【正文】
。研究和運用實踐表明，通過合理操縱方法，控制長大列車車間間隙，能夠有效減小縱向沖動?？紤]到目前大秦線機車數(shù)量與運量要求的矛盾，也可采用2臺HXD1機車牽引2萬噸，但該牽引配置下，牽引能力不能充分滿足限制坡道停車后恢復正常運行的要求，在實際運用中，應(yīng)盡可能避免限制坡道停車，同時研究限制坡道起動操縱方法，制定限制坡道停車的緊急預案；（4）深入了解了LOCOTROL系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，包括LOCOTROL系統(tǒng)原理及構(gòu)成，CCBⅡ制動系統(tǒng)和列車通信網(wǎng)絡(luò)，完成對LOCOTROL系統(tǒng)同步工作模式下的分析。Locotrol技術(shù)的采用，能夠有效提高制動作用在列車中的傳播速度，縮短制動距離、減小列車縱向作用力和縱向沖動；（2）采用HXD1機車為牽引動力時，采用1+1+1模式，從牽引、制動和縱向沖動角度均滿足大秦線開行2萬噸列車的要求。結(jié)論論文是根據(jù)“大秦線列車制動同步技術(shù)的分析與研究”課題的要求，在參考了大量前人研究的基礎(chǔ)上，以HXD1機車為研究對象完成的。電空控制單元的主要部件采用冗余設(shè)計，在運用中，一旦其中某個主要部件檢測出故障，制動機將實施懲罰制動，同時將在司機室顯示屏顯示故障信息，解除懲罰制動后，制動機將自動采用備份模式進行工作。中繼接口模塊是制動系統(tǒng)與機車的電氣接口。中央處理模塊(IPM)，中繼接口模塊(RIM)，電空控制單元 (EPCU)集中布置于機械間制動柜中。后備制動功能是靠空氣制動閥手柄在不同位置的停留時間實現(xiàn)，其停留時間的長短決定了不同的列車管減壓量，后備制動作用僅在電空制動系統(tǒng)能夠失效后啟用，在正常運行狀態(tài)下，空氣制動閥手柄被取下并存放在指定的地方。單獨制動功能靠小閘手柄在不同位置實現(xiàn)，手柄在不同的位置決定制動缸的壓力。自動制動功能靠大閘手柄在不同位置來實現(xiàn)，大閘手柄在不同的位置決定列車管內(nèi)壓縮空氣的壓力之。自動制動控制手柄的位置為運轉(zhuǎn)，初制動，常用全制動，抑制，重聯(lián)和緊急制動，在初制動和常用全制動之間是常用制動區(qū)。圖57 EPCU單元HXD1型機車每個司機室各裝有1個電子制動閥，1個空氣制動閥，1個制動顯示器(LCDM)，1個緊急制動閥。EPCU也包括：制動缸控制部分（BCCP），接受16管和20管壓力，來控制制動缸；DB三通閥（DBTV）部分，用于空氣后備，電源接線盒（PSJB）。5個LRU180。 圖56 HXD1型機車制動原理 電空控制單元（EPCU）安裝在機車的制動控制柜，由控制所有空氣壓力變化的模塊化線路可更換單元（LRU180。第二代微機控制制動系統(tǒng)（CCBⅡ）適用于客、貨運機車，該制動系統(tǒng)將26L型制動機和電子空氣制動（EAB）設(shè)備兼容，是基于微機處理器的電空制動控制系統(tǒng)，其控制原理如圖56所示。如圖65所示，LCDM實時顯示均衡風缸，列車管，總風缸和制動缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，以及列車管的充風流量和空氣制動模式的當前狀態(tài)。對于CCBⅡ系統(tǒng)，LCDM用于空氣制動模式，列車管投入/切除，均衡風缸壓力設(shè)置點，列車管壓力補風、不補風，空氣制動診斷記錄，系統(tǒng)狀態(tài)和報警示等的選擇。80OMHz無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成如圖54所示。LOCOTROL系統(tǒng)通過GSMR網(wǎng)絡(luò)或者800MHz無線數(shù)據(jù)傳輸通道實現(xiàn)主控機車與從控機車之間傳輸控制命令。當使用RDTE通信路徑時，在主控機車上，無線電發(fā)送指令到從控機車，并把對指令的響應(yīng)狀態(tài)解碼顯示給操作人員。(6) 無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（RDTE） 無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(RDTE)是LOCOTROL列車上各機車之間的另一條無線傳輸通道。車載通信單元主要包括GSMR無線模塊，控制模塊，接口模塊和電源模塊。J4是空氣制動接口，與RIM模塊的J2引腳相連，J6是LON網(wǎng)絡(luò)接口，與RIM模塊的Jl引腳相連，具體信號類型可參考上面對RIM模塊的描述，J5接口與PDM模塊相連，12條引線只有+66V直流電源線和+66V電壓狀態(tài)反饋線，為MIPM提供+66V直流工作電壓，JJ8是兩個MVB通信接口，提供LOCOTROL模塊與多功能車輛總線的接口。J2是一個DB9的接口，提供便攜式計算機與MIPM CPU通信，用以下載程序及訪問空氣制動和分布式動力系統(tǒng)記錄以及 PTU(Portable Test Unit 便攜式測試單元)功能。MIPM模塊共有8個接口。每個收發(fā)器可以配置為8個頻點，并且將其存儲在可用的8個信道中，MIPM通過CHOCHZ信號對信道進行配置。它還帶有連接CPM的RS422串行通信接口，用于控制A節(jié)和B節(jié)的RDTE模塊和GSMR電臺，向列車上的其它DP設(shè)備發(fā)送或者接收射頻信號。(4) 集成MVB處理器模塊（MIPM） MIPM模塊是LOCOTROL系統(tǒng)的核心，它帶有一個運行DP和EAB用軟件和這兩個軟件與LOCOTROL顯示設(shè)備(LCDM)通信的主系統(tǒng)處理器。J4口為A節(jié)機車的GSMR網(wǎng)絡(luò)終端OCU提供一個數(shù)據(jù)接口和控制與狀態(tài)接口，該接口包括1組接收和發(fā)送串口數(shù)據(jù)線、1組串口控制信號線和公共地信號。J10和Jll均通過RS422差分信號與電臺進行通信和控制，J10是CPM模塊與A節(jié)機車的RDTE模塊之間的數(shù)據(jù)接口，J11是CPM模塊與B節(jié)機車的RDTE模塊之間的數(shù)據(jù)接口，RDTE模塊通過CPM模塊讀取MIPM的輸出狀態(tài)信號。 CPM總共有7個對外的航空插頭。如果GSMR數(shù)據(jù)會議狀態(tài)指示燈常亮紅燈說明已建立GSMR數(shù)據(jù)會議組。從上往下依次是上電指示、CPM自檢通過指示、電臺A發(fā)送、電臺A接收、電臺B發(fā)送、電臺B接收、GSMR數(shù)據(jù)會議狀態(tài)指示、GSMR發(fā)送、GSMR接收及A舊端控制指示。具體設(shè)置方法如圖53所示。CPM確認當前起控制作用的MIPM模塊之后，另外一端的MIPM模塊的DP設(shè)置/操作功能便被鎖定，并且，通過面板上的LED指示燈顯示控制端。另外，CPM模塊還根據(jù)A、B端的MIPM模塊的輸入狀態(tài)判斷哪一個是控制模塊。各無線數(shù)據(jù)設(shè)備之間以單頻點接力轉(zhuǎn)發(fā)方式，實現(xiàn)組合列車主控機車和從控機車之間的數(shù)據(jù)通信。每一臺機車的A端和B端分別配置一套RDTE模塊，用來實現(xiàn)機車之間的數(shù)據(jù)傳輸。CPM接收從MIPM得到的消息，然后將消息發(fā)送到當前有效的通信路徑OCU或者RDTE，同時接收來自O(shè)CU或者RDTE的消息并傳送給MIPM，這些信息包括發(fā)送和接收串口信息、電臺A/B選擇信號、電臺信道選擇信號和電臺A/B鍵控信號。CPM與A端的MIPM、OCU、RDTE模塊及B端的MIPM和RDTE模塊相連。在LOCOTROL工作過程中，CPM提供使用GSMR網(wǎng)絡(luò)或者800MHz電臺發(fā)送和接收LOCOTROL消息的功能，支持自動切換。通信處理模塊 (CPM)為每臺機車上的LOCOTROL分布動力系統(tǒng)的設(shè)備和通信媒體之間提供了車載接口，裝備了LOCOTROL分布式動力系統(tǒng)CPM模塊的機車可以用作主控機車或從控機車，但是只有機車的A端才配置CPM模塊。(3) 通信處理模塊(CPM) LOCOTROL動力分布式系統(tǒng)通過連通列車頭部主控機車和其他機車的無線連接，向列車操作人員提供同步控制和監(jiān)測從控機車的功能。RIM模塊的主要功能有兩個:為MIPM和EPCU模塊提供連線接口以及和機車上執(zhí)行機構(gòu)提供連接接口。J3接口與EPCU電空控制模塊相連，其引線是由MIPM模塊傳輸過來的LON網(wǎng)絡(luò)通信信號，用于機車的常規(guī)的制動控制。J2接口用來實現(xiàn)空氣制動功能輸入輸出信號連接，十二對信號線可以分為輸入和輸出兩部分，其中四對輸入信號來自MIPM，接入RIM模塊中繼電器的線圈端，包括74V直流電壓輸入、電源聯(lián)鎖信號、真空斷路器控制信號、EMV信號、緊急制動信號和CCBⅡ執(zhí)行失敗信號，是整個系統(tǒng)電子制動系統(tǒng)的控制信號。RIM模塊共有四個航空插頭與其他模塊和執(zhí)行裝置連接，其中JJ2兩個接口與MIPM模塊相連，J3接口與EPCU模塊相連，J4接口與動作執(zhí)行機構(gòu)相連。RIM模塊內(nèi)包括用于輸出機車控制電路信號的繼電器，在懲罰、緊急或者從控降級模式時產(chǎn)生卸載信號的電源連鎖繼電器和啟動LOCOTROL后備的緊急電磁閥繼電器。輸入信號包括來自安全防護裝置和電氣信號監(jiān)控裝置的懲罰和緊急制動指令。PDM模塊只有兩個接口，J2從機車上引從 11OV直流電壓，經(jīng)分布式動力斷路器(DPCB)連接，Jl與MIPM模塊的J5接口直接相連，為MIPM模塊提供66V的直流電壓。各模塊之間通過串行通信、LON網(wǎng)絡(luò)或MVB總線相互連接，其中MIPM模塊是整個系統(tǒng)的核心，它通過MVB總線與CCU相連，構(gòu)成整車通信網(wǎng)絡(luò)。圖51 HXD1的LOCOTROL設(shè)備的基本框架 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) HXD1型機車LOCOTROL系統(tǒng)采用模塊設(shè)計思想，主要包括9個子模塊：電源分布模塊(PDM)，繼電器接口模塊(RIM)，通信處理模塊(CPM)，集成MVB處理器模塊(MIPM)，GSMR車載通信單元(CPM)，無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(RDTE)，司機室顯示模塊(LCDM)，電子制動閥(EBV), CCBⅡ(包括電空制動)控制單元(EPCU)。然后，主控機車的LOCOTROL系統(tǒng)把信息傳送給LOCOTROL顯示器，使操作員始終掌握從控機車的工作狀態(tài)。通過串行通道，還可以不斷監(jiān)視從控機車的控制功能，并把監(jiān)視數(shù)據(jù)傳回從控機車的LOCOTROL系統(tǒng)；從控機車的LOCOTROL系統(tǒng)對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行編碼，并傳回主控機車的LOCOTROL系統(tǒng)。 大秦線重載列車LOCOTROL系統(tǒng)整體設(shè)計方案 HXD1型機車LOCOTROL系統(tǒng)工作原理 LOCOTROL系統(tǒng)通過MVB總線與HXD1型機車接口連接，監(jiān)視主控機車控制器的受電弓位置、主斷路器位置、主控機車方向、牽引和電制動器的信息，并把信息傳給主控機車的LOCOTROL系統(tǒng)，然后，把控制數(shù)據(jù)進行編碼，傳給從控機車。具體要求如下: (1)對原型機車盡量不做改動，或做盡量少的改動，不降低原機車的可靠性； (2)系統(tǒng)基本功能是實現(xiàn)主控和從控機車之間的無線同步控制，同時應(yīng)具備異步控制功能，以滿足列車安全性和特殊線路上的牽引和制動需要； (3)系統(tǒng)的控制動作具有很高的實時性，無論同步控制還是異步控制，都應(yīng)在精確的時間范圍內(nèi)完成； (4)系統(tǒng)具有顯示功能，把多機牽引列車運行安全專家系統(tǒng)的輸出的推理判斷結(jié)果和機車的狀態(tài)信息實時的提供給主控機車端司機，以優(yōu)化和指導司機的操縱； (5)因干線貨運機車工作必須具有很高的可靠性，對車載系統(tǒng)的可靠性要求就遠高與一般的工業(yè)控制和地面固定裝置。建議近期采用450MHz或800MHz車上轉(zhuǎn)發(fā)方案，抓緊在SS4機車上試驗，同時與華為公司GSMR通信平臺進行接口試驗研究。但采用LOCOTROL技術(shù)，必須保證無線通信的可靠。兩種技術(shù)都能滿足開行2萬噸需要。 車體疲勞載荷降低 LOCOTROL系統(tǒng)與ECP系統(tǒng)的對比分析 LOCOTROL系統(tǒng)可以實現(xiàn)機車在列車的分散布置，使各機車做到同步牽引和制動，有效減少縱向沖動和車鉤力，縮短制動距離和制動時間。 車輪過熱現(xiàn)象消除 車輪磨耗減少(加拿大：7%) 空氣消耗降低 速度控制精確，允許更高下坡速度，增加速度穩(wěn)定 平均周轉(zhuǎn)時間至少縮短9%（3）機車動力消耗減少 列車長度、重量增加(加拿大已從150輛增加到180輛) 消除了意外緊急制動現(xiàn)象（2）車輛平均周轉(zhuǎn)時間縮短，能力增加 制動距離縮短：50～70% 消除制動工況下脫軌危險 圖41 我國ECP系統(tǒng)架構(gòu) ECP系統(tǒng)的優(yōu)點（1）保證重載長大列車運行安全 列車尾部系統(tǒng)(EOT)設(shè)備，進行以下功能操作： （1）作為整個列車管的末端； （2）確定列車（對于每輛車）的完整性； （3）在允許使用 230V直流電源之前確定列車管是連通的；（4）監(jiān)控和報告EOT制動管壓力。CCD解譯和執(zhí)行指令信號，控制副風缸向制動缸充風，實現(xiàn)車輛的常用和緊急制動作用。其中，機車系統(tǒng)主要包括三部分： （1）機車控制單元（HEU），主要是 ECP控制器，還包括 ECP電纜收發(fā)器、司機顯 示屏、ECP制動控制輸入設(shè)備接口； （2）機車識別單元（LID），此設(shè)備存儲機車標記和配置數(shù)據(jù)（包括機車型號、車號、車長、車重、軸數(shù)、默認全制動率、默認的列車管定壓等），監(jiān)控頭端的ECP電纜終端，控制230V直流電源； （3）230V直流電源，提供列車電能，從機車低壓電源（美國機車為74V直流）轉(zhuǎn)換而來。它還可向貨車生產(chǎn)廠提供具體的車輛監(jiān)控特征，這些特征來源于輔助傳感器在異常情況時發(fā)給牽引機車的警報。這樣機車就可監(jiān)控整個列車的安全和性能。ECP制動系統(tǒng)保有階段制動和階段緩解能力，使列車操作和速度控制更為靈活。列車管作為總風管，不斷給副風缸充風，保證其始終處于待命狀態(tài)。通過共享貫通全列的通信網(wǎng)絡(luò)，ECP系統(tǒng)可以實現(xiàn)機車動力分布控制，將DP技術(shù)無縫集成到ECP系統(tǒng)中，使各臺機車能夠同步牽引/電制。而ECP則從根本上拋棄了傳統(tǒng)的空氣信號鏈路，代以一種全新的信號傳輸方式，徹底突破空氣制動系統(tǒng)固有的物理限制，使得全列車制動同步性和制動力分配均勻性有了質(zhì)的飛躍。表 41 生產(chǎn)ECP系統(tǒng)的美國廠商序號廠商名ECP的類型使用鐵路1Wabtec有線，重疊、純ECP南非，美國CSX，加拿大CP2NYAB有線，獨立ECP美國BNSF，加拿大QCM3GEHarris無線，重疊、獨立ECP澳大利亞BHP，美國佛州東部線4Zeftron有線，模擬ECP美國新墨西哥州西部線運用試驗5 EMD有線，重疊，獨立ECP（網(wǎng)絡(luò)為主）未裝車6GETSGS無線7GrahamWhitd有線動力分布控制系統(tǒng)和電控空氣制動系統(tǒng)從兩個不同角度解決超長重載列車開行問題: DP從牽引動力角度，解決動力集中配置造成的局部牽引/電制力過大問題；ECP從空氣制動角度，解決制動同步性和車輛間制