HXD1

HXD1（共10篇）

HXD1 篇1

摘要：大功率交流传动机车在段运行过程中, 出现空调过滤网清洗不便及空调机组拆装不便的情况。针对此类问题, 经过分析研究, 确定了更改司机台中柜门布线工艺的解决方案并在HXD1C、HXD1B机车上进行了更改, 解决了空调过滤网清洗和空调拆装不便的问题。

关键词：司机台,中柜布线,空调过滤网清洗,空调拆装

1 问题的提出

据段方反馈的信息, 由于空调主机安装在司机台中柜处, 中柜处的线缆因柜门的开与关经常被磨破, 加之柜门关闭时与空调主机之间的空间太小, 造成线缆直接与空调主机互磨。并且设备安装在中柜上, 造成中柜门不能完全打开, 而空调检修必须将中柜门完全打开后才能正常的移出检修, 造成检修困难, 中柜门处的布线、接线成为了工艺设计上的一个难点。具体如图1所示:

在上图中, 区域1处有线横穿空调上方, 中柜上端孔1处穿线过多, 使空调不便于滑出, 影响拆装和检修。

2 布线工艺改进

2.1 第一次更改方案如下:

1) 对司机台面板进行更改。在台面板新开孔2 (图1所示) , 将孔1由圆孔改成腰形孔。孔2分流一部分孔1的线缆后, 使得孔1的走线不会过密。

2) 改变部分线缆的布线路径, 将脚踏插座、空调插头到端子排的线缆从中柜骨架上来后由原来的孔1改成从孔2布至副台端子排。

经过改进后, 减少了区域1、孔1处的线缆数量, 对空调过滤网清洗及空调拆装不便问题的解决取得了初步成效。HXD1B机车运用此方案改进后基本可以解决, 但由于HXD1C机车区域1处有空调插头到中柜门转换开关的线缆, 加上缠绕管较粗, 无法彻底解决空调过滤网清洗及空调拆装不便的问题。

2.2 第二次更改具体方案如下, 改善前后图片对比如图2所示:

1) 取消孔2、区域1布线, 孔1只布中柜门到台面的自带线 (重联电话、打印机、扬声器自带线) 。

2) 脚踏插座、空调插头到副台端子排的线缆不经过中柜骨架, 直接从右柜多孔板到副台端子排。

3) 空调插头到中柜门转换开关线缆从空调下方走线 (经过区域2到中柜门) 。

4) 中柜转换开关至右柜模块线缆至副台端子排线缆不经过司机台面, 直接从右柜多孔板布到副台对应位置。

可以看出, 改善前, 孔1处线缆包括许多连接到中柜门上开关的散线;改善后, 孔1处只穿过中柜门上设备的自带线, 空调上方的区域1转移了所有的走线, 完全解决了空调机的拆装检修不便的问题。

2.3 HXD1C机车中柜门改进

1) 设计更改:

将柜门上所有设备全部取消, 转换开关安装在司机台面固定的支撑骨架上。

2) 工艺改进:

根据转换开关在中柜支撑骨架上按其安装位置的不同, 用埃塞克斯胶分别粘接相对应的扎带座, 对应的线缆分别按扎带座的位置绑扎 (如图3所示) 。在对转换开关进行接线时, 线缆弧度必须避开空调主机 (如图3所示) 。这样既保证了其整体美观度与质量, 同时也方便了空调主机的检修。

2.4 其它改善

2.4.1 防止线缆浸水

根据段方专题信息反馈, 机车在段运行过程中, 出现过因空调漏水导致空调底部有积水现象, 为了防止出现类似问题而导致线缆被水浸泡, 在中柜下方支架上粘接扎带座, 绑扎空调下方的走线, 将空调下方的线缆悬空。

2.4.2 防止线缆磨损

改善前, 原孔1线缆较多, 中柜支架上无法安装保护条;改善后, 线缆较少, 安装保护条后对线缆起到真正的保护, 如图4所示。

改善前, 由于空调右下方区域3处空间较小, 中柜门的开关会导致中柜门线缆与空调安装架磨擦损耗。经分析后决定, 取消原中柜门上的扎带座1 (靠近柜门合叶) , 新增扎带座2 (靠近柜门中部) , 如图5所示;另外, 将区域3处线缆整理好后只与空调安装底座的平面接触, 避开棱角接触, 最大限度减少线缆保护管的磨损情况。

3 结语

经过改善, 解决了段方反馈的空调检修拆装不便问题, 而且线缆的防护情况也得到较大改观, 有效解决了机车惯性质量问题, 提高了机车使用性能和运行性能, 为保证机车的质量打下了良好的基础, 同时, 对以后中柜门布线工艺提供了有益的参考。

参考文献

[1]郭玄平, 胡秀英.机车电气设备布线规则[S].TB/T1507-1993.北京:中国铁道出版社, 1994.

HXD1 篇2

HXD1型机车牵引装置断裂问题分析及工艺改进

针对HXD1型机车牵引装置焊接存在的质量问题,分析了牵引装置产生焊接缺陷的`原因,介绍了返修工艺重点及新制产品的工艺改进措施.

作 者：龙倩倩 LONG Qian-qian 作者单位：株洲九方装备模具实业有限公司,湖南,株洲,412001刊 名：电力机车与城轨车辆英文刊名：ELECTRIC LOCOMOTIVES & MASS TRANSIT VEHICLES年，卷(期)：32(3)分类号：U260.6关键词：HXD1型机车 牵引装置 焊接缺陷 改进措施

HXD1 篇3

关键词：HXD1B；驱动单元；

1.引言

HXD1B型机车是我国新一代六轴大功率交流传动货运干线电力机车，机车牵引功率高达9600kW，运行速度可达120km/h，机车采用目前国际最先进的驱动系统—齿轮箱电机一体化驱动系统，为我国铁路高速重载发展提供了可靠的牵引动力保证。

2.驱动单元结构介绍

HXD1B型机车驱动系统是一种新型转向架抱轴悬挂式齿轮箱电机驱动装置，有别于传统机车抱轴式电机齿轮箱驱动系统，结构新颖、合理紧凑。由牵引电机、大齿轮箱、小齿轮箱、大小齿轮、柔性联轴器、传动轴承、单侧抱轴箱等组成一个整体结构，如图1、图2 所示。

该驱动系统采用一级减速齿轮传动结构。齿轮箱为承载式齿轮箱，采用垂直分箱，分为小齿轮箱和大齿轮箱，通过螺栓联接分箱面。小齿轮箱体同时还起着电机输出端端盖的作用；牵引电机与小齿轮箱成一个整体，牵引电机传动端直接通过齿轮箱滚动轴承与车轴环抱，另一端（非传动端）则通过带深沟球轴承的单侧抱轴箱环抱在车轴上。

图1 齿轮箱电机一体化驱动系统 图2 齿轮箱电机一体化驱动系统外形图

3.工装设计的任务来源

从驱动单元的结构及装配要求来看，大小齿轮箱合箱面由2个定位销和34个螺栓连接，定位要求较高；抱轴箱座与电机抱轴箱采用凸台与凹槽过渡配合的连接方式，整个齿轮箱合箱和电机抱轴箱组装的配合精度较高。最为难点的是，大小齿轮箱在合箱过程中电机上的小齿轮箱端盖的安装螺栓与大齿轮箱的内侧端盖会相互干涉，电机只能通过边旋转边推进的方法才能使大小齿轮合箱，否则电机靠近不了大齿轮箱和抱轴箱座，整个组装过程也就无法完成。

目前HXD1型和SS4型等机车的齿轮箱、抱轴箱组装是将电机安放在组装台上，将带大齿轮、抱轴箱的车轴用天车吊起然后与电机进行连接，用这种组装方式是不能满足HXDIB的组装要求。因此，需要设计一个专用的组装台用来支撑电机、轮对及齿轮箱并实现电机、轮对、齿轮箱的组装。

4.驱动单元组装台的设计

4.1组装台功能结构介绍

该驱动单元组装台由底座、移动架、车轴定位架、齿轮箱支撑架等部分组成，其中移动架包括电机旋转支承座及十字移动座。电机旋转支承座上设有推力圆柱滚子轴承，电机可以在支承座上进行旋转；十字移动座上设有可以升降的螺杆，方便调整电机高度，十字移动座上设有两层直线导轨，可使电机沿着前后左右方向进行移动，从而使电机能顺利地靠近车轴，能方便驱动单元中的电机抱轴座与车轴抱轴承座和大小齿轮箱准确配合。车轴定位架是用于放置车轴，并可通过两端加减垫片来调节车轴的高度和水平度的。齿轮箱支撑架是用于支撑齿轮箱并可调节齿轮箱角度。组装台上的底座是整个工装的基础，上面用于安装移动架、车轴定位架、齿轮箱定位架等部件。驱动单元组装台的结构见下图3。

图3 驱动单元组装台

1车轴定位架 2 移动架（2.1 电机旋转支承座 2.2十字移动座） 3齿轮箱支撑架 4底座

4.2组装台主要结构介绍

组装台底座是整个驱动单元组装台的工作平台，其它部分安装在底架上，该底座平板上设有两个直线导轨定位槽，用于通过直线导轨与移动架进行连接。

移动架由电机旋转支承座与十字移动座构成；电机旋转支承座包括三个立柱、上盖板、下盖板以及推力圆柱滚子轴承（81184）等组成（见下图4）；三个立柱设于上盖板上，用于对应支撑电机底座；上盖板下端设有环形凹槽，下盖板上端对应设有环形凹槽，推力圆柱滚子轴承的上下部分分别安装在上盖板和下盖板的凹槽内，并通过定位螺销穿过上下盖板的中心孔将下盖板与上盖板连接；下盖板底部焊接四个支座，可与移动座上的四根升降螺杆联接。通过这个设计可使得放置在支承座上的电机可以相对旋转，并通过止挡及调节螺杆来固定。

图4 电机支承座

1 立柱 2 推力圆柱滚子轴承 3 上盖板 4下盖板 5 支座 6 定位螺销

十字移动座的上座板上对应于电机支承座的四个支座设有四根升降螺杆，该四根升降螺杆的下端分别通过螺套与四个螺杆座联接，四个螺杆座固定于上座板上，螺套与螺杆座间分别设有推力圆柱滚子轴承（81110）；可以通过旋转螺套从而调节升降螺杆的高度（Z方向）。十字移动座的上座板底端通过两直线导轨与下座板顶部联接，通过旋转固定于下座板上的手轮，使传动螺杆带动上座板沿电机中心轴方向平行移动（Y方向）。下座板底端通过两直线导轨与驱动单元组装台的底座联接，可以使得整个移动架及电机能在底座平行移动（X方向）。十字移动座结构见下图5所示。

图5 十字移动座

1升降螺杆 2螺套 3推力圆柱滚子轴承 4螺杆座 5手轮传动螺杆机构 6上盖板

7直线导轨1 8 下座板 9直线导轨2

车轴定位架固设于底座左侧的两端，用于支撑车轴。在支撑车轴的部位设计成可拆卸的叉头，在叉头与定位架顶板间设有数个调整垫片，可以通过增减调整垫来调节车轴的水平度。

齿轮箱支撑架是用于支撑齿轮箱，齿轮箱支撑架包括长双向调节杆、短双向调节杆及支撑座板等组成；通过调节双向调节杆的高度来调节齿轮箱的安装角度，从而保证大小齿轮箱能顺利配合。

5.总结

通过对以上HXDIB机车驱动单元组装台的设计，使得该台位具备使电机的转动及三向（进退，左右，升降）移动功能，以便于驱动单元各安装部件间位置的调整。目前已使用该驱动单元组装台生产了一千多台机车的驱动单元。驱动单元组装台的实物见右图6所示。

在HXDIB机车驱动单元组装过程时，采用上述结构的组装台能有效的保证HXDIB机车驱动单元装配质量，保证了大小齿轮及齿轮箱能顺利配合，减少由于装配不当而引起齿轮箱漏油、异响等质量问题的发生；且通过该工装的使用，能较大的提高作业效率，避免在装配过程中使用起重机吊起电机在空中进行作业，减少了安全隐患。另外其它型号的机车驱动单元的组装也可使用该类似结构的驱动单元组装台。

参考文献：

[1] 周建斌，陈清明，王德新，晋军辉，高彬，熊霞，HXD1B 型机车转向架驱动系统

HXD1 篇4

目前, 机车的操纵台结构中台面板组成一般由台面板和仪表座通过螺钉连接, 台面板和仪表座上安装的显示屏和控制器等部件的安装螺钉裸露在外, 且螺钉的规格也不尽一致, 影响整个操纵台布置的整洁和美观, 且整体司机操纵台的效果也不能够满足机车用户的要求, 机车用户着重要求提高美观设计、增强司机室舒适度, 因此HXD1 (神华) 机车司机操纵台采用了区别于传统机车操纵台的全新设计理念, 在提高造型设计的同时更从人机工程学角度做了比较深入的分析。

1 造型设计

在传统的机车操纵台设计理念中, 我们着重注重的角度是功能方面的满足, 保证司机操作方便、制造和安装简单实用, 在造型方面以平面和简单线条为主, 不免有些棱角分明、构成要素单一, 没有太多的曲线延伸, 缺少质感和饱和度。

针对用户的要求, 此次造型设计在满足操纵台功能要求的同时, 更着重考虑了美观、舒适度高等方面的需求。

图1为HXD1 (神华) 机车操纵台外观造型设计, 此设计合理地将汽车造型设计理念融入机车操纵台造型设计中, 整体以曲面造型为主, 显示屏和控制器均采用嵌入式安装、上部再用装饰板进行遮盖装饰, 保证整个操纵台的部件在安装后作为一个整体呈现。操纵台的左、中、右柜的盖板局部采用仿桃木纹水转印工艺, 起到局部有木纹装饰的效果;柜体门和围板也增加了曲面的设计, 使其不再单调, 显得更加饱满;左、中、右盖板延伸倾斜感的设计, 像一对伸展的双翼, 不仅完美地将部分操纵设备布置在司机的左右手附近, 而且更加彰显了一种奢华与大气;曲线、曲面与局部点缀修饰的结合使整个操纵台达到了和谐而独特的美学效果。

2 结构设计

操纵台面板、仪表座、风道和操纵台帽檐材料为聚酯玻璃钢, 达到轻便的目的。操纵台下骨架和上骨架均采用铝板材料, 焊接成一个整体骨架。操纵台面板与操纵台下骨架、仪表座与操纵台上骨架用螺钉固定在左、中、右柜体骨架上。风道与操纵台帽檐一起叠加固定在前窗安装座上。

操纵台面板与操纵台下骨架、仪表座与操纵台上骨架、风道与操纵台帽檐整体固定好后, 将各显示屏、按钮和电器件直接安装在骨架上, 用螺钉紧固, 再用塑料搭扣粘贴固定8块装饰板, 保证装配后的整个操纵台面板的平面度。台面上所有按钮与转换开关不再安装在台面板上, 而安装在表面的各装饰板上, 这样的结构不仅隐藏了台面板上的所有安装螺钉还方便各部分的拆装, 保证台面板内设备和线缆的安装和检修 (图2) 。

1.操纵台下骨架2.装饰板1 3.装饰板2 4.装饰板3 5.仪表座6.操纵台上骨架7.装饰板48.操纵台面板9.装饰板5 10.装饰板6 11.表示装饰板7 12.装饰板8 13.风道

3 人机工程学舒适性分析

整个操纵台的设计以人为中心, 在满足嘹望条件、操纵设备布置等功能要求的条件下, 运用人机工程学原理, 使整个操纵台满足人-车和谐、舒适操作的设计理念。

以前的操纵台由于空调主机布置在操纵台中柜内, 受空调主机尺寸的限制, 导致操纵台高度 (操纵台台面板距司机室地板面的高度, 下同) 过高约为900 mm, 司机不能舒适地操作, 也不具备良好的瞭望条件, 因此此次设计中对整个机车的设备布置进行了调整, 将空调主机布置在机械间, 操纵台高度降为830 mm, 司机不仅能在合适的位置操作、在造型比例上更美观, 并且更有利于司机的瞭望[1], 特别是对于垂直方向的瞭望, 瞭望范围更大, 具体如图3所示。

左、中、右盖板延伸倾斜感的设计, 完美地将部分操纵设备布置在司机的左右手附近, 与以前将操纵设备布置在柜门上需弯腰操作形成了鲜明的对比, 此处曲线的设计在美观方面增加了灵动的感觉还为司机进出座椅节约了空间。

中柜布置了导轨连接的抽屉和铰链连接的热水壶底座, 为司机的日常生活提供了便利。

4 材料运用和色彩设计

选择材料的准则是在满足结构强度性能和环保阻燃的前提下, 尽可能地选取能符合造型塑造的材料[2]。运用好的装饰材料, 由于质感真实和质量好等因素, 可以让操纵台显得更美观。操纵台台面板、仪表座、风道、台面板装饰板和左、中、右柜围板采用玻璃钢材料, 仪表座下的支撑骨架采用铝合金焊接而成, 左、中、右柜骨架材料为碳钢, 显示屏装饰板为PC材料。玻璃钢材料具有质轻、强度高、耐腐蚀、绝缘、耐瞬时高温、传热慢、防水、易着色、成型方便等优点, PC材料具有透光率高、可塑性强等特点。

为了表现更强的质感, 操纵台台面板与仪表座采用铅灰色绒面漆, 左、中、右柜围板采用亚光冰蓝色沙面皮纹漆, 显示屏盖板和各部件安装板采用亚光黑色漆, 左、右装饰板做仿桃木水转印膜处理。通过颜色深与浅、油漆绒面和光滑的对比, 不仅能满足司机室表面不产生镜面效果的标准[3]且从视觉上给人和谐、高雅的感觉。

5 其他问题

由于在设计之初, 着重考虑的是美观感受, 所以局部结构存在一定的不足, 如左中右柜柜门开启不便、装饰板的安装可靠性不牢固等。

目前左中右柜柜门为卡销固定的结构, 打开柜门检修柜内电器件时需将柜门取下, 且卡销结构易断裂, 严重影响了司机操作的简便性和司机室美观效果。新方案采用预埋铰链的方式, 既有效地保证了外观效果也满足了司机方便开启柜门的要求。

仪表座上用塑料搭扣粘贴固定3块装饰板, 由于塑料搭扣在反复拆粘的过程中粘接力会大幅降低等原因, 在显示屏和开关、按钮检修过程中出现粘接不牢固易脱落的情况。因此对装饰板的安装结构进行了优化, 装饰板采用沉头螺钉安装, 两块装饰板之间用压条进行固定, 具体安装效果见图4所示。

6 结语

目前, 此款HXD1 (神华) 机车司机操纵台已经完成了一百余台机车的安装和使用, 在运用过程中得到了公司、用户和兄弟单位的一致好评。当然, 作为第一次采用全新设计理念完成的设计方案, 在生产和应用中也出现了一些需要改进的问题, 这也是设计过程的客观规律, 任何一个产品都是在不断完善的过程中逐步走向完美的, 并且这也为后续机车司机操纵台的设计提供了一种全新的经验和借鉴。

摘要：随着技术的发展和用户要求的不断提高, 电力机车司机室操纵台的设计须在造型、结构和人机工程学方面寻求突破。介绍了HXD1 (神华) 机车司机操纵台在造型、结构方面的设计情况及人机工程学方面的分析, 并总结了该设计具体运用、检修情况及细节的优化。

关键词：HXD1 (神华) 机车,司机操纵台,造型,结构,人机工程学

参考文献

[1]GB5914.1-2000机车司机室瞭望条件[S].

[2]张胜伟, 高楠, 林青.HXD1C型机车司机操纵台造型优化设计[J]。电力机车与城轨车辆, 2012 (3) .

HXD1 篇5

分析HXD1型机车油流继电器失效原因,并提出用电流继电器替代油流继电器的解决方案,该解决方案的实施情况良好,针对改进情况进行了经验总结.

作 者：谭敬东 毛业军 TAN Jing-dong MAO Ye-jun 作者单位：南车株洲电力机车有限公司,湖南,株洲,41刊 名：电力机车与城轨车辆英文刊名：ELECTRIC LOCOMOTIVES & MASS TRANSIT VEHICLES年，卷(期)：32(3)分类号：U260.6关键词：HXD1型机车 油流继电器 失效 改进方案

HXD1 篇6

1 机车称重和机车调簧介绍

根据《资电组装深度国产化HXD1型机车型式试验大纲》要求,机车在试运行前须进行称重。机车称重是在机车整备状态下(即砂装满、变压器冷却油处于正常位置,各种润滑剂在正常位置,冷却水在正常位置,随车工具全套,乘务员2 人),连续6 次进行完整的称重操作后,轴重偏差应保证在 ± 2% 范围内。实际生产或检修过程中,由于零部件( 如轮对、牵引座等)的制造误差累积、机车装配误差累积等综合因素,使机车轴重可能出现超差。

对于不能满足该要求的机车,须进行机车调簧。所谓机车调簧,就是通过在弹簧位置处加、减垫片的方式以改变轮对与车体之间弹性支撑点的弹簧压缩量,来调整各个支承点的受力大小,使各个支承点所受重力尽可能均衡的一种方法。由于车体与轮对之间采用超静定弹性支承的结构形式,所以能改变轮对与车体之间弹性支承点的弹簧压缩量,也正是这个原因,在调整1 个弹性支承点的弹簧压缩量时,同时会造成其他各个弹性支承点的受力大小跟着改变,使调簧技术变得非常复杂。

2 机车轴重超差现象及分析

根据HXD1型机车整车称重数据,其轴重分布普遍为一位、四位轴重偏重,二位、三位轴重偏轻。

2. 1 累积误差对轴重的影响

针对机车整车称重不合格的严峻情况,对02#、03#机车的组装进行全程监控,保证各零部件组装满足设计图纸误差要求,但是在机车落车过程中发现,低压牵引杆(二)与牵引座连接时,需用天车将机车抬高约10 mm,再将牵引座卡入牵引橡胶关节内,而且配合间隙不均匀(见图1)。因此,对牵引座的定位- K尺寸进行测量,发现牵引座与转向架中心线的尺寸为3 022 mm,不能满足图纸(3 028 ± 2) mm的要求。

图2 为牵引座定位尺寸简图,D为牵引杆孔中心尺寸(1 183. 35 mm);d为牵引杆中心到轨面的尺寸(363. 5 mm); 为牵引杆与轨面的角度。从图中可以看出,牵引杆长度D不变,如果牵引座定位尺寸减小4 mm,则牵引杆高度d及角度  均增加,所以现场安装需要抬高车体,将牵引座卡入牵引橡胶关节内。为了便于分析,建立示意图3,上半部分显示自由落车与牵引座尺寸偏小时车体状态的对比情况,下半部分显示牵引座尺寸偏小与落车后的车体状态对比情况。从图中可以看出,车体牵引座尺寸偏小状态下落车时,车体在自身重量G(59 t) 的作用下落至二系弹簧上,这样会出现轻度拱形,即导致机车二、三位轴重偏轻,一、四位偏重。

2. 2 等效模拟的影响

理论上称重试验应在机车所有零部件均完整安装的状态下进行,但实际工作中,由于物流组织、工艺干涉、工序交叉等各种因素的影响和限制,往往在称重试验时机车部分零部件没有完整安装。在这种情况下,需要对未安装部件的重量及中心采用等效模拟(称为配重)的方法,保持机车重量及分布与实际完整安装状态等同,从而使车体中心符合称重要求,保障生产的连续性。但是等效模拟毕竟不能完全等同于真实的安装件,未安装件的数量越多、重量越大,其累积形成的潜在偏差就越大,对称重的影响就越明显,必须加以控制。

3 轴重超差控制措施

3. 1 更换专用法兰组件弥补累积误差

为避免等效模拟对轴重的影响,在02#机车称重前确认机车已完全处于整备状态,并对轴重偏差不大于3. 5% 的A节机车更换专用法兰组件,再次进行整车称重后,轴重数据如图4 所示,机车轴重偏差满足 ± 2% 的要求,这说明更换专用法兰组件能够在很大程度上弥补累积误差。因此,对于整车称重后轴重超差不大于3. 5% 的机车,可以通过更换专用法兰组件来弥补累积误差。

3. 2 机车调簧保证轴重误差

HXD1型机车的一系弹簧装置采用独立悬挂方式,由于每组弹簧的加垫调整都将引起所有各轴载荷的变化,因此,需要用到{[A]+[B]}[X]=[C]矩阵方程［1］。由于利用专用法兰组件弥补了转向架牵引点与车体牵引中心的位置差,所以不考虑牵引拉杆的影响,而且机车调簧不考虑牵引点及牵引高度变化对轴重转移的影响,可令[B]= 0,即[A][X]=[C]。为了便于分析,建立图5 所示的机车计算简图,图中对一系和二系弹簧都作了编号,1 ~ 4依次为各轴箱弹簧,5、6 为二系弹簧旁承弹簧。转向架中心距为2L,l1为轴与转向架中心的距离,K1、K2分别指一系弹簧、二系弹簧的竖向总刚度。

根据详细的刚度矩阵建立方法［2］,对图5 所示机车建立刚度矩阵为:

位移矩阵:X =[X1、X2、X3、v1、v2、v3]

矩阵C为外力矩阵,是指加垫后所产生的附加力和力矩,由此得出在不同位置加垫时的外力矩阵［2］。当在第1 轴加垫 δ1时,对转向架构架就有1个附加K1δ1,即C =[K1δ1,0,0,K1δ1l1,0,0],如图6所示。

当在二系弹簧处加垫时,如图7 所示,在前转向架旁承处加垫 δ5,此时构架和车体所受外力为C =[K2δ5,0,- K2δ5,0,0,K2δ5L]。

各处单独加垫时的C矩阵如表1 所示。计算得到在不同位置加垫时各轴的附加载荷 Δu与垫片厚度 δ 的关系曲线,如图8、图9 所示。

从图8 可以看出,在二系弹簧位置处加垫为δmax= 6 mm时,各轴附加载荷最大为6 kg,是25 t轴重的0. 024% ,所以HXD1型机车轴重调整不采纳在二系弹簧位置处加垫的方法。

从图9 可以看出,在一系弹簧位置处加垫时各轴附加载荷有较大的变化量,针对图1 所呈现的机车轴重偏差现象,在HXD1型机车二、三位轴的一系弹簧位置处加垫调整。根据一系列计算及一系弹簧的最大加垫量为12 mm,在一系弹簧位置附加8 mm垫片。

针对HXD1型机车二、三位轴重偏轻的情况,在二、三位轴一系弹簧位置处预加5 mm垫片( 除3mm基础垫片外) 调整轴重,实践证明这种方法能够将轴重偏差调整到 ± 2% 的范围内,使整车称重合格率提升为96% 。

3. 3 在B节机车机械间加/ 减配重板

由于B节机车的四位轴相应机械间位置处有8件配重板,经过对多台车试验验证发现,如果B节机车四位轴重偏差在 ± 3. 6% 以内,一位轴重偏差不大于0. 7% ,则可以通过加、减配重板的方式调整轴重,而且每增/减1 块配重板,四位轴重就变化0. 2% ,一位轴重则变化0. 15% ,具体如图10 所示。

4 结语

通过在一定基础上选用专用法兰组件和调整一系弹簧下垫片的方法,转移轴重,使机车制造中的累积误差得到补偿,整车称重合格率由46% 提高到100% ,大大减小了二次抬车概率,效果显著。

参考文献

[1]陈冠东,吕映华.机车轴重调整的计算和分析[J].内燃机车,1988(7):1-3.

HXD1 篇7

HXD1 (神华) 型电力机车是为适应神华铁路运输需求, 在南车株洲电力机车有限公司现有大功率交流传动电力机车平台的基础上进行研制, 进一步优化机车的性能参数, 设计出满足神华铁路煤运的大功率交流传动货运电力机车。该机车总功率9 600 kW, 单轴功率1 600 kW, 轴式为2 (B0-B0) 。

HXD1 (神华) 型电力机车辅助电路由集成在牵引变流器内的辅助逆变器供电。辅助电路分成4个负载组:80～440 V 10～60 Hz三相变频变压支路、440 V 60 Hz三相恒频恒压支路、230 V 60 Hz单相交流支路和直流负载支路。除卫生间、微波炉、冰箱等生活设施全车只有一套外, 两节车具有完全相同的辅助电气系统。

辅助电路具有高冗余性、高可靠性、模块化、智能化、节能、低噪等突出特点, 有效保证机车正常功能发挥和提供舒适的司乘环境。

2 辅助电路结构及工作原理

2.1 辅助电路原理图

HXD1 (神华) 型电力机车辅助电路原理图见图1。

图1为HXD1 (神华) 型电力机车其中一节的辅助电路原理图, 从图中可以看出, 辅助电路由辅助逆变器、辅助变压器、滤波电路及相关电气部件构成, 每节机车的两个辅助逆变器分别从牵引变流器的一路中间直流环节取电, 通过滤波变压器和一组滤波电容器滤波后分别向变压变频和恒压恒频两个三相支路供电。230 V 60Hz单相交流支路由1个440 V/230 V变压器从三相恒压恒频支路取电。直流负载支路由蓄电池充电机供电。

2.2 变压变频 (VVVF) 支路

在图1中, 牵引变流器其中一路中间直流环节给辅助逆变器1提供1 800 V的直流电源, 经过辅助逆变器1的PWM逆变输出三相交流电源后, 再通过辅助变压器1的变压及滤波电路的滤波, 为变压变频负载提供合适的工作电源。变压变频负载包括4个牵引风机和1个冷却塔风机。

变频变压支路输出的电压与频率 (U/F) 特性曲线见图2。

辅助电路变压变频支路的电压和频率由牵引电机温度、变压器油温以及变流器水温决定。

控制系统根据牵引电机1温度、牵引电机2温度、牵引电机3温度、牵引电机4温度、变压器油温以及变流器水温判断其各自需要的电压和频率值, 再根据其中的电压和频率最大值作为系统的设定值, 变压变频支路便以此电压和频率工作, 并根据运行情况及时调节该参数。

另外, 在启动时采用变压变频软启动, 确保负载的启动电流恒定。

2.3 恒压恒频 (CVCF) 支路

在图1中, 牵引变流器另一路中间直流环节给辅助逆变器2提供1 800 V的直流电源, 经过辅助逆变器2的PWM逆变输出三相交流电源后, 再通过辅助变压器2的变压及滤波电路的滤波, 为恒频恒压负载提供恒定的工作电源。

恒压恒频负载包括1台变压器油泵、1台变流器水泵、1台变流器风机、1台蓄电池充电机、1台空调、1台主压缩机以及1台3AC 230 V变压器。

恒压恒频支路提供电压为3AC 440 V, 频率为60Hz的固定电源。同样, 在启动时恒压恒频支路也采用变压变频软启动, 确保负载的启动电流恒定。

2.4 230 V支路

230 V支路为机车辅助系统230 V负载提供单相230 V/60 Hz的辅助电源, 230 V支路包括3AC 230 V变压器以及相关负载。3AC 230 V变压器从440 V恒压恒频支路取电, 将电压转换为230 V/60 Hz的恒定电源。

单相230 V/60 Hz负载包括2台司机室暖风机、2台司机室膝炉、1台屏柜加热器、1台热水壶、1台微波炉 (B节) 以及1台卫生间加热器 (A节) 。主要为乘务员提供舒适以及方便的操作环境。

2.5 直流支路

直流支路由蓄电池充电机供电, 若充电机未启动, 则由蓄电池提供。充电机提供110 V和24 V的直流电源, 为机车控制系统以及信号系统等提供工作电源。

直流支路负载主要有机车控制系统、信号系统、车内照明系统、前照灯、辅助压缩机、冷藏箱以及记点灯、标志灯/辅照灯用24 V电源等。

3 冗余设计与保护系统

3.1 冗余设计

HXD1 (神华) 型电力机车辅助电路设计时充分融入“高冗余”设计理念, 确保机车运行时辅助电路的可靠性。辅助电路冗余设计主要有辅助逆变器、辅助变压器以及蓄电池充电机等。

3.1.1 辅助逆变器和辅助变压器冗余

辅助电路正常工作时, 变压变频支路与恒压恒频支路独立工作, 接触器31-K11、31- K12、31- K01和31-K02闭合, 接触器31-K13和31-K05断开。

当辅助逆变器1出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K11、闭合接触器31-K13, 由辅助逆变器2给2台辅助变压器供电, 此时2台辅助变压器输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

当辅助逆变器2出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K12、闭合接触器31-K13, 由辅助逆变器1给2台辅助变压器供电, 此时2台辅助变压器输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

当辅助变压器1出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K11、闭合接触器31-K05, 由辅助逆变器2给辅助变压器2供电, 此时由辅助变压器2输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 为恒压恒频和变压变频负载供电, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

当辅助变压器2出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K12、闭合接触器31-K05, 由辅助逆变器1给辅助变压器1供电, 此时由辅助变压器1输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 为恒压恒频和变压变频负载供电, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

当辅助逆变器1和辅助变压器1出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K11、闭合接触器31-K05, 由辅助逆变器2给辅助变压器2供电, 此时由辅助变压器2输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 为恒压恒频和变压变频负载供电, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

当辅助逆变器1和辅助变压器1出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K11、闭合接触器31-K05, 由辅助逆变器2给辅助变压器2供电, 此时由辅助变压器2输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 为恒压恒频和变压变频负载供电, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

当辅助逆变器2和辅助变压器2出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K12、闭合接触器31-K05, 由辅助逆变器1给辅助变压器1供电, 此时由辅助变压器1输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 为恒压恒频和变压变频负载供电, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

当辅助逆变器1和辅助变压器2出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K11, 闭合接触器31-K13、31-K05, 由辅助逆变器2给辅助变压器1供电, 此时由辅助变压器1输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 为恒压恒频和变压变频负载供电, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

当辅助逆变器2和辅助变压器1出现故障时, 系统将自动断开接触器31-K12, 闭合接触器31-K13、31-K05, 由辅助逆变器1给辅助变压器2供电, 此时由辅助变压器2输出440 V/60Hz的恒压恒频电源, 为恒压恒频和变压变频负载供电, 变压变频负载均以恒压恒频工作。

辅助电路在设计时充分考虑了机车运行的极端恶劣情况, 只要有1台辅助逆变器和1台辅助变压器能正常工作, 辅助电路将以恒压恒频440 V/60Hz输出, 维持机车辅助系统正常运行;另外, 若有1台辅助逆变器故障, 本节主压缩机将不能启动;若有1台辅助变压器故障, 本节机车将切断两路电机及相应牵引风机。不仅能够确保机车在故障情况下维持运行, 也能有效保护辅助电路。

3.1.2 蓄电池充电机冗余

机车辅助电路设计时, 为了确保直流支路的可靠性, 两节机车的蓄电池充电机可以通过自动开关进行手动连接, 实现冗余功能。

正常情况下, 两节机车的直流支路单独供电。如一节机车的充电机出现故障, 通过手动配置充电机的重联开关, 可以由另一节的充电机为两节机车的直流支路供电, 确保机车的可靠性;在设计时, 充电机的供电容量能满足两节机车直流负载的正常工作。

3.2 保护系统

HXD1 (神华) 型电力机车辅助电路具有完善的保护系统, 主要包括接地检测、温度保护、电压保护、电流保护等。

在图1中, 辅助变压器次边设计有440V接地检测电路, 若有接地故障, 则会在微机屏HMI提示故障信息, 便于乘务员及时处理问题。另外, 230 V以及110 V支路均设置有接地检测电路。

在辅助逆变器以及辅助变压器内部安装有温度传感器, 若检测到温度偏高, 将会对故障模块进行隔离, 自动配置辅助系统, 并提示乘务员故障信息。

3AC 440 V支路安装有电压传感器, 用于检测辅助负载支路的实际电压。通过电压实际值与电压设定值进行比较, 经过PID调节器输出PWM系数来控制辅助逆变器的输出电压, 维持负载电压维持在设定值的误差范围内。当辅助负载出现故障 (欠压或过压) , 辅助逆变器的PWM会被封锁或辅助逆变器会被隔离来实现欠压、过压保护。

在辅助逆变器的输出电路上安装有电流传感器, 用于检测辅助逆变器的输出电流, 当电流值过大时, 辅助逆变器的PWM会被封锁或辅助逆变器会被隔离来实现过流保护。

另外, 每一路负载还配备断路器, 用于辅助负载的过压、过流保护。

4 结语

HXD1 (神华) 型电力机车已经配属神华集团朔黄铁路公司肃宁机务段, 并于2013年1月正式上线运营, 目前机车运行良好。辅助电路性能稳定、工作可靠、冗余性好、节能环保, 保证了神华集团大功率货运机车运行的安全性和可靠性。

摘要：介绍了HXD1 (神华) 型电力机车辅助电路的结构, 并对辅助电路工作原理、冗余设计以及保护系统进行了详细阐述。

关键词：HXD1 (神华) 型电力机车,辅助电路,冗余设计,保护系统

参考文献

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[4]于海霞, 陈立峰.HX_D2B型大功率交流电力机车辅助电路设计[J].机车电传动, 2012 (4) .

HXD1 篇8

制动系统是电力机车的核心设备之一, 机车制动直接与机车的行车安全相关[2], 其性能的好坏和制动能力的大小直接涉及列车能否安全运行。众所周知, 由于列车在紧急情况下的安全需要, 列车制动距离远小于列车的牵引距离。制动系统在制动时提供的制动功率不但与列车速度的三次方成正比, 而且与列车制动距离成反比。从这个意义上讲, 速度的提高对列车制动系统的考验, 相比列车其他系统更为严峻。

1 制动系统的工作特点和原理

1.1 工作特点

HXD1型机车制动系统的工作特点主要有[3]:

1) 层次化、网络化、分布式的特性明显;

2) 参与工作模块众多, 交互关系复杂;

3) 阶段性动态运行特点;

4) 数字化智能化控制, 传感器众多。

1.2 工作原理

1.2.1 空气制动系统

将列车作为一个系统考察, 制动系统和牵引系统一样, 仅仅是列车控制系统的一个执行系统。它们的区别是:制动系统是用来使列车减速或组织其加速, 而牵引系统则正好相反。作为列车一个完整的支系统, 制动系统有其自身的原理, 遵循其自身的规律。指令R都是通过列车管压力变化来传递的, 前者列车管增压标示制动, 列车管减压标示缓解;后者正好相反。二者的控制装置均采用空气制动控制方式, 即制动指令R通过气动控制生产驱动制动执行的空气压力P1。直通式空气制动系统的控制装置极为简单, 仅作为流量放大控制;而自动式空气制动的控制装置真正有了控制作用, 结构相对复杂, 性能也较为完善。制动执行装置是根据列车的需要而配置的, 两者基本相同, 一般采用摩擦制动, 其原理是将空气压力P1转换成摩擦副的摩擦力K。由于摩擦系数受列车速度的影响较大, 因此该环节的传递函数G2 (s) 随着速度的变化而变化。摩擦力K最终通过轮轨关系转化为制动力F, 黏着系数无疑是影响这一环节传递函数G3 (s) 的因素。空气制动系统的工作原理如图1所示。根据自动原理, 其传递函数表示为[4]:

G (s) =F (s) /R (s) =G1 (s) G2 (s) G3 (s) (1)

式中:G1为气动控制环节传递函数;G2为空气制动执行环节传递函数, 随列车运行速度的变化改变;G3为轮轨关系传递函数, 与黏着系数相关。

随着铁路的发展, 空气制动系统的性能也越来越完善。例如:增加空重车调整装置, 改善载重变化对制动性能的影响;增加闸瓦间隙调整器, 防止由于闸瓦和车轮的磨耗使制动作用失效。空气制动系统为纯机械式的装置, 原理简单、结构可靠;但由于它与生俱来的特点, 如制动指令传递速度缓慢、制动控制粗糙、系统响应迟缓等, 使其难以独立满足高速列车对制动系统的要求。目前, 在部分高速列车的制动系统中, 自动空气动力系统因其安全性, 以及它和普通列车制动系统的兼容性, 被作为一种备用方式。

1.2.2 电空制动系统 (如图2所示)

1) 电磁指令式。司机控制器通过贯穿全列车的控制和缓解导线, 对安装于各车辆上的制动和缓解电磁阀进行励、消磁, 从而控制列车的制动或缓解。制动力的大小通过控制电磁阀的通、断电时间长短来调节。与空气制动指令型号相比, 该模式具有响应快、动作一致性好的有点。

2) 数字指令式。所谓数字指令式, 是指0和1组成的二进制数, 在用3位数组合时, 除了 (000) , 还有 (001、010、100、011、101、110、111) 7组组合。在制动控制上, 使0对应制动指令线off, 1对应on。这样, 用3根制动指令线组合, 可以得到7个制动级别。如果采用更多的制动指令线, 可以得到更多的制动级别, 不同的制动级别代表不同的控制目标 (制动力、减速度等) 值。在实践中, 为了降低制动指令线故障对控制的影响, 也有采用1根指令线代表1个制动级别的指令。因此, 为了得到7根制动指令级别, 需要7根指令线。

摩擦制动执行装置根据信号R3, 产生非粘着制动力F3和粘着制动摩擦副的摩擦力K。摩擦力K通过轮轨关系, 转化为粘着制动力F1。动力制动执行装置将动力制动执行信号R4转化为动力制动力F2。一般情况下, 摩擦制动力和动力制动执行装置将动力制动执行信号R4转化为动力制动力F2。一般情况下, 摩擦制动和动力制动执行的传递函数均受列车运行速度的影响, 轮轨关系传递函数受轮轨间粘着状态影响。制动力F1、F2、F3均作用在列车上, 自然形成列车制动力F。

电液制动系统与电控制动系统的作用原理相同, 有两种形式。一种是液体完全取代空气作为中间介质, 结构紧凑但复杂, 由于车辆间高压油互通的困难, 系统冗余性不如其他方式。另一种是在必要的环节, 利用气液转化部件, 将气压信号转换成压力更高的液压信号。这种方式比较简单, 在日本新干线高速动车组上得到广泛的应用。

由图2的控制原理, 可以得到电控 (液) 制动系统的传递函数为[4]:

Gn (s) =F1 (s) /R (s)

=[G1 (s) -G4 (s) G5 (s) G6 (s) ]G2 (s) G3 (s) (2)

Gf (s) =F3 (s) /R (s)

=[G1 (s) -G4 (s) G5 (s) G6 (s) ]G7 (s) (3)

Gd (s) =F2 (s) /R (s)

=G5 (s) G4 (s) (4)

G (s) =F (s) /R (s)

=G5 (s) G4 (s) +[G7 (s) +G2 (s) G3 (s) ][G1 (s) -G4 (s) G5 (s) G6 (s) ] (5)

2 HXD1型机车制动系统的故障特性及分类

机车在运行过程中不可避免地会发生各种故障, 由于机车发生故障时可能引起严重后果, 造成重大损失, 所以对机车进行实时故障诊断对保证机车安全正常运行是十分必要的。

2.1 故障特性

机车是一个复杂的动态系统, 基于上述HXD1型电力机车制动系统的自身特点, 其故障具有以下特点。

2.1.1 部件繁多, 层次结构复杂

电力机车的部件根据功能和连接的紧密程度可分为若干个子系统, 而每个子系统又可分为若干子系统, 子系统又由若干部件组成, 从而形成一个具有一定分层结构的树形结构。子系统由各个部件在工作过程中会产生某些故障, 而这些故障又会引起子系统中其他部件的工资不正常, 进而影响整个机车的工作性能。故障的层次性为复杂设备诊断问题提供了一个有效的策略与合理的模型, 即层次诊断策略和层次诊断模型, 使复杂诊断问题的求解效率更高。

2.1.2 需要监测的参数多, 诊断方法多样

机车作为一个复杂的动态系统, 为能比较准确地诊断各个部件的故障, 需要监测很多参数, 因此检测手段多样。常用的参数有各个电气设备的二进制状态信号和电气参数信号, 如中央电器柜中各种电器的状态信号和感应电机的电压、电流、频率等电气参数信号。此外, 机车各个机械部件的振动信号的监测和处理在机车故障诊断中也占据重要位置。为了能更精确地诊断故障, 可以采用多种方法对信号进行特征提取和分析。

2.1.3 参数具有时变性

随着使用时间的变化电气部分的各项性能或者参数不可避免地会发生变化。对于数字信号, 只要电气部分的变化在一定范围之内, 可能影响不大;对于模拟信号, 参数的缓慢变化会引起系统模型的变化。因此在故障诊断时必须要考虑参数慢时变的特性。这一特性说明故障可以早期诊断与预测, 只要在系统相应的输出特征信号或征兆尚未超过允许的范围之前测出这些变化并获得这些变化规律, 就可以由此作出有关系统的当前状态、状态发展趋势和未来状态, 故障的延时性是实现故障预测和早期诊断的基础。

2.1.4 联合故障、交叉故障多

机车的各个部件具有一定的层次结构, 划分到各个子系统中具有一定的独立性, 但在一个子系统中的部件常会互相影响, 并且各个子系统之间也常会互相影响。所以对某个部件的故障诊断必须要结合其他部件的工况和诊断结果进行综合判断。多故障并发是复杂设备诊断问题的共同特征, 也是故障诊断需要考虑的一个重要问题。

2.1.5 故障诊断的实时性要求高

HXD1型机车经常在野外行驶, 工作条件非常恶劣, 一旦发生故障导致机破将会造成严重损失, 因此对机车故障诊断的实时性要求很高, 在机车的运行过程中能够及时地发现故障的征兆, 在故障发生的初期就提醒司机进行处理, 并给出故障的定位和机理分析, 使司机和维修人员能迅速地排除故障。

2.2 故障分类

由于诊断系统的复杂性, 因而故障的形式也不同, 必须对其进行研究, 以确定采用何种方法进行诊断, 故障分类的方法很多, 一般有以下几种。

故障按照不同的标准有多种分类方法, 如按故障的性质分有硬故障和软故障;按故障的相互关系分有关联故障和非关联故障等;按故障发生的具体部位有继电器故障、传感器故障和元部件故障等;按故障的持续发生的时间分有永久故障和暂时故障等;按故障的严重程度分为大故障、中故障、小故障和瞬时干扰故障;按故障间的相互关系有单故障、多故障、独立故障和局部故障等。

这里给出HXD1型机车部分具有代表性的制动系统各种故障, 见表1。

3 HXD1型机车制动系统的故障诊断的难点及整体方案

3.1 故障诊断难点分析

HXD1型机车制动系统故障是典型的多源、并发信息, 机车内部结构复杂, 模块众多, 各个模块间异构特征明显, 产生的各类型故障结果具有较大的差异性, 诊断系统必须对各类型故障信息进行深入分析和相关处理, 才能更好地进行诊断。同时, 由于系统中诊断对象物理结构和功能结构具有时变性, 一方面会引起诊断系统的任务、工作环境甚至是系统本身具有可变性, 另一方面也会引发各部件的针对性变动, 从而导致相同部件对不同故障类型的影响发生变化, 使得多故障问题的诊断难以实现[5]。

虽然HXD1型机车制动系统非常复杂, 但也是由不同层次的子系统组成的, 如风源系统、制动控制系统、LOCOTROL系统、辅助气动控制系统等。因此, 发生的故障总是隶属于某一层次, 在这一层次中, 总有一个或几个特征参数的变化与之相对应。例如, 在风源系统中, 如果风机出现故障, 则会引起通过总风管的风量及过滤净化装置的出风纯净度和湿度发生变化, 风量和出风湿度, 纯净度, 即是这一故障的特征参数 (又称为原因参数) 。利用故障的这一特性, 我们可以提出诊断模型, 并对原因参数和结果参数进行分类, 从而实现对故障的正确诊断。这说明故障具有层次性与参数对应性的特征。对电力机车制动系统的故障分类的意义在于对于不同类型的故障, 诊断系统能采用不同的处理措施, 尤其在多故障并发时, 能优先诊断和处理较严重的故障。

3.2 故障诊断的整体方案

在制动系统中, 乘务员控制指令、机车安全回路、机车惩罚回路等均为数字量信号, 通过对机车网络数据和重要继电器、电空阀的监测, 采用物理冗余法来进行在线监测。对于简单的模拟量信号和数模共用信号如司空器、电子制动阀等信号, 其物理参数固定、数模转换比率也保持不变, 可以采用解析模型法通过建立精准的数学模型和信号流模型来进行诊断。

对于输入输出对应关系比较简单、模块间交互关系固定的诊断对象如LOCOTROL的控制核心IPM、司机指令采集模块SKSI户以B和SKS3, 可以采用专家知识法, 通过设计合理的知识库和推理机来实现监测功能。基于知识的方法不需要过程的精确数学模型, 在故障出现后, 通过推理、演绎或模式识别自动完成故障的定位和诊断工作。该方法的诊断能力较好, 需要一些先验知识来建立模型, 但通用性比较差, 通常需要结合具体的应用对象。于传感器渐进性软故障这样的诊断难点, 我们采用基于数据驱动的PCA方法, 既不需要建立传感器的精确模型, 也不需要和知识诊断一样设定明确的故障诊断规则, 只需要根据统计到的过程数据进行故障趋势的实时诊断分析, 将制动系统各个传感器等大量高度相关的过程变量投影到一个包含空间绝大多数信息的低维子空间中, 从而使得制动系统运行中的过程监测, 故障检测以及诊断等研究工作大为简化。这里给出各种故障诊断方法的优缺点, 以及制动系统中各类故障适合采用的诊断方法, 见表2。

4 结束语

HXD1型电力机车的研制成功和大规模实际运用, 显著提升了我国铁路的重载装备水平。

但是, 由于和谐1型电力机车作为一个庞大而复杂的系统, 从设计、设备制造到组装都是由多个国家的数十个厂商完成, 各个厂商生产的设备和接口的兼容性问题尽管经历了长时间的设计论证和实验, 但在实际运行过程中仍然不断出现。

由此造成的各种无法彻底查明和完全解释清楚的故障和问题, 不但给维护人员对机车的修理和维护带来了困难, 更重要的是带来了不可预知的安全隐患。

基于此, 从HXD1的制动系统故障出发, 阐述了制动系统的工作特点和原理, 总结归纳了系统的故障特性及分类, 并分析了系统故障诊断的难点和整体方案。通过分析这些常见故障, 总结处理方法以供相关人员和单位借鉴。

参考文献

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HXD1 篇9

国际电工委员会标准IEC61375-1:1999,即TCN(列车通信网络)标准,被广泛应用于各种电力机车,电动车组上[1]。随着高速铁路的快速发展,许多列车制造商已经开发了诸多基于TCN的机车中心控制系统,如ABB,Siemens,Bombardier,Ansaldo,Firema或者CAF等[2]。而GE公司生产的LOCOTROL系统是当今世界最先进的动力分布系统之一,主要应用于重载铁路运输领域,能显著提高铁路运输能力并有效优化运营加长加大型货车。

为配合中国经济大力增长,大秦线采用分布式机车控制技术LOCOTROL延伸机车长度,开行2万t组合列车[3]。LOCOTROL技术的使用,不仅使列车运行更为安全,同时也大大提高了大秦线运输能力[4]。目前,太原铁路局湖东机务段共有HXD1型电力机车180余台,因此研制HXD1机车LOCOTROL系统操作及测试装置,实现对HXD1机车操作模拟以及LOCOTROL系统检测与维护具有重要的现实意义。

本文主要对HXD1型电力机车上应用的LOCOTROL系统中RIM(继电器接口模块),CPM(通信处理模块),MIPM(集成MVB接口处理器模块)和PDM(电源分布模块)等模块按照机车上实际的接线方式组成试验台,采用VC++编写CCU模拟操作软件,通过MVB网卡实现模拟CCU与LOCOTROL之间的通信,两个试验台之间通过电台RDTE或GSM-R通信实现模拟HXD1机车2万t 1+1编组模式,实现LOCOTROL系统分布式动力控制功能和CCBII空气制动控制功能测试,从而为大同湖东机务段LOCOTROL系统维护和测试提供保障。

2 HXD1机车LOCOTROL系统操作及测试系统

2.1 测试系统组成原理

目前在大秦铁路上运行的HXD1型重载列车由2台HXD1型机车共同牵引,每台机车安装1套LOCOTROL系统。该系统对分布在一列组合列车中的2台机车,以主控或从控的方式完成对列车的制动或牵引,从而实现2台机车由一名司机同步控制。

图1为HXD1的LOCOTROL设备的基本架构和主要构成。

该系统主要包括以下9个子模块。

1)集成MVB接口处理器模块:

MIPM(MVB Integrated Processor Module)。

2)司机室显示模块:

LCDM(Locomotive CAB Display Module)。

3)GSM-R车载通信模块单元:

OCU(GSM-R Onboard Communication Unit)。

4)通信处理模块:

CPM(Communication Processor Module)。

5)继电器接口模块:

RIM(Relay Interface Module)。

6)电子制动阀:

EBV(Electronic Brake Valve)。

7)CCBⅡ(包括电控制动)控制单元:

EPCU(Electro-pneumatic Control Unit)。

8)无线数字传输电台设备:

RDTE(Radio Data Transmission Equipment)。

9)电源分布模块:

PDM(Power Distribution Module)。

各模块之间通过串行通信或数字I/O相互连接,其中MIPM模块是整个系统的核心,它通过MVB总线与CCU相连,构成整车通信网络[5,6]。

本文所设计的测试平台为系统测试平台,即将所有的LOCOTROL模块按照机车上实际连线进行连接,对于其中需要外部接口信号的模块,如RIM,CPM模块等,则通过测试台机车指令及状态模拟器给定实际机车信号,从而使LOCOTROL系统脱离机车,在实验室运行,并实现1+1编组模式。

2.2 试验台设计

系统测试平台主要包括3部分:电源系统、测试台控制系统和LOCOTROL系统模块。其中测试台控制系统通过上位机来完成对测试平台的监控,指令发送以及MVB网卡通信控制。机车指令与状态模拟器则通过拨码开关或按钮提供开关量与模拟量输出到工控机中的数据采集卡。测试平台结构框图如图2所示。

系统测试平台根据LOCOTROL模块的总体连接要求,把LOCOTROL系统的各个模块合理地安装在测试台内,测试台面板上设置拨码开关或旋转按钮,做为CCU模块和RIM模块的外部输入,为各模块提供正常运行所需的数字或模拟信号,用来模拟机车实际运行时的各种状态。每个测试台配有一台工控机,可对所有指令进行监控,对操作逻辑进行判断,同时提供与MVB网卡的通讯。

2.2.1 电源系统设计

系统测试台采用交流220 V供电,通过隔离变压器分别接至工控机,AC 220 V/DC 110 V模块和小功率AC/DC变换器,其中AC 220 V/DC 110 V模块为测试台提供各模块工作所需的110 V直流电源,小功率AC/DC变换器为测试台内各个接口模块提供电源。系统测试台电源系统结构如图3所示。

2.2.2 测试台控制系统设计

该测试台通过使用上位机与试验台开关的使用模拟LOCOTROL系统中的子模块CCU,从而使整个LOCOTROL系统可以在实验室正常运行。其中,模拟CCU是基于MVB网络协议基础上的中央控制系统,它与LOCOTROL系统之间的数据传输符合IEEE61375-1的MVB协议。

控制系统的核心是工控机,内部安装MVB卡,32通道带隔离数字I/O板卡,16通道模拟量采集卡。上位机用来模拟CCU操作,发送各种机车状态指令。MVB卡用来实现工控机与MIPM之间通信的桥梁,通过MVB卡对MIPM模块进行控制。32通道数字I/O板卡主要用来对试验台上的开关量进行监控。模拟量采集板主要是用来采集试验台上的模拟信号,为试验台的操作和控制提供直观数据。

2.2.3 LOCOTROL系统模块的连接

根据LOCOTROL系统原理图与机车上LOCOTROL系统的实际连接,将各个模块进行连接,其中CCU子模块由所设计的模拟CCU模块代替,由上位机进行指令的发送与数据的读写。

3 软件设计

本开发系统采用了VC++2005编制了工控机开发平台程序。微软Visual Studio2005是Microsoft公司推出的面向对象可视化快速应用程序开发工具。通过使用预制的组件和可视化编程界面大大简化了Windows应用程序的设计和实现。

整个系统的软件采用功能模块化设计结构,便于软件的功能扩展和维护。软件的系统框图如图4所示,主要包括:图形界面模块,CRC32位校验模块,6405开关量模块,8325数据采集模块和MVB通信模块。

程序的界面设计包括主界面与CCU命令控制对话框。其中,主界面用于显示系统时间,当前操作状态(主控,从控),网压,牵引力状态,列车行进状态,如:前进方向,速度信息等。CCU命令控制对话框,用来模拟CCU系统的外部输入,包括升弓、降弓、撒沙等,实现对LOCOTROL全系统的实际模拟。

程序的功能设计程序流程图如图5所示。

程序的通信子程序采取了多线程的工作方式。程序在所有设备进行初识化之后,进入主界面,此时创建一个侦听所有板卡通信时间线程,由此线程监测MVB总线状态和6405卡与8325卡发送来的命令消息等各种通信事件,再调用相应的函数对事件进行处理。

由于通信系统需要同时对6405开关量模块与8325数据采集卡模块进行响应,并需要同时将操作命令通过MVB总线进行发送,故而对需要在MVB总线上发送的数据和命令进行CRC校验,提高数据发送的正确率。

功能模块实现的重点在于MVB通信模块的实现。其中,MVB网卡的通信读写的实现及MVB数据结构的具体设置是其中的关键,下面从这几个方面进行介绍。

3.1 初始化程序

初识化程序主要是通过对MVB卡中的源端口和宿端口中的寄存器根据列车初始化状态写入相应的控制字,进行初始化,从而确定MVB卡的工作方式。

MVB卡源端口初始化数据:

unsigned short Ports_src_data_init[2][16]={{0x0000,0x0011,0x0000,0x0000,0x1F00,0x2000,0x0800,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF},{0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0101,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF,0xFFFF}}。

3.2 头文件及通信子程序

根据MVB总线的通信协议及通信需求,定义以下头文件和几个子程序。

3.3 上位机程序特点

采用了Visual C++面向对象的设计方法编写通信软件程序,模拟LOCOTROL系统中CCU实现基于MVB协议的机车重连控制系统,操作方便;采用多线程技术和消息驱动的工作方式,可以充分利用计算机系统的资源,避免瓶颈的产生,达到将系统合理组织的目的,有效避免了网络数据的冲突,使得数据通讯安全可靠。

4 结论

本文给出了一种LOCOTROL系统操作与测试的设计方案,此方案通过试验台的互联,模拟HXD1机车2万t 1+1编组模式,实现LOCOTROL系统分布式动力控制功能和CCBII空气制动控制功能测试,实现了对实际机车LOCOTROL分布式控制的模拟,降低LOCOTROL模块的检测与维护费用,为HXD1机车关键技术的消化、吸收、再创新提供必要的技术支持。

摘要：简述了基于TCN(列车通信网络)标准的LOCOTROL(分布式动力)系统结构和工作原理,并对其中各个子模块进行了简单介绍。设计了一套包含模拟CCU(中央控制单元)子系统的LOCOTROL操作及测试系统。阐述了系统的硬件结构设计及由VC++开发的软件设计流程。该系统解决了LOCOTROL系统中各模块的故障快速检测问题,并可以对实际机车LOCOTROL分布式控制进行模拟,具有很大的实际应用价值。

关键词：多功能车辆总线,列车通信网络,分布式动力控制系统,上位机程序

参考文献

[1]International Electrotechnical Commission(IEC).ElectricRail way Equipment-train Bus-part 1:Train Communica-tion Network[Z].IEC61375-1.Ed.01,1999

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[3]GE Transportation Systems Global Signaling,LLD.Docu-ment No.5003798 Rev B[Z].Technical Specification forAlstom DJ4 Locomotive,2006.

[4]廖洪涛.和谐HXD1型大功率交流电力机车概述[J].电力机车与城轨车辆,2007,30(1):7-10.

[5]SI MENS Transportation Systems.SIBAS 32 Central ControlUnit Standard Specifications.Document NO.C0100527419[Z].Version:0.1.2006.

HXD1 篇10

1 总风压力开关P50.A74故障分析及处理

如图1所示, HXD1B型电力机车总风压力开关P50.A74用于机车的牵引互锁保护, 其监测总风压力范围为650 kPa ～750 kPa, 当总风压力高于750 kPa时, 压力开关的1、3点连通将信号送入SKS3 的E139_11位, 参与整车的牵引控制。当总风压力低于650 kPa时, 压力开关的1、2点连通, 牵引变流器禁止功率输出, 确保行车安全。

运行途中若出现P50.A74故障, 将直接导致1、3点断开从而引起牵引封锁, 机车无法继续运行, 此时若总风实际压力高于750 kPa则可设法人为引入外接信号到E139_11位维持运行, 引入外接信号必须满足两点要求:一是信号源要稳定;二是引入信号必须方便乘务员操作从而节约处理时间。

从HXD1B型电路原理图和实际位置图分析得知:低压柜线排 (=92-X151.04) 的87点能够满足要求, 引入信号可以取自停放制动隔离塞门位置反馈信号 (=92-X151.04) 的83点, 此信号稳定且处理方便。因此, 运行途中出现P50.A74故障时, 若实际总风压力高于750 kPa, 则可在机车停稳后降弓断主断路器 (以下简称主断) 并断开机车电源后, 乘务员首先拔掉P50.A74插头, 然后进入低压柜将线排 (=92-X151.04) 的87点28074102线拔出并插入83点线排即可, 运行中应人为加强总风压力的确认。

2 控制继电器故障分析及处理

2.1 主断继电器故障分析及处理

HXD1B型电力机车有2个主断控制器:一是主断允许继电器 (=21-A11-K02) , 一是主断闭合继电器 (=21-A11-K01) , 当这两个继电器有故障时, 将导致主断无法闭合并在HMI显示屏中警示司机, HMI中故障信息如表1所示。

此类故障一般都是继电器本身出现问题所致, 所以应急处理方法就是临时用机车上其他同型号的继电器替换, 但需注意两点:一是型号必须与主断继电器一致;二是替换后不应影响机车使用和运行安全。

主断继电器的型号为V23154-D735-B110, 经查, 与此继电器型号一致的继电器如表2所示。

从表2可知, 只有方向继电器可用来替换主断继电器, 由于机车运行中只有某一个方向继电器得电, 因此, Ⅰ室、Ⅱ室的两个方向继电器可以临时用一个来替换。

值得一提的是, 乘务员在用方向继电器进行替换时必须共同确认机车方向状态, 除利用机车操纵端来判断哪个方向继电器得电外, 乘务员还可以使用机车自动过分相控制盒的信号指示灯来判断哪个方向继电器动作, 方法是:将换向手柄置于向前位位置, 若综合柜内自动过分相控制盒指示灯在“前”则表示此时方向继电器 (=21-A12-K01) 已得电, 可以替换的为方向继电器 (=21-A12-K02) , 若综合柜内自动过分相控制盒指示灯在“后”则表示此时继电器 (=21-A12-K02) 得电, 可以替换的为继电器 (=21-A12-K01) 。

综上所述, 在运行途中若出现故障代码为0029或0030的主断继电器故障信息, 则可在机车停稳后降弓断开机车电源, 然后利用操纵端和自动过分相控制盒指示灯两种方法判断是哪个方向继电器得电, 再使用不得电的方向继电器替换故障的主断继电器维持运行至终点站, 注意此时机车只能朝列车运行方向运行, 不可退行。

2.2 零速继电器故障分析及处理

零速继电器 (=32-A31-K02) 用于判断机车速度是否为零, 当机车速度小于0.5 km/h时, SKS3的A13B_04闭合从而使零速继电器闭合, 进一步通过零速继电器的辅助触点闭合将零速信号送至CCBⅡ制动机, 反之若速度大于1 km/h则CCBⅡ制动机无零速信号。若零速继电器故障, 即使机车速度为零也不能将零速信号送至CCBⅡ制动机, 这样带来的后果是大闸置于紧急制动位后LCDM显示屏将不会出现60s的读秒信息从而使机车无法缓解。

运行途中若出现此类故障, 应急处理方法仍然相同, 即使用与零速继电器同型号的继电器替代。为了保证替换后不影响机车正常使用和运行安全, 经分析确定:主压缩机控制继电器 (=34-A10-K01、=34-A10-K02) 与零速继电器型号都为V23154-D735-F104, 是替换的最佳选择。应注意的是机车的主压缩机控制继电器拔掉后, 干燥器将不会工作, 回段后应及时报活修复并对制动系统进行排水检查。

3 主司控器格雷码编码器故障分析及处理

3.1 主司控器格雷码设计原理

每端司机室都安装了由格雷码编码设定值的主司控器。主司控器设定牵引功率和电制动 (再生制动) 时的制动功率, 通过主手柄位置将牵引或制动编码信息输入到CIO的X07插头, 从而实现机车的起动和调速, 其手柄位置的编码如表3所示。

3.2 速度设定控制器设计原理

每端司机室都安装一个速度设定控制器 (V-set控制器) , 其设定值用于定速控制模式。V-set控制器的速度增加方向具有机械锁定功能, 只有将V-set手柄转动45°才能解除锁定, V-set控制器将格雷码编码器信息输入到CIO的X06插头, 从而控制机车定速功能, 其手柄的位置编码如表4所示。

3.3 主司控器格雷码编码器故障处理

从以上分析可知, 主司控器与速度设定控制器的格雷码编码范围一致都是0～511, 所以当主司控器格雷码编码器故障时则可使用速度设定控制器替代操纵, 具体方法是:在机车停车后降弓并断开对应司机室的CIO电源, 然后将CIO的X06插头与X07插头对换, 则可使用定速手柄来控制机车。此时应该注意, 由于定速手柄的零位对应着主司控器的最大牵引位, 而V_max位对应最大电制动位, 所以操纵机车时与主手柄位置相反, 即朝司机方向拉定速手柄对应牵引, 朝前推手柄对应电制动, 司机应注意操纵保证行车安全。

4 结论