DK—2制動(dòng)機(jī)高速電磁閥使用壽命計(jì)算分析

摘要：文章針對(duì)朔黃鐵路運(yùn)營(yíng)機(jī)車(chē)上使用的DK-2制動(dòng)機(jī)高速電磁閥使用壽命進(jìn)行了分析，根據(jù)分析結(jié)論提出了運(yùn)行使用中的維護(hù)修理建議，為保證朔黃機(jī)力供應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：DK-2型機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)；高速電磁閥；使用壽命；鐵路運(yùn)營(yíng)機(jī)車(chē)；機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U260 文章編號(hào)：1009-2374（2015）18-0016-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.009

朔黃線(xiàn)SS4B型電力機(jī)車(chē)及神華號(hào)交流電力機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)均采用高速電磁閥、壓力傳感器以及PWM脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力精確控制的EP閉環(huán)模擬控制模式。高速電磁閥自2008年裝車(chē)運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)用過(guò)程中多次暴露出故障，在日常運(yùn)行中出現(xiàn)了較多漏風(fēng)、串風(fēng)、卡位等故障，針對(duì)這一問(wèn)題，本文對(duì)高速電磁閥壽命進(jìn)行了詳細(xì)分析，并根據(jù)朔黃鐵路貨運(yùn)重載、長(zhǎng)坡道周期制動(dòng)等特點(diǎn)制定了預(yù)控措施。

1 概述

朔黃線(xiàn)機(jī)車(chē)采用的DK-2型制動(dòng)機(jī)是一種具備微機(jī)模擬控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、故障智能診斷等信息化功能的機(jī)車(chē)電空制動(dòng)機(jī)，主要由制動(dòng)控制器、后備空氣制動(dòng)閥、顯示屏等操縱顯示部件以及制動(dòng)柜內(nèi)的制動(dòng)控制單元、分配閥、緊急閥、中繼閥、重聯(lián)閥、放風(fēng)閥、電空閥、高速電磁閥、傳感器等組成。DK-2型制動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)制動(dòng)與機(jī)車(chē)單獨(dú)制動(dòng)、空電聯(lián)合制動(dòng)、斷鉤保護(hù)、列車(chē)充風(fēng)流量檢測(cè)、無(wú)動(dòng)力回送、制動(dòng)重聯(lián)、列車(chē)電空制動(dòng)、列車(chē)速度監(jiān)控配合等制動(dòng)基本功能，具備單機(jī)自檢、故障診斷、數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ)等智能化、信息化功能，具備MVB、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊接口，適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)信息化以及網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展要求。DK-2制動(dòng)機(jī)一共有2組高速電磁閥，分別是均衡風(fēng)缸充風(fēng)258YV緩解高速電磁閥和均衡風(fēng)缸排氣257YV制動(dòng)高速電磁閥以及閘缸預(yù)控風(fēng)缸充風(fēng)260YV單制高速電磁閥和閘缸預(yù)控風(fēng)缸排風(fēng)261YV單緩高速電磁閥。

2 高速電磁閥的工作原理

高速電磁閥是通過(guò)電磁力控制壓縮空氣管路的接通或切斷。制動(dòng)控制單元根據(jù)調(diào)整風(fēng)缸的目標(biāo)值，通過(guò)PWM波控制高速電磁閥快速得失電，使相應(yīng)的氣路進(jìn)行充風(fēng)和排風(fēng)，從而達(dá)到遠(yuǎn)距離控制氣動(dòng)裝置的電器。

2.1 高速電磁閥的組成

主要部件有平衡式提桿閥芯、復(fù)位彈簧、線(xiàn)圈、主銜鐵、閥桿、輔助銜鐵及渦形彈簧等。當(dāng)線(xiàn)圈得電后，閥桿向下移動(dòng)，它頂動(dòng)閥芯使氣路開(kāi)通或關(guān)閉，線(xiàn)圈失電時(shí)，在彈簧的作用下頂動(dòng)閥芯向上移動(dòng)，從而使氣路開(kāi)通或關(guān)閉。如圖1所示：

2.2 高速電磁閥在機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的作用

機(jī)車(chē)制動(dòng)控制單元采用高速電空閥、壓力傳感器以及PWM脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力精確控制的EP閉環(huán)模擬控制模式，均衡風(fēng)缸升壓，在EP閉環(huán)模擬控制模式下，制動(dòng)控制單元接收大閘發(fā)出的均衡風(fēng)缸目標(biāo)值命令，比較目標(biāo)值與壓力傳感器反饋的均衡風(fēng)缸實(shí)時(shí)壓力值，通過(guò)對(duì)進(jìn)、排氣高速電空閥的PWM控制，達(dá)到精確控制均衡風(fēng)缸壓力的目的。保護(hù)電空閥可以確保系統(tǒng)故障或失電時(shí)均衡風(fēng)缸的自動(dòng)減壓排風(fēng)。圖2所示為機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中均衡風(fēng)缸控制模塊原理圖，PWM3、PWM4分別為進(jìn)、排氣高速電磁閥，319YV為均衡保護(hù)電空閥，203BP為均衡風(fēng)缸壓力傳感器，BCU通過(guò)203BP反饋壓力信號(hào)，控制高速電空閥動(dòng)作，從而形成均衡風(fēng)缸壓力閉環(huán)控制。

3 DK-2機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)高速電磁閥壽命分析

高速電磁閥的使用壽命即為高速電磁閥達(dá)到其最大的使用次數(shù)（約8000萬(wàn)次）。引起高速電磁閥使用次數(shù)包括兩個(gè)方面：一方面是司乘人員對(duì)DK-2制動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)、緩解操作引起的高速電磁閥調(diào)節(jié)而產(chǎn)生的動(dòng)作；另一方面是由于均衡風(fēng)缸和閘缸預(yù)控的泄漏原因引起補(bǔ)風(fēng)而產(chǎn)生的動(dòng)作。通過(guò)上述分析、相關(guān)試驗(yàn)以及調(diào)研，高速電磁閥的使用壽命計(jì)算如下：

3.1 制動(dòng)機(jī)操作引起高速電磁閥動(dòng)作的計(jì)算

制動(dòng)機(jī)操作頻繁階段主要為機(jī)車(chē)運(yùn)行中為滿(mǎn)足調(diào)速、起停需求的制動(dòng)和機(jī)車(chē)單機(jī)走行過(guò)程中的停車(chē)制動(dòng)及整備過(guò)程中的檢查、實(shí)驗(yàn)性制動(dòng)。

朔黃鐵路神池南—原平南、南灣—西柏坡區(qū)段為長(zhǎng)大下坡道區(qū)段，上行列車(chē)在運(yùn)行中需要采取電空聯(lián)合周期制動(dòng)操縱方式，僅這兩區(qū)段就要使用機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)進(jìn)行空氣制動(dòng)21次，其他區(qū)段通過(guò)對(duì)朔黃線(xiàn)機(jī)車(chē)單牽萬(wàn)噸列車(chē)操縱示意圖及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析需要空氣制動(dòng)4次，具體各區(qū)間制動(dòng)減壓次數(shù)見(jiàn)表1。機(jī)車(chē)單機(jī)走行的停車(chē)制動(dòng)和整備過(guò)程中的檢查、實(shí)驗(yàn)性制動(dòng)約為20次，故一天時(shí)間操作引起高速電磁閥的動(dòng)作次數(shù)約為：

257YV制動(dòng)高速電磁閥控制均衡風(fēng)缸排風(fēng)和260YV單制高速電磁閥控制閘缸預(yù)控風(fēng)缸充風(fēng)分別調(diào)整壓力約45次。減壓完畢后，司機(jī)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的緩解操作，因此258YV緩解高速電磁閥控制均衡風(fēng)缸充風(fēng)和261YV單緩高速電磁閥控制閘缸預(yù)控風(fēng)缸排風(fēng)分別調(diào)整壓力約45次。高速電磁閥每次充風(fēng)或排風(fēng)調(diào)整壓力都需要高頻動(dòng)作約30次，則一天內(nèi)因?yàn)椴僮鲗?dǎo)致的高速電磁閥動(dòng)作次數(shù)約為：

30×45=1350次

3.2 泄漏引起高速電磁閥動(dòng)作的計(jì)算

因?yàn)镈K-2制動(dòng)機(jī)對(duì)壓力的控制為閉環(huán)控制，BCU實(shí)時(shí)采集均衡風(fēng)缸和閘缸預(yù)控的壓力，當(dāng)泄漏引起風(fēng)缸壓力變化值超過(guò)一定的閾值后，BCU會(huì)控制高速電磁閥動(dòng)作去補(bǔ)償泄漏的氣壓。目前DK-2制動(dòng)機(jī)的算法為當(dāng)氣體泄漏壓力超過(guò)3kPa時(shí)，即在風(fēng)缸泄漏前后傳感器采集到的氣壓差值達(dá)到4kPa時(shí)，高速電磁閥就會(huì)自動(dòng)動(dòng)作調(diào)整一次風(fēng)缸壓力。按照目前機(jī)車(chē)均衡風(fēng)缸和閘缸預(yù)控的泄漏量10kPa/min的速率計(jì)算，每泄漏4kPa調(diào)整一次風(fēng)缸壓力，則氣體泄漏引起的高速電磁閥調(diào)整風(fēng)缸壓力間隔時(shí)間：4kPa/（10kPa/min）=0.4min。即每間隔0.4min高速電磁閥調(diào)整一次風(fēng)缸壓力。

同時(shí)參考機(jī)車(chē)在運(yùn)行前需要在段停留整備臨修等因素，按照約花費(fèi)2個(gè)小時(shí)計(jì)算，故一天內(nèi)其運(yùn)行時(shí)間約為22小時(shí)，則因氣體泄漏高速電磁閥發(fā)生氣壓調(diào)整次數(shù)約為：

22小時(shí)×60分鐘×（1/0.4）次/分鐘=3300次

按照BCU的閉環(huán)控制算法，每調(diào)整一次氣壓，高速電磁閥需要?jiǎng)幼骷s30次，所以一天內(nèi)因氣體泄漏引起高速電磁閥發(fā)生動(dòng)作次數(shù)約為：

3300×30=99000次

3.3 高速電磁閥動(dòng)作次數(shù)統(tǒng)計(jì)和使用壽命計(jì)算

綜合上述因操作和氣體泄漏引起的高速電磁閥動(dòng)作次數(shù)統(tǒng)計(jì)可知，結(jié)合兩種情況一天時(shí)間內(nèi)高速電磁閥發(fā)生動(dòng)作次數(shù)約為：

99000+1350=100350次

3.4 結(jié)論

上述高速閥電磁閥的計(jì)算使用壽命僅是理想狀況下計(jì)算得出的結(jié)果，該結(jié)果可以作為一般機(jī)車(chē)運(yùn)用時(shí)高速閥電磁閥使用壽命的參考。由于各種機(jī)車(chē)的運(yùn)用狀況以及風(fēng)缸的泄漏量不同，會(huì)導(dǎo)致高速閥的使用壽命有所不同。針對(duì)上述計(jì)算結(jié)果，泄漏是影響高速閥使用的一個(gè)重要因素，因此SS4B型直流機(jī)車(chē)因?yàn)槠湫孤┝勘壬袢A號(hào)交流車(chē)高，同時(shí)直流車(chē)制動(dòng)柜采用的管路材質(zhì)（容易產(chǎn)生銹蝕）也對(duì)高速閥有影響，因此直流車(chē)高速電磁閥的使用壽命會(huì)較交流車(chē)短。

神華號(hào)交流機(jī)車(chē)在風(fēng)缸的氣密性以及制動(dòng)柜材質(zhì)（全部采用不銹鋼材質(zhì)）的選擇上都有提升，同時(shí)交流車(chē)在各個(gè)閉環(huán)控制模塊上增加了相應(yīng)過(guò)濾部件，杜絕了因?yàn)殡s質(zhì)引起的高速電磁閥的卡滯問(wèn)題。

4 采取的措施

第一，根據(jù)以上研究結(jié)論，結(jié)合朔黃線(xiàn)交直流機(jī)車(chē)的修程修制，建議SS4B直流機(jī)車(chē)在中修修程中更新高速電磁閥，神華號(hào)交流機(jī)車(chē)在兩年檢修程中更換高速電

磁閥。

第二，定期檢查均衡風(fēng)缸和閘缸預(yù)控風(fēng)缸的氣密性，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏量超標(biāo)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理，使其泄漏量控制在10kPa/min以?xún)?nèi)。

第三，日常保養(yǎng)及修程中應(yīng)加強(qiáng)車(chē)源系統(tǒng)及干燥系統(tǒng)的檢查，保證機(jī)車(chē)風(fēng)源清潔干燥，在大修修程中對(duì)機(jī)車(chē)空氣管路進(jìn)行徹底清洗。

隨著朔黃鐵路運(yùn)量的不斷增加，萬(wàn)噸列車(chē)的普及和基于LTE下的大軸重重載列車(chē)的開(kāi)行，區(qū)間列車(chē)密度將大幅增加，只有采取科學(xué)合理的措施提高機(jī)車(chē)質(zhì)量，減少朔黃線(xiàn)運(yùn)用機(jī)車(chē)因高速電磁閥不良引起的區(qū)間停車(chē)，才能提升公司的運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張亮（1981-），男，陜西寶雞人，朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司機(jī)輛分公司助理工程師，研究方向：電力機(jī)車(chē)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）