HXN5型內(nèi)燃機(jī)車頂百葉窗停機(jī)不關(guān)閉問題的研究

白士亮

(北京鐵路安全監(jiān)督管理辦公室駐懷柔北機(jī)務(wù)段驗(yàn)收室， 北京 101408)

HXN5型內(nèi)燃機(jī)車作為大功率內(nèi)燃機(jī)車，柴油機(jī)機(jī)油及柴油機(jī)的增壓空氣使柴油機(jī)的各零部件、柴油機(jī)機(jī)油及增壓空氣均保持在一定溫度范圍內(nèi)，保證柴油機(jī)正常工作。HXN5型內(nèi)燃機(jī)車頂百葉窗通常情況下用于調(diào)節(jié)流向散熱器的空氣流量，在周圍環(huán)境溫度低時(shí)，機(jī)車頂百葉窗阻止自由對流的氣流通過散熱器，已獲得理想的柴油機(jī)冷卻水溫，避免散熱器管內(nèi)的水凍結(jié)。

懷柔北機(jī)務(wù)段大部分預(yù)備的HXN5型內(nèi)燃機(jī)車露天存放，HXN5型內(nèi)燃機(jī)車機(jī)車頂百葉窗原設(shè)計(jì)通常情況下停機(jī)不關(guān)閉。百葉窗不關(guān)閉造成雨季下雨從散熱器流至冷卻間內(nèi)部，冷卻間內(nèi)部各種電機(jī)電器著水接地；風(fēng)塵樹絮進(jìn)入散熱器影響散熱；冬季不利于機(jī)車?yán)鋮s間保溫，2016年2月份至2017年7月份統(tǒng)計(jì)因散熱器漏水故障更換散熱器20組，通過研究采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，對HXN5型內(nèi)燃機(jī)車頂百葉窗控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，有效減少了因機(jī)車頂百葉窗產(chǎn)生的機(jī)車故障。

1 原理分析

1.1 開啟關(guān)閉原理(見圖1)

HXN5型內(nèi)燃機(jī)車?yán)鋮s裝置有4個(gè)頂百葉窗，這4個(gè)百葉窗同時(shí)開啟或關(guān)閉。百葉窗的開啟及關(guān)閉由百葉窗控制風(fēng)缸來控制。百葉窗控制風(fēng)缸為雙作用風(fēng)缸，有2個(gè)進(jìn)氣口，分別由百葉窗控制電磁閥SMV1及百葉窗控制電磁閥SMV2控制。SMV1和SMV2為常開型電磁閥，所不同的是，SMV1和SMV2的進(jìn)氣口、出氣口及排氣口在常態(tài)下相互連通不同，如圖1所示。在電磁閥失電時(shí)，SMV1的進(jìn)氣口2與出氣口3連通，壓力空氣進(jìn)入百葉窗控制風(fēng)缸開啟側(cè)；而此時(shí)SMV2出氣口3與排氣口2連通，排出百葉窗控制風(fēng)缸關(guān)閉側(cè)風(fēng)壓，使百葉窗開啟。當(dāng)電磁閥得電時(shí)，SMV2進(jìn)氣口1與出氣口3連通，壓力空氣進(jìn)入百葉窗控制風(fēng)缸的關(guān)閉側(cè)；此時(shí)SMV1出氣口3與排氣口1連通，排出百葉窗控制風(fēng)缸開啟側(cè)背壓，使百葉窗呈關(guān)閉狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)風(fēng)缸的開啟壓力通常調(diào)節(jié)為0.9～0.97 MPa，氣缸最大供給壓力為1.03 MPa。

1.2 控制原理

1.2.1柴油機(jī)啟機(jī)后控制

百葉窗開啟主要由柴油機(jī)進(jìn)水溫度控制，傳感器監(jiān)測到的柴油機(jī)進(jìn)水溫度傳到DS3，以便確定百葉窗是否打開或關(guān)閉。

機(jī)車啟機(jī)后柴油機(jī)進(jìn)水溫度一般<75℃，此時(shí)頂百葉窗處于關(guān)閉位；柴油機(jī)加負(fù)荷進(jìn)水溫度>78℃后百葉窗開啟(見表1)。在與百葉窗相連的管路上裝有氣動(dòng)控制閥，兩個(gè)電磁閥(SMV1、SMV2)控制流向氣動(dòng)閥的空氣。這兩個(gè)電磁閥通常情況下是開啟的，因此百葉窗處于開啟位置。

1.2.2頂百葉窗結(jié)構(gòu)性能

散熱器百葉窗用于調(diào)節(jié)流向散熱器的空氣流量，在周圍環(huán)境溫度低時(shí)，百葉窗阻止自由對流的空氣通過散熱器，已獲得理想的柴油機(jī)冷卻水溫，避免散熱器管內(nèi)的水凍結(jié)。在低溫環(huán)境下，機(jī)車惰轉(zhuǎn)時(shí)，散熱器風(fēng)扇不工作。

①百葉窗結(jié)構(gòu)：百葉窗葉片由軸襯支持，葉片組通過與聯(lián)動(dòng)氣缸相連的控制機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。格柵(柵網(wǎng)/濾網(wǎng))裝在百葉窗裝配外面，防止碎片掉落在百葉窗葉片上。

②性能：關(guān)閉時(shí)，漏泄面積應(yīng)小于百葉窗總面積的2%，開啟時(shí)，與百葉窗框架垂直。

2 百葉窗設(shè)計(jì)理念通常狀態(tài)為開位

HXN5型內(nèi)燃機(jī)車采用美國GE公司GEV016型柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)，頂百葉窗設(shè)計(jì)開閉不同于國內(nèi)既有內(nèi)燃機(jī)車?yán)砟睿寒?dāng)電磁閥失效的情況下，百葉窗的缺省位為開位。這兩個(gè)電磁閥通常情況下是開啟的，因此百葉窗處于開啟位置。這樣設(shè)計(jì)是為了防止損壞散熱器和冷卻系統(tǒng)。百葉窗葉片位置如圖2～圖3。

圖3 百葉窗葉片開啟位置

3 頂百葉窗常開存在隱患分析

由于HXN5型機(jī)車露天冷態(tài)存放，百葉窗敞開，雨水灰塵侵蝕，散熱器腐蝕漏水成為機(jī)車慣性病害；其次， 如圖4冷卻室散熱器下方，有電器設(shè)備CA9、兩個(gè)風(fēng)扇電機(jī)、排塵通風(fēng)機(jī)電機(jī)、牽引電機(jī)、通風(fēng)機(jī)電機(jī)等，遇雨水易造成接地。

4 百葉窗停機(jī)開位不是冷卻水系統(tǒng)所必需，建議改為頂百葉窗通常狀態(tài)為閉合

GEV016型柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)包括頂百葉窗和以下主要部件。

(1)膨脹水箱 ：HXN5型機(jī)車安裝兩個(gè)連接管路連接的膨脹水箱，水箱內(nèi)部水位高于柴油機(jī)水泵吸水口位置，通過補(bǔ)水管補(bǔ)充由于氣化、漏泄等而減少的水，由于水箱內(nèi)的水位低于散熱器水位，所以柴油機(jī)停機(jī)后散熱器內(nèi)部冷卻水全部回流水箱。這樣可以起到減少散熱保溫作用，并且在寒冷季節(jié)防止散熱器凍壞作用。

(2)散熱器 ：為機(jī)械脹接式銅散熱器，共兩塊。每個(gè)散熱器由第1流程(主散熱器)，第2流程(子散熱器1)和第3流程(子散熱器2)組成，中間通過空氣腔隔開用于隔熱。散熱器以夾角為27.5°裝于冷卻間頂部。柴油機(jī)停機(jī)時(shí)，散熱器中的水由于重力作用自動(dòng)流回膨脹水箱。

圖4 冷卻系統(tǒng)分布示意圖

(3)冷卻風(fēng)扇電機(jī)組 ：冷卻風(fēng)扇通過強(qiáng)迫空氣通過散熱器以冷卻散熱器中的水，兩個(gè)風(fēng)扇組件，每個(gè)由1臺電機(jī)和1個(gè)直徑1 829 mm的風(fēng)扇葉輪組成，電動(dòng)機(jī)由1個(gè)固態(tài)調(diào)節(jié)器控制，用于控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(關(guān)，1/4,1/2或全速)，而柴油機(jī)進(jìn)水溫度傳感器檢測的柴油機(jī)冷卻水溫度是用來控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的最初輸入。

(4)流向選擇閥：為了使冷卻系統(tǒng)能夠在排放模式和熱機(jī)模式下轉(zhuǎn)換，設(shè)置了流向選擇閥，用于控制系統(tǒng)中的冷卻水的流向。在排放模式中，流向選擇閥控制最低溫度的冷卻水流向安裝在柴油機(jī)中冷器。在熱機(jī)模式，流向選擇閥控制最低溫度的冷卻水流向油冷卻器，有助于快速冷卻潤滑油。

(5)放水閥 ：HXN5型機(jī)車設(shè)有自動(dòng)排水閥和手動(dòng)排水閥，自動(dòng)排水閥的作用是保護(hù)柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)，防止水凍結(jié)。如果溫度降到4.4 ℃，柴油機(jī)冷卻水降自動(dòng)排至排污箱。

5 改造方案

(1) 風(fēng)動(dòng)控制改造

百葉窗控制風(fēng)缸為雙作用風(fēng)缸，有2個(gè)進(jìn)氣口，分別由百葉窗控制電磁閥SMV1及百葉窗控制電磁閥SMV2控制。SMV1和SMV2更換為常閉型電磁閥。如圖1所示。在電磁閥失電時(shí)，SMV2進(jìn)氣口1與出氣口3連通，壓力空氣進(jìn)入百葉窗控制風(fēng)缸的關(guān)閉側(cè)；此時(shí)SMV1出氣口3與排氣口1連通，排出百葉窗控制風(fēng)缸開啟側(cè)背壓，使百葉窗呈關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)電磁閥得電時(shí)，SMV1的進(jìn)氣口2氣口與出氣口3連通，壓力空氣進(jìn)入百葉窗控制風(fēng)缸開啟側(cè)；而此時(shí)SMV2出氣口3與排氣口2連通，排出百葉窗控制風(fēng)缸關(guān)閉側(cè)風(fēng)壓，使百葉窗開啟。

(2)水溫控制邏輯關(guān)系改造

柴油機(jī)啟機(jī)后，百葉窗開啟主要由柴油機(jī)進(jìn)水溫度控制，傳感器監(jiān)測到的柴油機(jī)進(jìn)水溫度傳到DS3，機(jī)車啟機(jī)后柴油機(jī)進(jìn)水溫度一般<75 ℃，電磁閥不得電，此時(shí)頂百葉窗處于關(guān)閉位；柴油機(jī)加負(fù)荷進(jìn)水溫度>78 ℃后電磁閥得電百葉窗開啟。

6 結(jié)束語

冷卻系統(tǒng)是否正常工作，機(jī)車頂百葉窗關(guān)閉對于HXN5型內(nèi)燃機(jī)車起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)也是內(nèi)燃機(jī)車的重要組成部分。冷卻散熱作用的好壞關(guān)系到機(jī)車能否正常運(yùn)行，即機(jī)車頂百葉窗正常的關(guān)開閉也是內(nèi)燃機(jī)車圓滿完成運(yùn)輸任務(wù)的保證。通過對改造后的HXN5型內(nèi)燃機(jī)車的運(yùn)用情況跟蹤檢查，未再出現(xiàn)受風(fēng)沙雨雪等不良天氣因機(jī)車頂百葉窗故障導(dǎo)致的機(jī)車區(qū)間停車的情況發(fā)生，確保機(jī)車的運(yùn)行安全，提高了機(jī)車質(zhì)量的可靠性。