CCB-II 制动机

2004年，中国北车集团大连机车车辆有限公司在与 EMD 合作生产 HXN3 型内燃机车的过程中，首次引入了 CCB-II 制动机系统。

同年，中国南车集团戚墅堰机车车辆厂通过与 GE 合作生产 HXN5 型机车，也采用了 CCB-II 制动机。

在消化吸收的基础上，中国铁路逐步实现了 CCB-II 制动机的国产化替代（如 CZ-II 型制动机），并在后续的 FXN3、FXN5 等复兴系列机车上广泛应用。

IPM 是 CCB-II 制动机的核心控制计算机，运行制动控制逻辑程序。它接收司机控制器的制动指令和各传感器的反馈信号，通过 LonWorks 总线向各执行单元发送控制命令。IPM 具有自诊断功能，能实时监测系统状态并记录故障代码。

EBV 是司机操纵端的主要人机接口。它将司机手柄的位置信号转换为电信号传送给 IPM。CCB-II 的 EBV 采用非接触式位置传感器，可靠性高，无机械磨损。EBV 具备自动制动（大闸）和独立制动（小闸）两个手柄，分别用于列车管减压控制和机车单独制动。

BPCP 是执行制动的核心气动单元，接收 IPM 的控制信号后，通过高速电磁阀精确调节制动缸压力。它包含充气电磁阀、排气电磁阀、压力传感器及安全阀等，实现对制动缸压力的闭环控制。

ERCP 控制列车管的充风和排风，通过调节均衡风缸压力来间接控制列车管的压力变化。当自动制动阀（大闸）动作时，ERCP 按比例控制列车管减压量，实现全列车的制动与缓解。

DBTV 实现动力制动（电阻制动/再生制动）与空气制动的自动互锁。当机车施加动力制动时，DBTV 自动切断空气制动指令，防止同时施加两种制动方式造成的车轮滑行或擦伤。

RIM 是 CCB-II 系统与机车其他系统（如 LKJ、TCMS、ATP 等）进行信号交换的接口单元。它将 IPM 发出的数字信号转换为继电器触点信号，同时也将外部开关量信号反馈给 IPM。

包括总风缸、列车管、制动缸、均衡风缸、作用风缸、紧急阀、中继阀、无动力回送装置等传统气动元件，与电子控制单元协同工作，确保系统的高可靠性。

司机操作 EBV 手柄 → EBV 将手柄位置转换为电信号 → 通过 LonWorks 总线传送至 IPM。同时，各压力传感器实时反馈制动缸压力、列车管压力、均衡风缸压力等参数。

IPM 根据 EBV 指令和当前系统状态，运行制动控制算法（包括列车管减压量计算、制动缸压力目标值计算、制动/缓解速率控制、动力制动联锁判断等），生成各执行单元的目标控制量。

ERCP 接收 IPM 的列车管控制指令 → 通过电磁阀控制均衡风缸的充排气 → 中继阀根据均衡风缸压力变化，放大流量控制列车管压力。BPCP 接收 IPM 的制动缸控制指令 → 通过高速电磁阀调节制动缸充排气 → 实现制动缸压力的精确闭环控制。

各压力传感器持续监测系统压力 → 反馈至 IPM → IPM 与实际目标值进行比对 → 调整输出信号进行闭环修正，保证制动压力误差在 ±10 kPa 以内。

当 IPM 检测到系统故障时，自动转入后备制动模式或紧急制动模式。CCB-II 具有多重冗余设计：双 CAN 总线通讯、备用电源、紧急制动气路直通等，确保在电子系统失效时仍能实现基本制动功能。

交流传动内燃机车的动力传递路线为：柴油机 → 主发电机（交流） → 整流器（AC→DC） → 直流中间回路 → 逆变器（DC→AC） → 交流牵引电机 → 轮对。

其中，逆变器采用 VVVF（变压变频调速）技术，通过 PWM（脉宽调制）将直流电转换为频率和电压均可调的交流电，驱动三相异步牵引电机，实现机车速度的连续平滑调节。

交流牵引电机（通常为鼠笼式三相异步电机）结构简单、无换向器、无电刷，功率密度高，过载能力强，是实现机车大功率化的理想选择。

现代交流传动内燃机车普遍采用 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为牵引逆变器的功率开关器件。IGBT 兼具 MOSFET 的高开关速度和 BJT 的大电流特性，工作频率可达数千 Hz，使交流传动系统实现了高效、精准的电机转矩控制。

牵引逆变器采用轴控方式——即每台牵引电机配备独立的逆变器模块。轴控方式使各轴的粘着利用率最大化，当某轴发生空转时，仅需调节该轴的转矩输出，不影响其他轴的牵引力。

TCMS（Train Control and Monitoring System，列车控制与监视系统）是交流传动内燃机车的大脑。它通过 MVB（多功能车辆总线）和以太网将柴油机控制单元（ECU）、牵引逆变器控制单元（DCU）、制动控制单元（CCB-II IPM）、辅助电源控制单元、司机显示单元（DDU）等智能设备连接成一个完整的控制网络。

TCMS 实现的功能包括：柴油机恒功控制、牵引/制动特性控制、粘着控制、空转/滑行保护、故障诊断与数据记录、重联控制等。TCMS 与 CCB-II 制动机通过网络接口实现牵引与制动的协调控制。

交流传动内燃机车柴油机普遍配备电子调速器（EFI，电子燃油喷射系统），取代了传统的机械液压调速器。电子调速系统根据 TCMS 发出的功率需求信号，精确控制喷油量和喷油时机，使柴油机始终运行在最佳经济曲线上，燃油消耗率可降低 3%~5%，排放达到 EPA Tier 3/EU Stage IIIA 及以上标准。

HXN3（EMD JT56ACe）：装用 16V265H 柴油机（6,250 hp），CCB-II 制动机，AC-DC-AC 传动，IGBT 逆变器。原装进口自美国 EMD，后由大连机车国产化。

HXN5（GE ES59ACi）：装用 GEVO16 柴油机（6,250 hp），CCB-II 制动机，AC-DC-AC 传动，IGBT 逆变器。引进自美国 GE，由戚墅堰机车国产化。

FXN3（复兴内燃）：装用 16V265H 改进型柴油机，CCB-II / CZ-II 制动机，国产化交流传动系统，额定功率 6,000 hp，是中国最新一代干线内燃机车。

NJ2（GE C38AChe）：用于青藏铁路格尔木—拉萨段，装用 7FDL16 柴油机，CCB-II 制动机，AC-DC-AC 传动，具备高原功率修正功能，海拔 5,000m 处功率约 2,700 hp。

DF8DJ（东风8DJ）：中国首台国产交流传动内燃机车，装用 16V280ZJD 柴油机（5,700 hp），标志着中国内燃机车从直流传动向交流传动的历史性跨越。

司机通过大闸手柄控制列车管减压量。列车管压力从定压（通常为 500 kPa 或 600 kPa）按比例减压，减压量越大，制动缸压力越高。CCB-II 的常用制动采用 PID 闭环控制，制动缸压力上升平稳，无冲动。

阶段制动：司机可多次施加制动，每次增加一定的减压量，制动缸压力阶梯上升。

阶段缓解：司机可多次缓解制动，每次恢复一定的列车管压力，制动缸压力阶梯下降。

当司机拍下紧急制动按钮或列车安全系统（如 LKJ、ATP）触发紧急制动时：

1）列车管内压缩空气经紧急阀迅速排入大气，通常 3 秒内排空；

2）制动缸压力迅速上升至最大设定值（通常为 450 kPa）；

3）同时切断牵引力输出，柴油机自动回到怠速；

4）CCB-II 记录紧急制动事件，包括触发时间、速度、位置及初始压力等数据。

当司机施加动力制动（电阻制动或再生制动）时，DBTV 模块自动切断空气制动指令，防止制动力叠加导致车轮滑行。在低速（通常 < 10 km/h）时，动力制动效率下降，CCB-II 自动补偿空气制动，实现平滑的制动转换。

在重载列车运行中，列车管减压信号传递速度有限（约 150 m/s），导致前后车辆制动不同步，产生纵向冲动。CCB-II 配合电控列车管（ECP，Electronically Controlled Pneumatic）系统，通过电缆或无线信号以接近光速传递制动/缓解指令，使全列车所有车辆的制动缸同步动作，显著减小纵向冲动，缩短制动距离 30%~50%。

当机车本身柴油机不工作时，需要由其他机车牵引（回送）。CCB-II 的无动力回送装置将机车制动系统切换为从控模式，使回送机车像普通车辆一样响应列车管的压力变化，确保回送过程中的制动安全。

出库前检查：检查总风缸压力（750~900 kPa）、列车管定压（500 kPa 或 600 kPa）、各风管接头是否泄漏、IPM 面板有无故障报警灯亮起。

制动试验：包括泄漏试验（关闭列车管折角塞门后观察压力下降）、常用制动试验（验证减压量与制动缸压力对应关系）、紧急制动试验（验证紧急排风速度与制动缸压力）。

定期维护：每 3 个月更换空压机空气滤清器滤芯，每 6 个月校验压力传感器精度，每年对电磁阀进行全面清洁和功能测试。

F001：IPM 内部故障 — 检查 IPM 电源电压，必要时更换 IPM 模块。

F012：EBV 通讯丢失 — 检查 EBV 至 IPM 的 LonWorks 通讯线路及接头。

F025：列车管压力传感器故障 — 校验或更换列车管压力传感器。

F033：均衡风缸充风超时 — 检查 ERCP 充气电磁阀是否卡滞，风源压力是否正常。

F047：制动缸压力传感器偏差 — 当制动缸压力反馈值与目标值偏差超过 ±20 kPa 持续 5 秒以上时触发。

F099：紧急制动回路断线 — 检查紧急制动按钮触点及紧急阀电路。

当 CCB-II 发生不可恢复故障时，司机应：1）断开 CCB-II 系统电源断路器，使用后备空气制动控制；2）通知前方站和调度，按非正常行车办法处理；3）在确保列车安全的前提下，维持运行至最近的维修点。

CCB-I 为第一代微机控制制动机，采用集中式控制架构，系统复杂度低但扩展性差。CCB-II 升级为分布网络式控制架构，采用 LonWorks 总线，模块间独立运行、互为备份，可靠性和可维护性大幅提升。CCB-II 增加了 ECP 电控空气制动支持、更完善的故障诊断、以及 TCMS 网络接口。

JZ-7 是中国铁路传统的纯空气制动机，广泛应用于 DF4 系列内燃机车。与 CCB-II 相比：JZ-7 为纯机械-气动控制，无电子部件，可靠性高但控制精度低；不具备阶段缓解功能（缓解时需完全排空后再充风）；无法与微机网络接口，不适应现代列车网络化控制的需要。CCB-II 在控制精度、操作灵活性和故障诊断方面全面优于 JZ-7。

DK-2 型是中国自主研发的新一代微机控制制动机，功能上与 CCB-II 同级。DK-2 借鉴了 CCB-II 的模块化设计理念，但采用国产化元器件和独立的控制软件。目前主要装用于 HXD1/HXD2 系列电力机车及部分新型内燃机车。与 CCB-II 相比，DK-2 在国产化率和配件供应方面具有优势，但国际市场认可度不及 CCB-II。