钟永飞

摘 要：从BCU制动控制系统的构成、特点、工作原理、主要功能等方面出发，研究电力机车在原有DK-L制动机的基础上进行适应性改造，实现重载铁路万吨组合列车开行，并对BCU制动控制系统常见故障的处理方法进行分析，总结系统故障处理思路及经验。

關键词：万吨组合列车;电力机车;BCU制动系统;故障分析

中图分类号：U270.35文献标识码：A文章编号：2096-6903（2022）08-0126-03

0 引言

神朔铁路是国家I级电气化重载铁路，其中部分万吨组合列车由四台韶山4型电力机车通过无线传输的重连方式，由主控机车发出指令同步控制三台重联机车（简称从车）实施列车牵引、制动功能。而原有的韶山4型电力机车DK-L制动系统相关阀件充、排风效率过低，缺少在线故障检测诊断功能，如果延续传统的多机重联加挂货物列车的编组方式，在制动工况下导致列车的空走时间长，制动距离超过铁路技规所要求的800 m，无法实现快速制动控制。同时，一旦发生制动系统故障后，司机不能迅速有效作出应急处置，难以适应重载铁路的战略发展要求[1]。为此须针对韶山4型电力机车制动系统升级为可无线控制的同步制动系统，即BCU，将列车的制动力分布在各个机车上，提高制动波的传递速度，实现机车的同步制动功能，满足列车安全运行的要求[2]。

1 机车改造的空气制动系统组成及特点

1.1 新增部件

BCU制动系统的改造新增部件有单独制动控制器、单缓电控阀、单制电控阀、制动控制单元BCU、均衡风缸EP控制单元（高速电控开关阀两个，保护电控阀及均衡风缸压力传感器）、压力传感器（总风，制动缸，列车管）、重联阀状态压力开关及列车管流量监控器等[3]。

1.1.1单独制动控制器

为实现主控机车与从车单独的制动协调控制，改造空气制动阀为单独制动控制器，并在原作用管上加装单缓电空阀及单制电空阀各一个。单独制动控制器发出的信号为电信号，通过BCU的网络与机车无线同步操纵控制系统的通讯，将主控机车的控制信号无线传送给从车，实现统一同步的机车单独制动及缓解控制[2]，由4台机车牵引以2+2方式的一列万吨组合列车无线数据传输系统构成如图1。

1.1.2制动控制单元BCU

制动控制单元BCU替代现有的制动逻辑控制单元DK-L，新的控制单元具有模拟与逻辑控制、制动机监控与故障诊断、网络通讯等功能，负责控制机车电空制动机的各类电控阀，以及与从车无线同步操纵控制系统的通讯。

1.1.3均衡风缸EP控制单元

均衡风缸EP控制单元，由高速电控开关阀（缓解和制动）、均衡风缸压力传感器和保护电控阀组成，实现均衡风缸压力的闭环控制。从而取代原有DK-L的缓解和制动电空阀，其控制精度可以到达±5 kPa。

1.1.4压力传感器及流量监控传感器

压力传感器及流量监控传感器，用于检测总风管、列车管、均衡风缸、制动缸的压力及流量。同时信息由BCU采集，用于制动系统状态检测及故障的诊断处理，通过CAN或MVB总线网络传输，在显示屏上显示，由司机实时监测机车制动机的工作状态。

1.1.5重联阀状态压力开关

重联阀改造是通过重联阀状态压力开关电信号传输至BCU进行所处位置的判断，全面监视机车尤其是远端从车的重联转换阀位置信息，防止重联阀转换错误带来的安全隐患。

1.2 BCU制动控制系统的特点

该系统通过对空气制动系统阀件状态监视，利用故障诊断系统进行在线故障诊断，提高司机应急处置效率，实现列车管快速充排风达到万吨组合列车快速制动、缓解要求，同时通过400k、800M等无线通信[1]，实现主控机车与从控机车电控联合制动、断钩保护、充排风流量监测、列车速度控制配合、制动重联等功能同步控制的要求，提高了万吨组合列车制动的可靠性，确保列车安全运行的要求。同时BCU在控制上采用了失电常用制动模式，即一旦电气线路与微机故障而失电，自动转向常用制动。对制动机均衡风缸以及制动缸的压力控制，均采用已在铁路应用成熟的技术措施作为冗余或后备方式。

2BCU制动控制系统的结构框图

BCU制动系统的结构如图2。

3 系统原理及功能说明

制动控制单元BCU替代原有的制动逻辑控制单元DK-L，新的控制单元具有模拟与逻辑控制、制动机监控与故障诊断、网络通讯等功能，负责控制DK-L型机车电空制动机的其他电控阀，以及与机车无线同步操纵控制系统的通讯。

3.1 BCU制动控制系统控制原理

系统控制单元采集相应管路、风缸的压力、流量参数信息，经过CPU处理输出电控信号，控制相应开关阀、电控阀动作，实现快速充、排风，其中均衡风缸56的压力由调压阀55，高速电控开关阀257YV、258YV，保护电空阀319YV及压力传感器204BP等组成的均衡风缸EP控制单元实现闭环控制。它通过控制机车列车管的充、排风来实现对整列车的缓解、制动的控制，控制原理与DK-L基本相同[3]。机车的单独制动，由分配阀根据列车管压力变化来控制，单独控制由改造后的单制电空阀244YV、单缓电空阀245YV的得失电来控制。

3.2 BCU制动控制系统的功能

具有阶段缓解和一次缓解选择功能;具有列车管补风/不补风功能;具有无动力回送功能;具有备用制动功能;具有重联功能;具有断钩保护功能;与列车监控装置配合的功能。

4BCU制动控制系统故障的诊断及处理方法

BCU制动控制系统发生单一故障时，与DK-L系统的制动机故障分析、处理过程基本一致，主要为分析、反馈、处理三个阶段，当发生多点复杂故障时，需要借助BCU制动控制系统的数据监测及存储功能，复现故障时的阀件控制信号、动作时间、相关部件压力参数，判断具体故障环节、部位，提高处置效率。

4.1 逻辑分析

根据故障现象，结合系统逻辑控制原理，系统分析空气制动系统中电空控制和动作环节，逐一对电气和空气管路及气动元件分析，确定故障范围。一个故障造成的原因可能有好幾个，应力求准确全面地找出故障点。

4.2 故障反馈

经过分析和检查，没有找出故障点时，就要结合系统监控存储的数据及控制单元数显代码查找分析异常数据产生的原因，再对具体环节关联的部位进行逐项排查处理。

4.3 故障处理

故障处理往往很依赖实际工作经验。而BCU采用先进的表面贴片技术，并将其与功能强大的多任务实时操作相结合，具有机车制动机模拟控制，机车制动机状态监控及故障检测，诊断、显示、告警记录、网络通讯、单机自动测试等功能。结合实际运用情况，来分析几个典型的故障现象：

4.3.1司机室均衡风缸表针与列车监控系统压力不一致

观察均衡风缸表针与列车管表针，发现表针显示也不一致。故障分析故障点有：均衡风缸双针表坏或者监控压力传感器故障引起。在不能确定是由哪个部件所引起的故障时，BCU的制动机状态监控就能够显示出各管路的压力状态，分析比较出哪部分有可能出现故障。在BCU主机的控制板上，依次操作F1按住5s，数码管会显示出U00～U99，U**分别代表着不同的定义，U10代表均衡风缸管压力，U11代表列车管压力，U12代表总风管压力，U13代表闸缸管压力，F2、F4为上下选择键，选择所需要的数据U10，按F3确认，此时数码管会显示出均衡压力，拿此数据与风缸表及监控数据做对比，发现风表和BCU的显示是一致的，判断出列车监控系统的压力传感器故障，更换后故障消除。

4.3.2 机车在停放状态时突然起紧急制动

检修人员试验多次均未出现故障现象，通过视频监控和列车监控数据分析，排除人为操作引起。进一步分析机车的紧急制动有5种原因引起：断钩保护紧急信号、紧急按钮紧急信号、监控紧急信号、手拉列车管阀紧急信号、制动控制器紧急信号。下载主控机车及从车BCU数据分析，发现从车的均衡风缸压力处于无压力状态长达30 min，中继阀鞲鞴犯卡，使得列车管与其的压力不平衡，由于鞲鞴的突然动作使得列车管放风，更换中继阀后实验正常。

4.3.3制动屏柜出现异常间歇性排风声

结合机车BCU数据分析，发现高速电控阀257YV频繁动作，由于BCU有自动补风功能，当有压力泄漏时，BCU会自动给均衡风缸补风，使得列车管保持它的控制压力，现场检查电控阀257YV密闭性不良，更换高速电控阀257YV后实验正常。

以上几个典型的故障可以看出，以往处理故障使用排除法，与故障有关联的部件逐一做出排除，往往耗费大量的时间和工作经验来排除，而现在BCU的升级扩展自检、储存功能及数据记录等，很直观地从控制面板的灯显和软件的分析上来判断故障，可以大幅缩短查找故障的时间。结合配备的分析软件，直接准确地找出故障点，达到故障快速处理效果，从而减少机车的库停时间及迫停区间时的抢修时间，提高了机车的周转率和运用率，这样使得重载铁路运输效益得以大幅提升。

4.4 安全操作注意事项

BCU系统应用于万吨列车为重载列车，制动机的正常使用是机车安全运行的重中之重。所以对于制动系统的试验制定以下几点：

第一，万吨编组前，机车进行单机制动系统试验，要保证单机制动系统能够正常使用才能进行万吨编组。

第二，当机车挂好车辆进行万吨编组完毕后，万吨机车要对制动系统进行全面的试验，要保证万吨机车制动系统能够正常使用，才能开车运行。

第三，运行当主车制动系统出现问题时，根据实际情况能维持运行的到前方站停车，如果无法维持时，汇报相关部门就地停车进行检查。当从车制动系统出现问题时，将重联开关“592QS”打“单机”位观察情况，能维持运行的到前方站停车，如果无法维持时，汇报相关部门就地停车进行检查。

5结语

随着万吨列车的开行，BCU制动控制系统实现了更短的停车距离、更快的充风时间和实时列车制动状态监测与诊断，改善了司机对列车的操控，提高了制动系统的可靠性，为实现万吨列车安全运行提供了安全保障。

参考文献

[1] 刘豫湘，方长征，万建兵.列车制动系统技术现状及发展趋势[J].电力机车与城轨车辆，2014，37（5）：1-4.

[2] 马大炜，王成国，张波.我国重载列车制动技术的研究[J].铁道车辆，2009，47（5）：8-11+48.

[3] 李益民.电力机车制动系统[M].北京：中国铁道出版社，2008.