FXN3 型客运内燃机车装用中国标准制动机

朱冠汶，赵全福，夏 军，任向杰

（1.中车制动系统有限公司，山东青岛 266031；2.中车大连机车车辆有限公司，辽宁大连 116022）

FXN3 型交流传动客运内燃机车是由中车大连机车车辆有限公司最新研制的客运内燃机车，是“复兴”系列机车的一员，最大运营速度可达160 km/h，适用于中国铁路干线及支线客运牵引。

CAB-B 型制动控制系统，即中国标准制动机，是中车制动系统有限公司研制的新型机车制动控制系统，具有模块化、智能化、网络化以及简统化等特点，完全符合TJ/JW 100—2020《分布式网络智能模块机车控制系统暂行技术规范》。

1 系统组成

FXN3 型机车制动控制系统主要由CAB-B 型制动控制系统以及后备制动装置组成。

CAB-B 型制动控制系统主要由电空控制单元、制动控制器、制动显示屏、电气接口单元以及快速排风阀组成，其中电空控制单元及电气接口单元集成于机械间的制动控制柜内部，快速排风阀单独安装于机械间列车管上，制动控制器及制动显示屏安装于司机室内。后备制动装置主要由后备制动阀以及后备中继阀组成，安装于司机室内。

1.1 电空控制单元

电空控制单元能执行制动控制器、制动显示屏或机车其他相关系统的指令[1]，并按指令要求控制机车或列车的制动缓解作用，电空控制单元按功能进行模块化设计，其主要组成如图1 所示，主要由列车管控制模块、制动缸控制模块、单独制动控制模块、空气制动阀模块、辅助功能模块和电源模块等组成。列车管控制模块、制动缸控制模块、单独制动控制模块为带网络节点的智能模块，由气动阀类部件和电子控制板卡等组成，分别用于控制列车管压力、制动缸压力和平均管压力。智能模块采用双CAN 冗余网络通信，具有自诊断功能，配备了LED 指示灯显示模块工作状态等。空气制动阀模块为纯机械空气分配阀，主要用于制动系统失电或制动缸控制模块故障时提供制动缸的后备压力控制。电源模块的作用是将机车110 V 电源转换为制动系统控制用的24 V 电源。辅助功能模块可以响应机车紧急功能以及切除制动缸压力。

图1 电空控制单元

1.2 制动控制器

FXN3 型机车采用双节司机室配置，每个司机室装有1 台制动控制器，制动控制器如图2 所示，其主要功能是采用编码器和微动开关采样制动手柄位置，通过CAN 网络将控制命令发送至电气接口单元和电空控制单元各智能节点，实现机车制动系统自动制动和单独制动等功能的控制。自动制动手柄在紧急位时，会直接输出一路紧急制动信号（数字量）给制动控制系统，同时还具备紧急位机械排风功能。制动控制器在操作台安装状态下，电气部件可以实现IP65 防护等级。

1.3 制动显示屏

制动显示屏采用10.4 英寸（1 英寸约等于2.54 cm）彩色液晶显示屏[2]，如图3 所示，其具备双CAN 网络通信能力，采用LED 背光技术，显示亮度可调。制动显示屏主要有以下功能。

图3 制动显示屏

1）显示总风压力值、均衡风缸压力值、列车管压力值、制动缸压力值以及列车管的充风流量值。

2）显示制动系统操作的提示信息和故障信息。

3）提供制动模式、机车号、时间日期的显示及设置功能。

4）提供制动系统自检和传感器校准等功能。

1.4 电气接口单元

电气接口单元是机车制动系统的网络通信及电气接口部件，如图4 所示，可对系统主要数据进行记录并具备数据下载功能。网络通信采用IEC 61375－3－1：2012《铁路电子设备－列车通信网络（TCN）－第3－1 部分：多功能车辆总线（MVB）》中的TCN 协议，通过MVB 总线与机车微机控制系统进行通信。具备以太网接口，以太网符合IEC 61375-3-4：2014《铁路电子设备-列车通信网络（TCN）－第3－4 部分：以太网组成网络（ECN）》的规定。

图4 电气接口单元

电气接口单元具有反应速度快、可靠性高、抗干扰能力强、结构紧凑及检修方便等特点。

1.5 快速排风阀

快速排风阀如图5 所示，单独安装在列车管上，当机车制动系统产生紧急制动时，能加快列车管的排风速率，以保证紧急波速的传播。

图5 快速排风阀

1.6 后备制动装置

如果CAB-B 型机车制动控制系统出现故障且短时间不能恢复，为了保证机车不长时间占据正线，此时可通过后备制动装置将机车制动系统设为后备制动模式，维持机车运行到下一站点或附近机务段，后备制动装置主要由后备制动阀与后备中继阀组成。

2 工作原理

2.1 控制原理

FXN3 型机车制动控制系统的总体控制原理如图6 所示。

图6 控制原理

2.2 气路原理

2.2.1 常用制动控制原理

常用制动气路控制关系如图7 所示。列车管控制模块响应自动制动手柄指令输出列车管压力，制动缸控制模块根据列车管压力变化控制制动缸压力，单独控制模块根据单独制动手柄指令和列车管压力控制平均管压力，平均管压力又会控制本机和补机的制动缸压力。

图7 常用制动气路控制关系

2.2.2 紧急制动控制原理

紧急制动气路控制关系如图8 所示。各路紧急源通过列车管控制模块或直接使列车管产生紧急排风，制动缸控制模块、空气制动阀模块根据列车管压力变化控制制动缸压力，单独控制模块根据列车管压力控制平均管压力，平均管压力继续控制本机和补机的制动缸压力。

图8 紧急制动气路控制关系

2.2.3 后备制动控制原理

后备制动气路控制关系如图9 所示。后备制动阀产生后备均衡风缸压力，后备中继阀对后备均衡风缸压力进行流量放大从而控制列车管压力，空气制动阀模块可以响应列车管压力控制制动缸压力。

图9 后备制动气路控制关系

3 安全功能设计

CAB-B 型制动控制系统主要模块冗余关系如图10 所示。当某个智能模块故障时，备用模块自动进入冗余模式，代替故障模块继续实现其相关制动功能。

图10 模块冗余关系

3.1 制动控制器故障

制动控制器CAN1 或CAN2 互为冗余，当任意一路通信丢失时，系统能正常工作，CAN1 和CAN2 同时通信丢失时，系统产生惩罚制动；制动控制器软件运行异常或制动控制器失电时，系统产生惩罚制动。

3.2 列车管控制模块故障

列车管控制模块CAN1 或CAN2 互为冗余，当任意一路通信丢失时，系统能正常工作，CAN1 和CAN2同时通信丢失时，系统产生惩罚制动；列车管控制模块软件运行异常时，制动控制器在紧急位能实现列车管紧急排风，同时切断总风向列车管补风的功能，并实现对制动缸压力控制；列车管控制模块失电时，系统产生惩罚制动，系统停车后缓解惩罚制动，系统可转至冗余模式，由制动缸控制模块进行列车管压力控制。

3.3 制动缸控制模块故障

制动缸控制模块CAN1 或CAN2 互为冗余，当任意一路通信丢失时，系统能正常工作；CAN1 和CAN2同时通信丢失、软件运行异常或模块失电时，系统自动转至冗余模式，由空气制动阀模块与单独制动控制模块进行制动缸压力控制。

3.4 单独控制模块故障

单独控制模块CAN1 或CAN2 互为冗余，当任意一路通信丢失时，系统能正常工作；CAN1 和CAN2 同时通信丢失、软件运行异常或模块失电时，系统自动转至冗余模式，由制动缸控制模块进行平均管压力和制动缸压力控制。

3.5 制动缸控制模块和单独控制模块同时故障

制动缸控制模块和单独控制模块同时发生通信丢失或失电时，系统中的空气制动阀能响应列车管压力变化，实现对制动缸压力的控制。

4 模式设置

FXN3 型机车制动系统对各个模式设置方法进行了简统化设计，本务模式、重联模式等均不需要对电空控制单元进行塞门操作，下面介绍后备制动模式和无动力回送模式的设置方法。

4.1 后备制动模式

1）自动制动手柄置重联位，单独制动手柄置运转位。

2）将后备制动手柄置制动位。

3）将机车制动系统断电。

4）待后备均衡风缸压力和列车管压力稳定后，操作无火塞门或平均管折角塞门排放平均管压力。

5）将后备制动隔离塞门置“投入位”。

4.2 无动力回送模式

操作方式一如下。

1）自动制动手柄置重联位。

2）关闭系统控制电源开关。

3）将“无火塞门”和“转换塞门”置“无火”位。

4）手动推双脉冲电磁阀缓解柱塞。

5）与本务机车列车管连接，缓慢开放机车间列车管折角塞门。

6）本务机车进行制动试验，确认无火回送机车制动和缓解作用良好。

操作方式二如下。

1）自动制动手柄置重联位。

2）关闭系统控制电源开关。

3）将“无火塞门”和“转换塞门”置“无火”位。

4）将“停放隔离塞门”置“隔离”位。

5）通过手拉缓解停放制动。

6）与本务机车列车管连接，缓慢开放机车间列车管折角塞门。

7）本务机车进行制动试验，确认无火回送机车制动和缓解作用良好。

5 结束语

FXN3 型交流传动客运内燃机车装用CAB-B 型制动控制系统采用网络智能控制技术，使用维护方便，符合机车制动系统的相关标准和技术规范要求，能够满足FXN3 型机车使用需求。

装用CAB-B 型制动控制系统的FXN3 型机车已在中国国家铁道试验中心环形铁道试验基地完成制动专项型式试验，已在乌鲁木齐铁路局运用考核16 万km，运用状况良好。CAB-B 型制动控制系统的装车运用，对于打破国外制动系统在内燃及高速运营机车两大领域的垄断具有重要意义。