在显示屏上给出提示以及自动实施对应的处理措施。

HXD2F 0001机车操纵ECP系统静态试验结果达到了预计目标，为动态试验提供了依据。

3.2.3动态试验

2014年12月～2015年1月在瓦日重载通道长子南至平顺区间进行ECP制动系统动态试验，分别完成了8 000 t列车、10 000 t列车和12 000 t列车动态运行试验。

(1) 长大下坡道的循环制动试验

试验区间K556+500→K586为连续30 km的长大下坡，最大坡度为-13‰。

列车使用ECP制动系统操纵重载列车在长大下坡道运行时，由于在制动过程中，列车管仍然在向副风缸充风，使列车的再制动能力显著提升，并且ECP制动系统具有阶段制动和阶段缓解功能，列车操纵灵活方便，在列车操纵过程中，可以适当控制列车速度，提高重载列车在长大下坡道的旅行速度。

(2) 常用和紧急制动停车试验

试验列车分别为8 000 t编组、10 000 t 编组和12 000 t编组，并分别按列车管定压500 kPa 和600 kPa进行试验，试验区段包括平直道和长大下坡道，试验初速度分别为80 km/h和100 km/h。

试验结果表明：ECP制动系统能大幅度缩短列车制动距离，其中ECP常用全制动较传统空气制动缩短制动距离30%～40%，ECP紧急制动较传统空气制动缩短制动距离约10%。

4 结束语

HXD2F大功率交流传动30 t轴重电力机车安装使用由中国铁道科学研究院研制的ECP电空空气制动系统，并在瓦日重载铁路通道完成了ECP动态及相关试验，试验数据全面，列车运行安全平稳，机车乘务员反应良好，试验结果表明：

(1) HXD2F机车安装ECP电空制动系统技术方案可行，并且ECP制动系统能与机车其他设备兼容并相互配合协调。

(2) HXD2F机车安装ECP电空制动系统后的各项性能指标满足设计任务书的要求，ECP系统的安装不影响机车其他设备的运用。

(3) HXD2F机车操纵列车ECP制动，其综合制动性能反映出列车制动、缓解的完全同步，并且列车在制动过程中的始终充风，提高了列车制动性能和再制动能力，降低了列车纵向冲击，对重载列车的安全运行提供了技术保障。

(4) 重载列车ECP制动性能使得机车乘务员操纵更为简单、有效，对重载列车提速具有现实意义。