JZ-7制動機在大功率交流傳動調車內燃機車的應用

葛建坤，李武勇

（北京二七軌道交通裝備公司 機車研發(fā)中心，北京100072）

JZ-7制動機在大功率交流傳動調車內燃機車的應用

葛建坤，李武勇

（北京二七軌道交通裝備公司 機車研發(fā)中心，北京100072）

通過對CCBⅡ電控空氣制動機和JZ-7空氣制動機組成及功能的分析，簡要介紹了JZ-7制動機在大功率交流傳動調車內燃機車的應用與改進。

改進與應用；JZ-7制動機；大功率交流傳動調車內燃機車

中國鐵路總公司為提升鐵路內燃調車機車的技術等級，提出了采購大功率交流傳動調車內燃機車的愿望。大功率交流傳動調車內燃機車應在HXN3和HXN5技術平臺的基礎上進行設計研發(fā)。并具有以下技術特征：

（1）機車牽引功率（主發(fā)動機輸入）等級為3 281 k W（或2 460 k W）；

（2）機車為C0－C0，軸重25 t；

（3）機車最大運用速度為100 km/h；

（4）柴油機滿足美國環(huán)?？偸餞ier2規(guī)定的排放要求；

（5）采用HXN3或HXN5成熟可靠的交流傳動技術；

（6）采用車載微機控制監(jiān)視系統(tǒng)（TCMS）。

根據(jù)這些要求，大連機車車輛有限公司推出了以HXN3為平臺，裝用12V265電噴柴油機的HXN3B（3 281 k W）型大功率交流傳動調車內燃機車；戚墅堰機車車輛有限公司也推出了裝用R12V280ZJ電噴柴油機的HXN5B（3 281 k W）型大功率交流傳動調車內燃機車。這兩種調車機車都裝用了JZ-7型空氣制動機。

大功率交流傳動調車內燃機車可供選擇的制動機有CCBⅡ、JZ-7等，CCBⅡ微機控制的空氣制動機廣泛用于HXN和HXD內燃和電力機車上，JZ-7是我國內燃機車上運用最成熟的空氣制動機，裝車數(shù)量已經(jīng)超過10 000臺。以下對這兩種制動機進行簡要的分析。

1 CCBⅡ電控空氣制動機

1.1 CCBⅡ電控空氣制動機簡介

CCBⅡ是克諾爾公司研制的基于網(wǎng)絡控制技術的微機控制空氣制動機，除緊急制動外，所有的邏輯均由計算機控制，是目前最先進的機車制動系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)減壓準確，反應迅速，保養(yǎng)少，并具有安全性、可靠性、集成化程度高的特點；采用在線可更換單元的設計理念，維護簡單；功能可擴展性良好，可實現(xiàn)分布式無線重聯(lián)控制等功能。

CCBⅡ電控空氣制動機是按照美國鐵路協(xié)會（AAR）標準要求設計，與26-L型空氣制動機完全兼容的客、貨運機車制動機。其性能參數(shù)按照我國鐵路標準和規(guī)定進行了調整，可以與我國鐵路既有機車車輛配套使用。

CCBⅡ電控空氣制動機主要包括電空控制單元（EPCU），集成處理模塊（IPM），繼電氣接口模塊（RIM），單獨制動閥和自動制動閥。

1.2 克諾爾CCBⅡ電控空氣制動機功能描述

CCBⅡ電控空氣制動機運用到大功率交流傳動調車內燃機車時，可參照HXN3型機車設計思路，取消制動顯示屏（LCDM），將其功能集成到司機室操縱臺上的鐵路多功能集成系統(tǒng)（FIRE）顯示屏上。

（1）模塊間控制關系

EBV、EPCU、IPM之間通過LON網(wǎng)線進行通訊，IPM、FIRE顯示系統(tǒng)之間通過RS422數(shù)據(jù)線進行通訊。

（2）模塊間控制邏輯

控制列車時：

控制機車時：

1.3 CCBⅡ電控空氣制動機性能

制動機可以滿足機車客運和貨運的需要，有本務、單機、重聯(lián)操作模式，具有自動制動、單獨制動、單獨緩解作用、緊急制動、重聯(lián)操作、機車無動力回送、動力制動和空氣制動的聯(lián)鎖、懲罰制動、斷鉤保護、空氣備份功能。

（1）自動制動

自動制動手柄在運轉位時，可實現(xiàn)列車管的定壓充風及機車和牽引車輛制動缸的完全緩解；緊急制動后使用運轉位充氣緩解時，單機列車管壓力從零升至480 k Pa（500 k Pa定壓）時間小于9 s；再一次緩解時，機車制動缸壓力從常用制動最高壓力降至40 k Pa的時間小于7 s（500 k Pa定壓）；常用制動時，列車管的最小減壓量為50 k Pa，對應的制動缸壓力為100±10 k Pa，常用制動可持續(xù)或階段減壓至常用全制動減壓量；定壓為500 k Pa時，列車管常用全制動減壓量為140 k Pa，機車制動缸最大壓力為360±15 k Pa，上升至95%最大壓力的時間為6～8 s。

（2）單獨制動

操縱單獨制動手柄可以控制機車的制動和緩解作用，而不影響列車管壓力變化；單獨制動可實施階段制動和階段緩解作用；單獨制動手柄至全制動位，機車制動缸壓力為300±10 k Pa，制動缸壓力從零升至285 Pa的時間為2～4 s；單獨制動手柄至運轉位，機車緩解制動。全制動緩解時，制動缸壓力從最高值降至40 k Pa的時間為3～5 s。

（3）單獨緩解作用

制動機具有單獨緩解功能，可以緩解機車因自動制動產(chǎn)生的制動作用，單獨緩解后應自動復位；常用制動的制動缸壓力，單獨緩解復位后不能恢復；緊急制動的制動缸壓力，單獨緩解復位后允許恢復。

（4）緊急制動

當自動制動手柄置于緊急位時，當監(jiān)控裝置給出緊急制動要求時，按緊急制動按鈕或拉緊急制動閥時，列車分離及其他原因造成列車管減壓速率大于80 k Pa/s時，都可以產(chǎn)生緊急制動。制動系統(tǒng)在產(chǎn)生緊急制動時，必須切斷列車管的補風作用；單機緊急制動時，列車管從定壓降至零的時間小于3 s，機車制動缸壓力為450±20 k Pa。6A安全防護系統(tǒng)只監(jiān)視不控制，并不給出制動指令。

（5）重聯(lián)操作

制動機有重聯(lián)操作功能，重聯(lián)機車或非操縱端設置為補機后，制動控制器僅緊急制動有效。通過制動平均管可實現(xiàn)對重聯(lián)機車的制動和緩解的控制，以及做為重聯(lián)機車通過制動平均管響應本務機車的制動和緩解操縱控制。重聯(lián)機車的制動和緩解與本務機車的制動和緩解協(xié)調一致，當重聯(lián)機車發(fā)生分離時，可阻止總風的快速流失，保持斷鉤引發(fā)的緊急制動作用。

（6）機車無動力回送

制動機具有無動力回送的功能；可保證機車與鐵路機車車輛任意編組，回送機車在編組列車中不會影響整個列車制動系統(tǒng)的正常工作；回送機車的列車管通過縮堵向總風缸充風，可對充風流量進行控制；無動力回送機車在列車實施常用全制動時，制動缸的最大壓力為200～250 k Pa。

（7）電阻制動和空氣制動的連鎖

機車電阻制動和空氣制動的關系見表1。

（8）懲罰制動

當監(jiān)控裝置產(chǎn)生懲罰制動時，該制動機根據(jù)懲罰指令產(chǎn)生常用制動或緊急制動；在對懲罰制動進行緩解之前，要把自動制動手柄置于抑制位至少1 s對懲罰制動進行復位；懲罰源消除是懲罰制動復位的必要條件。6A安全防護系統(tǒng)只監(jiān)視不控制，并不給出制動指令。

（9）斷鉤保護

制動機采用列車管壓降速率大于70～84 kPa/s作為斷鉤指示，此時系統(tǒng)處于緊急制動狀態(tài)，制動缸壓力為緊急制動壓力，切斷總風向列車管補風并切斷機車動力。

（10）空氣備份

當制動機EPCU中的ERCP和16CP模塊故障時，制動系統(tǒng)自動轉換到空氣模式，使其仍可繼續(xù)工作。

制動管充風制動緩解：當制動管充風緩解時，DBTV模塊使作用管16TV排空，同時制動管給副風缸充風；16CP模塊中電磁閥斷電，總風不能通過16CP，從而使作用風缸及作用管16＃同16TV相通，并隨16TV排空；BCCP模塊響應作用管壓力變化，排空制動缸壓力，機車緩解。

制動管減壓，制動作用：當制動管排風制動時，DBTV模塊使副風缸給作用管16TV充風，同時制動管停止副風缸充風，16CP模塊中電磁閥斷電，總風不能通過16CP，從而使作用風缸及作用管16＃同16TV相通，并隨16TV增壓；BCCP模塊響應作用管壓力變化，給制動缸充風，機車制動。

2 JZ-7空氣制動機

2.1 JZ-7空氣制動機簡介

JZ-7空氣制動機是中國鐵路機車主型制動機，它的操作方式和功能設置與26-L制動機相近，是一種純空氣的機車制動機。JZ-7制動機客貨兼用、可自動保壓，結構上取消了研磨件，采用橡膠膜板柱塞閥、止閥及O型橡膠密封圈，延長了檢修周期且檢修方便。

自動制動閥和單獨制動閥采用凸輪結構的控制方法，使操縱手柄輕快、方便，不受溫度影響。

JZ-7制動機采用了獨立的中繼閥，并且中繼閥增大了向列車充氣和排氣的有效面積，具有充氣快和排氣快的優(yōu)點。

JZ-7制動機的分配閥采用二壓力和三壓力混合式的結構，既具有階段緩解作用，又具有一次緩解作用，制動缸壓力不受制動缸容量的要求并能自動保壓。

為適應牽引長大列車的需要，設有過充位，提高列車管壓力縮短向車輛列車管和車輛副風缸的初充風和再充風時間。

2.2 JZ-7空氣制動機功能描述

（1）JZ-7空氣制動機各閥控制關系

2.3 JZ-7空氣制動機性能

JZ-7空氣制動機可以滿足機車客運和貨運的需要，有本機、補機操作模式，具有自動制動、單獨制動、單獨緩解作用、緊急制動、重聯(lián)操作、機車無動力回送、動力制動和空氣制動的連鎖。

（1）自動制動

制動管定壓500 kPa時，均衡風缸由500 kPa減壓140 k Pa的時間為5～7 s。

制動管定壓500 kPa時，常用全制動時制動缸壓力為340～360 k Pa，升壓時間為5～8 s。

制動管定壓500 kPa時，制動缸壓力由340～360 k Pa降至35 k Pa的時間為5～7 s。

自動制動閥手柄位置、制動管減壓量與制動缸壓力見表2。

（2）單獨制動

操縱單獨制動手柄可以控制機車的制動和緩解作用，而不影響列車管壓力變化；單獨制動可實施階段制動和階段緩解作用；單獨制動手柄至全制動位，機車制動缸壓力為300±10 k Pa；全制動位時制動缸壓力從零升至280 Pa的時間不大于3 s；單獨制動手柄至運轉位，機車緩解制動。全制動緩解時，制動缸壓力從最高值降至35 k Pa的時間小于4 s。

（3）單獨緩解

該制動機具有單獨緩解功能，可以緩解機車因自動制動產(chǎn)生的制動作用。當自動制動閥手柄置全制動位，將單獨制動閥手柄置單獨緩解位，制動缸壓力下降至零，允許制動缸壓力緩解至零后有回升，但1 min不得超過100 k Pa；自動制動閥手柄置緊急制動位，單獨制動閥手柄置單獨緩解位，制動缸在12～15 s內開始緩解，制動缸壓力下降至零時間為25～30 s。

（4）緊急制動

當自動制動手柄置于緊急位時，當監(jiān)控裝置給出緊急制動要求時，按緊急制動按鈕或拉緊急制動閥時，可以產(chǎn)生緊急制動。單機緊急制動時，列車管從定壓降至0的時間小于3s，機車制動缸壓力為420～450 k Pa。6A安全防護系統(tǒng)只監(jiān)視不控制，并不給出制動指令。

（5）重聯(lián)操作

該制動機有重聯(lián)操作功能，將本務機車的重聯(lián)閥轉換按鈕置本機位，重聯(lián)機車或非操縱端設置為補機位后。本務機車制動機通過制動平均管可實現(xiàn)對重聯(lián)機車的制動和緩解的控制，重聯(lián)機車的制動和緩解和本務機車的制動和緩解協(xié)調一致。當重聯(lián)機車發(fā)生分離時，可保持斷鉤引發(fā)的緊急制動作用。

（6）機車無動力回送

該制動機設無動力回送裝置，無火回送時打開塞門，將機車的自動制動閥和單獨制動閥手柄取出，調整分配閥的常用限壓閥為250 k Pa?？杀ＷC該車可與鐵路機車車輛任意編組，且不會影響整個列車制動系統(tǒng)的正常工作。當牽引車施行常用全制動時，該無火回送車制動缸最高壓力為250 k Pa。

（7）電阻制動和空氣制動的連鎖

在空氣自動制動作用下，施行電阻制動時空氣制動自動緩解到零。電阻制動時空氣自動制動無效。

如在電阻制動時實施緊急制動，電阻制動自行切斷，空氣緊急制動有效。

3 JZ-7與CCBⅡ制動機在大功率交流傳動調車內燃機車的應用

3.1 JZ-7與CCBⅡ制動機滿足大功率交流傳動調車內燃機車制動性能（見表3）

根據(jù)表3，JZ-7與CCBⅡ都是大功率交流傳動調車內燃機車可選制動機，但CCBⅡ電控空氣制動機具有操縱復雜，成本高的缺點。JZ-7空氣制動機則具有操縱簡單可靠，成本低的優(yōu)點。通過改進后可以適應大功率交流傳動調車內燃機車的制動要求。

3.2 JZ-7空氣制動機對空電連鎖的改進

對于交流傳動機車而言，電阻制動可靠性大大提高。由于它具有制動快和無磨耗的優(yōu)點，應合理考慮空氣制動和電阻制動的連鎖。大功率交流傳動調車內燃機車利用車載微機控制監(jiān)視系統(tǒng)（TCMS），可實現(xiàn)對JZ-7空氣制動機與電阻制動連鎖的控制。

TCMS通過總風壓力傳感器、列車壓力傳感器、均衡風缸壓力傳感器、單獨作用壓力傳感器、制動缸壓力傳感器、列車管流量計，將信號接入微機，利用微機來實現(xiàn)空電連鎖控制?？刂圃瓌t為：

（1）避免自動制動和電阻制動同時作用，防止引起機車擦輪。

（2）常用制動時以電阻制動優(yōu)先（減小輪緣磨耗）。

（3）緊急制動時以空氣制動優(yōu)先，但空氣制動失效后，電阻制動可以投入（安全需要）。

（4）電阻制動時，采用單獨制動。當單獨制動制動缸壓力低于90 k Pa，兩者可以疊加，否則不能疊加。（并且電阻制動不能取消單獨制動，出于安全考慮）。

3.3 JZ-7空氣制動機對斷鉤保護的改進

大功率交流傳動調車內燃機車利用車載微機控制監(jiān)視系統(tǒng)（TCMS），可完善JZ-7空氣制動機斷鉤保護功能。

斷鉤時因列車管的減壓速率大于80 k Pa/s，制動機發(fā)生緊急制動；但此時制動機的手柄置于運裝位，因此總風會給列車補風，造成機車緊急制動緩解。TCMS當監(jiān)測到該情況時，會通過控制電磁閥給總風遮斷閥充風，來關閉總風不給列車管充風。從而完善JZ-7空氣制動機斷鉤保護功能。

通過以上改進措施后，JZ-7空氣制動機可以滿足大功率交流傳動調車內燃機車的制動要求。

4 結束語

JZ-7空氣制動機在中國鐵路具有廣泛的使用和維護經(jīng)驗，經(jīng)濟性和適用性具有明顯優(yōu)勢，經(jīng)過上述改進，可以適用于大功率交流傳動調車內燃機車。

JZ-7空氣制動機要想鞏固主型制動機的地位，還需進行以下改進：（1）研究提高橡膠件的使用壽命到8年以上，延長檢修周期；（2）研究采用不銹鋼絲彈簧代替目前的碳素鋼絲彈簧，解決彈簧容易銹蝕失效的問題；（3）設計多種形式的司機操縱閥，以適應多種需求。

JZ-7空氣制動機只有經(jīng)過上述改進完善，才能與26-L制動機一樣，成為大功率內燃機車和工程機械的主型制動機。

［1］ 姜靖國.JZ-7型空氣和電空制動機［M］.北京.中國鐵道出版社.2001.

［2］ 劉豫湘，胡躍文.我國機車制動機的發(fā)展［J］.機車電傳動，2002，5：4-6.

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［4］ 王強.大功率交流傳動內燃機車產(chǎn)品技術平臺的建立［J］.鐵道機車車輛，2011，31（2）：11-15，106.

Application of JZ-7 Brake On High Power AC Drive Diesel Locmotive

GE Jiankun，LI Wuyong
（R＆D Center，Beijing Feb.7th Railway Transportation Equipment Co.，Ltd.，Beijing 100072，China）

By analyzing the composition and functions of CCBⅡelectro-pneumatic brake and JZ-7 air brake，this paper introduces the application and improvement of JZ-7 brake on high power AC drive diesel locomotives.

improvement and application；JZ-7 brake；high power AC drive diesel locomotive

U262.6

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.12

1008－7842（2014）06－0050－04

8—）男，高級工程師（

2014－08－31）