HXN3型高原内燃机车辅助系统

HXN3型高原内燃机车辅助系统

张颖,张婷,邓纪辰

中车大连机车车辆有限公司，大连　116022

摘要：本文阐述了HXN3型高原内燃机车辅助系统的原理、组成、部件结构、模块化设计。

关键词：HXN3型  高原 内燃机车 辅助系统

ZHANG Ying, ZHANGTing，DENGJichen

（CRRC Dalian Co.,Ltd，Dalian　116022）

Abstract: This paper describes the principle, composition, component structure and modular design of the auxiliary system of HXN3 type highland diesel locomotive.

Keywords: HXN3 highland diesel locomotive auxiliary system

1  概述

HXN3型高原内燃机车是基于成熟的HXN3型机车的技术平台，充分考虑高原地区特定的环境和运用维护条件，按照可靠性、安全性和人性化优先的原则进行开发的一款适用于青藏铁路运用的高原内燃机车。辅助系统分为燃油系统、机油系统、冷却系统、空滤系统和通风系统，辅助系统为模块化设计，管路走向规范化，充分考虑了系统部件及其管路的可维护性。

2  燃油系统

2.1 燃油系统作用及组成

燃油系统的功能是储存燃油并供给柴油机各高压喷油泵工作所需要的具有一定压力、数量、温度和清洁度较高的燃油。同时，具有润滑和冷却喷油泵的作用。燃油系统的工作原理如图1所示。

2.2 结构特点

2.2.1 采用两种结构的燃油输送泵

燃油系统采用两种结构的燃油泵。其中柴油机启动前，柴油机依靠电机驱动的起动燃油泵吸取燃油，为燃油滤清器及柴油机预冲燃油；柴油机启动后，由柴油机自带的机械式燃油泵与起动燃油泵一起工作，在柴油机超过一定转速时，起动燃油泵停止工作，机械式燃油泵独立工作直到柴油机达到满转速。此结构特点充分利用了柴油机的机械能，为机车节省辅助功率，并且机械式结构的燃油泵可靠性较高，可以保证机车的安全运行。

图1 燃油系统原理图

2.2.2 两级滤清器

燃油系统采用粗滤和精滤两级滤清器，粗滤芯为可以反复清洗使用的金属网式滤芯，精滤芯为纸质，滤清精度高，可达5μ，采用此种过滤方式具有过滤精度高，过滤效果佳的特点。

2.2.3 冬夏季回油管路

在回油管路中加装转换阀，使柴油机回油在冬夏季分别回到油箱的不同位置，此种设计解决了夏季机车燃油温度过高的问题，同时在寒冷的冬季通过转换阀调节，又可以使燃油温度不至于过低，提高机车燃油燃烧效率，实现节能减排。

2.2.4 模块化设计

将燃油系统部件及管路等部件集成在一个安装架上，同时为了防止出现由于柴油机振动引起部件损坏的现象，提高部件使用可靠性，安装架与机车底架之间采用了弹性连接，支架底部安装了减振装置。此种设计满足机车的无火组装，实现部件车下整备车上安装的组装工艺，具有缩短组装工时，提高劳动效率，占用空间小，便于检修和维护等特点。

3润滑油系统

3.1 润滑油系统作用及组成

机车润滑油系统（或称柴油机外部润滑油系统）与柴油机内部润滑油系统连接为一体，共同构成完整的润滑油循环系统，对柴油机运动部件发挥润滑、冷却、清洗、密封及防锈等作用。机油系统的工作原理如图2所示。

3.2 结构特点

3.2.1 润滑油系统主要由三个分系统组成

润滑油系统主要由三个分系统组成：柴油机预润滑系统、柴油机主润滑系统和柴油机后润滑系统。

柴油机预润滑系统是在柴油机启动之前，通过启动滑油泵从油底壳吸取机油，再将这些机油注入到柴油机的主滑油系统中，使滑油充满管路，对柴油机的所有部件进行预润滑。

当柴油机启动后，主滑油泵将滑油从油底壳内抽出来，滑油被输送到滑油热交换器，滑油热交换器放

图2 机油系统原理图

在高温水系统中，柴油机冷却水流过滑油热交换器，降低流入柴油机的滑油温度。从滑油热交换器出来，滑油被输送到滑油滤清器。滑油滤清器壳体比较大，能够满足柴油机机油流量的增加和压力的变化。从滑油滤清器出来滑油便会通过柴油机前面中心部位的滑油主道进入到柴油机。

在柴油机停机后，启动滑油泵从柴油机的油底壳抽取滑油，然后将滑油输送到增压器滤清器。滤清后的滑油进入两侧增压器的两条管路中，对增压器进行润滑。

3.2.2 机油系统模块化设计

机油系统部件也采用了模块化设计，将机油系统部件及管路等部件与燃油系统模块集成在一个支架上，在模块化设计的同时，考虑了部件和管路的可维护性，并且提高了机车的组装质量和生产效率。

4 冷却水系统

4.1 冷却水系统作用及组成

机车冷却水系统包括高温冷却水系统循环及低温冷却水系统循环两部分。冷却水系统原理见图3所示。

图3冷却水系统原理图

4.2 结构特点

4.2.1高换热性能、高可靠性和高散热功率的散热器

（1）百叶窗管片式结构提高散热器的换热性能；

（2）机械胀接式散热器大大提高了散热器可靠性；

（3）散热器采用多流程换热技术，利用内燃机车冷却系统中冷却液不同的温度，并根据传热学原理在同一个散热器中以同一个冷却空气对不同温度的冷却液进行冷却，提高了单位空间的散热功率。

4.2.2 高效率铸铝冷却风扇

    冷却风扇为3组，其中2组为变极驱动，另1组为变频驱动，机车正常运用下2组变极的冷却风扇就能够使油水温度保证到要求范围之内。但当机车通过长大隧道或长大坡道，机车持续在满功率运用的情况下，油水温度会持续上升，当柴油机进口水温高到一定值时，第3组冷却风扇开启，当水温降低到一定值后，第3组冷却风扇关闭。此种设计，使其他2组冷却风扇少用了2个辅助逆变器控制，既降低了机车设计成本，又提高了冷却能力的冗余。

4.2.3 冷却系统为防冻裂设计

    膨胀水箱的容积和高度使其内的冷却水液面高度在柴油机停机时低于散热器底部，但高于柴油机机体内冷却水最高水位。由于散热器中的冷却水在柴油机停机以后能够全部回到膨胀水箱中，因而可以防止外部气温寒冷时，柴油机停机以后散热器内仍有冷却水导致散热器冻裂情况的发生。同时，又保证了柴油机停机以后机体内部冷却水系统仍充满着冷却水，再次起机以后可立即开始循环。

4.2.4 低温冷却回路和高温冷却回路中各设置一个机油热交换器

  在机油回路中，低温冷却回路中的机油热交换器与流量控制阀串联后与高温冷却回路中的机油热交

换器并联。流量控制阀由机车的电磁阀通过微机自动控制，当柴油机高温冷却水的进口温度达到一定温度时，机油流量控制阀开启，通过柴油机的低温水来冷却机油，这样不仅机油的温度得到了降低，柴油机高温水的温度也会逐渐降低，当柴油机高温冷却水的进口温度降低到一定温度时，机油流量控制阀关闭，这时，机油仅仅由高温水冷却，保证了柴油机的低温冷却水温度，从而保证了柴油机的排放要求。

5空滤系统

5.1空滤系统作用及组成

空滤系统由两级滤清元件组成。第一级为惯性滤清器，第二级为柴油机空气滤清器，与惯性滤清器用风道连接，空气通过两级过滤后进入增压器。

5.2结构组成特点

5.2.1 HXN3机车的空气滤清器，由壳体和滤芯构成，滤芯为袋式结构，滤袋由透气柔性材料制成，外部覆盖有网罩，具有过滤效率极高，容尘量大，更换周期长等特点，更有效的防止了灰尘进入柴油机引起频繁拉缸的现象。

5.2.2 过滤效率极高，非常适用于沙尘恶劣地区，由于袋子的过滤面积大，因此滤清器的容尘量（容纳灰尘的重量）也相应的增加，相对于纸质圆筒式滤芯的更适用于沙尘恶劣地区。

6.通风系统

6.1通风系统作用及组成

通风系统的作用是为发热元件提供必要的冷却空气，使其不因温度过高而破坏自身的正常工作，例如牵引电机、主辅发电机、电阻制动和散热器一些发热元件。分布如图所示。

6.2结构组成

6.2.1 制动间底部安装了制动电阻冷却风扇，当机车电阻制动运行时，冷却风扇就会开启，从侧百叶窗吸入车外空气，向上吹向制动电阻为其冷却；

6.2.2 冷却间车体两侧分别分布了固定百叶窗，机车运行时，如果冷却水的温度过高，冷却风扇就会开启，从侧百叶窗吸入车外空气，吹向机车顶部散热器，通风冷却散热器中的冷却水，受热的空气从车顶排出。

6.2.3 冷却间的底架上安装通风机，为后转向架上的三个牵引电机通风冷却；

6.2.4 空滤室车体侧墙上安装了惯性滤清器。柴油机空气滤清器从惯性滤清器吸入比较清洁的空气再次被过滤，然后进入增压器。

6.2.5 主发电机通风机为主发电机通风冷却，同时也为动力间起到正压的作用。

6.2.6 前转向架牵引电机通风机为前转向架上的三个牵引电机通风冷却。

图5 通风系统结构图

1.柴油机空气过滤器 2.电气室3.逆变器/前转向架牵引电机通风机 4.后转向架牵引电机通风机 5.散热器冷却风扇

6.电阻制动冷却风扇7.电阻制动防护网 8.交流发电机通风机 9.除尘风机

7  试验验证

2014年7月25日～7月27日，在格尔木、不冻泉、纳赤台完成了机车柴油机功率、油耗等试验。试验结果表明，HXN3高原内燃机车辅助系统完全满足机车高海拔地区的冷却能力、油耗及排放的运行要求，效果良好，达到了设计目标。试验数据如表1所示。

表1 HXN3高原内燃机车辅助系统高海拔地区试验数据

8  结语

HXN3型高原内燃机车辅助系统采用了多流程及高低温热量相互按需分配等技术，减少辅助功率的消耗，其先进性，可靠性，油耗小等特点提高了整车的经济性，保证柴油机外部冷却系统的可靠工作。

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