HXD3型機車KM-2閥故障原因分析及對策

朱彬彬 李全林

(中國鐵路西安局集團有限公司延安機務段 陜西 延安 716001)

1 故障概況

2020年1月～2020年9月，延安機務段支配的HXD3型機車先后發(fā)生三起制動系統(tǒng)在實施控制列車管減壓過程中,產(chǎn)生緊急制動的故障。其中，兩起為整備作業(yè)人員在整備庫內(nèi)制動機“五步閘”試驗過程中，操縱自閥手柄由“運轉位”置于“重聯(lián)位”時，制動機產(chǎn)生緊急制動現(xiàn)象；一起為司乘人員在列車運行中操縱自閥手柄，從“運轉位”置于“制動區(qū)”使列車管減壓過程中，突然發(fā)生緊急制動現(xiàn)象，且該起故障構成了G1類設備故障。通過調(diào)閱機車制動系統(tǒng)的終端制動顯示屏事件記錄，發(fā)現(xiàn)三起故障記錄均顯示為“緊急制動：列車管線”，LKJ監(jiān)控文件數(shù)據(jù)和6A系統(tǒng)制動子系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)中，機車列車管壓力都瞬間降為零，但是在整備庫內(nèi)反復進行制動機試驗，未再發(fā)生緊急制動現(xiàn)象。

2 制動機觸發(fā)列車管線類緊急制動原理及因素

HXD3型機車裝用的制動機為CCBⅡ型電控制動機，該型制動機產(chǎn)生列車管線類緊急制動的條件為：當機車制動機檢測到列車管壓力以超過80 kPa/s速率排風時，將觸發(fā)列車管線類緊急制動，同時，制動機的BPCP列車管智能控制模塊通過CAN通信網(wǎng)絡向制動機微處理器BIPM傳輸緊急制動信號，微處理器收到緊急制動信號后，向車載TCMS微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)輸出緊急制動電信號，TCMS微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)接收到該信號后實施牽引封鎖[1-2]。

根據(jù)CCBⅡ制動機觸發(fā)列車管減壓時，發(fā)生“緊急制動：列車管線”故障的原理分析，構成列車管減壓過程中，制動機突然實施緊急制動的因素如下：兩端司機室的NB11緊急制動閥動作；KM-2快速排風閥響應列車管壓力變化動作；機車列車管管系存在較大泄漏；EBV電子制動閥下部用于控制21號管觸發(fā)NB11緊急制動閥動作的機械閥漏風[3]。

根據(jù)機車制動機試驗情況，并解體NB11緊急制動閥、KM-2快速排風閥及排查列車管管系等發(fā)現(xiàn)：KM-2快速排風閥活塞模板存在鼓包，密封墊發(fā)生老化、變形、破損，導致偶發(fā)性引起模板上下層控制室壓力差失衡而產(chǎn)生偶發(fā)性誤動作，在列車管減壓過程中加速了列車管的排風速率而觸發(fā)列車管線類緊急制動。

3 KM-2快速排風閥致制動機緊急制動原因分析

3.1 KM-2快速排風閥的構造及氣動控制原理

HXD3型機車制動機KM-2快速排風閥是一種裝在機車上的大排量閥，在監(jiān)測到制動機緊急制動請求時打開而加速列車管排風，其結構如圖1所示。

1—A室；2—B室；3—空心閥桿；4—風缸體；5、8—密封膠墊；6—模板；7—C室；9—杠桿；10—彈簧；L—列車管進風管；O—列車管排風口；a、b、c—縮堵孔。圖1 KM-2快速排風閥結構示意圖

當列車管充風時，列車管壓力經(jīng)進風管先到達C室，通過 a孔→空心閥桿→c、b孔→A、B室。由于c孔孔徑小于b孔，B室充風速率快于A室，當B室充風至與C室壓力相平衡時，閥口橡膠墊打開(不會造成空心閥桿下移)，模板上側壓力可由B室迅速充入A室，直至上下模板壓力平衡，給模板上部充風，整個過程模板下方壓力始終大于上方壓力，因此空心閥桿不會觸動杠桿打開列車管通大氣的閥口。

當列車管常用減壓時，模板下移A室與B室溝通，模板上方壓力分兩路排風，一路通過b孔→空心閥桿→a孔→列車管進風管，另一路通過c孔→空心閥桿→a孔→列車管進風管，由于b孔的孔徑大于c孔，模板上方壓力可迅速通過b孔排出到模板下方，直至模板兩側壓力平衡，在此次排風過程中模板上方壓力可迅速排出并與下方壓力平衡，不會產(chǎn)生上方壓力大于下方壓力的情況，因此不會產(chǎn)生緊急制動。

當列車管快速排風產(chǎn)生緊急制動時，列車管快速減壓，模板下方與模板上方瞬間產(chǎn)生壓差，活塞在壓差的作用下迅速下移，空心閥桿下移克服壓縮彈簧彈力，排氣閥動作，列車管壓力排至大氣，從而加速了列車管壓力排風。

3.2 故障原因分析

由KM-2快速排風閥氣動作用原理可知，制動機常用制動時，列車管減壓過程中為保證模板兩側壓力迅速達到平衡，空心閥桿b孔起到關鍵作用。當b孔堵塞時，模板上方壓力不能迅速排出與C室達到平衡，造成模板上方壓力大于下方壓力，受模板作用活塞帶動，空心閥桿下移，頂開排氣閥，列車管與大氣溝通，誘發(fā)列車管排風速率超標而產(chǎn)生緊急制動。通過現(xiàn)場解體KM-2快速排風閥發(fā)現(xiàn)引起b孔堵塞的主要原因為密封橡膠墊破損老化、產(chǎn)生細小顆粒殘渣(見圖2)，常用制動列車管減壓排風過程中，老化膠皮阻塞b孔過風量，從而觸發(fā)制動機產(chǎn)生緊急制動。充風過程中破損膠皮被吹至A或B室，從而造成緊急制動的現(xiàn)象。

圖2 KM-2快速排風閥橡膠墊破損示意圖

3.3 故障模擬驗證

為了驗證b孔在制動機常用減壓時對列車管減壓的影響，對KM-2快速排風閥進行如下試驗：

(1)堵塞c孔，列車管充風、排風正常。

(2)堵塞b孔，列車管充風慢，常用制動列車管減壓過程中產(chǎn)生緊急制動現(xiàn)象。

(3)微量堵塞b孔，列車管充風慢，自閥手柄由“運轉位”移至“初制位”，列車管減壓正常，自閥手柄由“運轉位”移至“全制位”或“重聯(lián)位”，列車管減壓過程中制動機偶發(fā)性產(chǎn)生緊急制動。

上述模擬試驗說明：b孔的狀態(tài)直接決定制動機常用制動列車管減壓是否發(fā)生緊急制動故障。

4 措施及建議

(1)通過對HXD3型機車KM-2快速排風閥故障品的追蹤發(fā)現(xiàn)：故障品均出現(xiàn)在經(jīng)C4修后的機車上。查閱機車檢修規(guī)程對KM-2快速排風閥的檢修要求發(fā)現(xiàn)，目前只有C5、C6修檢修時對其進行解體檢修，而1C4和2C4修修程僅為外觀檢查試驗。因此，KM-2快速排風閥內(nèi)部橡膠件受使用時間延長因素影響，可靠性和穩(wěn)定性將難以保證。同時，自2019年實施修程修制改革后，機車檢修周期公里數(shù)延長，KM-2快速排風閥的使用壽命再次遇到嚴峻的考驗，因此建議主機廠、機車檢修段等單位在1C4和2C4修施修時，將KM-2快速排風閥納入到配件更換檢修范圍，對其進行解體，更換內(nèi)部橡膠件，以確保其性能。

(2)在機車制動系統(tǒng)中，橡膠件作為具有密封、防護、減振、絕緣等作用的關鍵零件，對制動系統(tǒng)保持氣密性、防塵、吸振、隔離振動或沖擊等發(fā)揮著重要作用。KM-2快速排風閥密封膠墊在工作中不僅起到密封作用，也緩和了空心閥桿與風缸體之間的沖擊，因此在橡膠墊沖擊及密封環(huán)處易磨損、老化及破損，建議生產(chǎn)廠家從材料選擇、加工工藝、整體設計等環(huán)節(jié)考慮，根據(jù)該密封墊在實際運用中的作用，綜合考慮優(yōu)化橡膠墊性能，減少沖擊對橡膠墊密封環(huán)處的影響。

(3)根據(jù)以往故障發(fā)生的頻次及規(guī)律，在HXD3型機車日常整備檢修時作業(yè)人員應嚴格執(zhí)行制動機試驗，尤其重點關注自閥手柄從“運轉位”移至“初制位或重聯(lián)位”時，發(fā)現(xiàn)有偶發(fā)性緊急現(xiàn)象時重點排查KM-2快速排風閥狀態(tài)。

5 結束語

通過從本段HXD3型機車CCBⅡ制動機三起異常緊急制動的實際情況著手，對該型機車CCBⅡ制動機列車管異常動作的原因及因素進行了分析，有針對性地對KM-2快速排風閥工作原理進行了闡述，并以實際案例驗證了KM-2快速排風閥故障對制動機常用制動產(chǎn)生的影響，找出了機車異常緊急制動的根源，為機車偶發(fā)性緊急制動故障排查提供了解決思路。