HXN5B型內燃機車的6A系統安裝方案及應用研究

張耀倫, 冷潔楓, 周建東, 李　劼

(南車戚墅堰機車有限公司　產品設計部， 江蘇常州 213011)

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HXN5B型內燃機車的6A系統安裝方案及應用研究

張耀倫, 冷潔楓, 周建東, 李劼

(南車戚墅堰機車有限公司產品設計部， 江蘇常州 213011)

HXN5B型大功率交流傳動調車內燃機車是為解決我國目前各編組站與鐵路干線牽引定數不相匹配而研制的新一代調車機車。基于HXN5B型機車結構和運用特點，設計了HXN5B型內燃機車的機車車載安全防護系統(6A系統)安裝方案，介紹了空氣制動、防火監控、走行部監測和視頻監控的安裝方案；分析了6A系統在HXN5B型機車安全運用中發揮的作用，通過實時監測、故障預警和綜合分析3個方面介紹了6A系統的安全防護作用。

6A系統， HXN5B型機車， 安全防護

HXN5B型調車機車是南車戚墅堰機車有限公司研制的首臺交流傳動內燃調車機車，做好機車車載安全防護系統(6A系統)(以下簡稱“6A系統”)的應用設計，是該車研制必不可少的一個重要環節。6A系統是針對機車的制動系統、防火、走行部、視頻等危及安全的重要事項、重點部件和部位，采用實時檢測、監視、報警并可實現網絡傳輸、統一固態存儲和智能人機界面，整體研究設計而形成平臺化的安全防護裝置。

HXN5B機車6A系統主要由中央處理平臺、空氣制動安全監測子系統、防火監控子系統、走行部故障監測子系統一、自動視頻監控及記錄子系統組成，并可實現與機車微機系統、列車運行監控裝置(LKJ監控)進行通訊，獲取、記錄。機車運行狀態信息以及機車運行安全信息，其系統拓撲圖如圖1所示。

圖1　HXN5B機車6A系統拓撲圖

1　HXN5B型機車及其運用特點分析

1.1HXN5B型機車簡介

HXN5B型機車采用經典的前鼻室+單司機室外走廊結構的模塊化設計，整體式燃油箱車架承載結構。

車架上部布置有7個室，分別為輔助室、司機室、輔變流柜和電器柜室、主變流柜室、主發室、柴油機室、冷卻室。車架下部安裝有車鉤緩沖器、蓄電池、總風缸以及相應的管路及電纜。車架底部安裝有前后轉向架，轉向架通過牽引銷進行牽引。

1.2HXN5B型機車運用特點

目前HXN5B型機車主要用于調車作業和貨車編組作業。編組站編組線多、道岔多、機車需要頻繁的進行啟停、掛車、換向的操作，連續作業時間長。車輛編組和調車對調車機車的要求是，有較大的啟動加速度，便于通過道岔及半徑較小的曲線，司機室的設置須便于反復換向，能夠為司機提供良好的視野。大型編組站人員動向隨機性大、容易造成瞭望的死角。

2　HXN5B機車6A系統裝車方案設計

結合HXN5B型機車的結構和運用特點，對6A系統的人機交互裝置、各監測子系統傳感器安裝位置、線纜布置和主機箱安裝位置進行統一設計，避免了6A系統設備與機車設備的相互干涉，提高了6A系統運行穩定性和可靠性。

2.1主機平臺方案

HXN5B機車的主機平臺主要包括6A系統主機以及音視頻顯示終端，其主要功能是對各子系統進行數據集中、數據管理、綜合診斷、人機交互等。6A系統主機安裝在司機室后端生活柜內，在司機室內即可實現對6A系統主機日常巡檢、維護以及數據下載，兩個音視頻顯示終端分別安裝在司機室前后墻上，方便乘務員查看、操作，如圖2所示。

圖2　HXN5B機車6A主機安裝示意圖

2.2空氣制動安全監測子系統安裝方案

空氣制動安全監測子系統主要功能是：結合車載微機系統提供或觸點傳遞的"彈停制動閥被隔離"信息，監測機車運行過程中停放制動非正常施加狀態；充排風結束后，檢測列車貫通輛數，發現折角塞門關閉后，將報警信息發送給中央處理平臺。

HXN5B機車制動系統管路主要分布在機車司機室地板下方以及輔助室內，列車管壓力變送器、停放缸壓力變送器、均衡缸壓力變送器以及流量變送器均安裝在機車輔助室地板上相關空氣管路上，日常維護、檢修以及更換傳感器時，無需拆裝其他設備或地板。

2.3防火監控子系統方案

防火監控子系統的基本功能是火情監測，通過感應煙霧、溫度、光線等火災物理量，檢測是否發生火情，及時發出報警。HXN5B機車防火監控子系統防護的區域包括輔助室、電氣室、主變流柜以及動力間，其中動力間是HXN5B機車防火監控的重點區域，各防護區域探測器布置方案如圖3所示。

圖3　HXN5B機車防火監控子系統防護區域示意圖

(1)輔助室、電氣室、主變流柜防火監控方案

輔助室、電氣室、主變流柜為半封閉空間，安裝機車各種電氣設備及其連接電纜，電氣設備及電纜初期火災特點通常是散發濃烈煙霧，因此在輔助室、電氣室、主變柜均選擇安裝感煙探測器。

(2)動力間防火方案

HXN5B機車動力間內部即存在高壓燃油管、回油管等易燃物，又存在增壓器、柴油機排氣總管等火源，主發電機冷卻風源源不斷排到動力間(助燃作用)，動力間一旦發生火災，火災發展迅猛，且危害嚴重，因此動力間是HXN5B內燃機車重點防火區域。動力間探測器選擇應優先考慮即快速探測火災特征的類型，減少動力間火災造成的損失，又適用在動力間惡劣環境下長期穩定工作。新型的紫外、紅外復合火焰探測器即可快速對火災明火響應(3 s內響應)，又具備較強抗干擾性能，適合選擇作為HXN5B機車動力間火災探測器，同時，保證火焰探測器在高溫環境穩定工作，HXN5B機車火焰探測器安裝位置選擇在柴油機輸出端上方兩側，如圖4所示，避開增壓器周圍的高溫區域。

為提高火焰探測器在動力間高溫、油氣較濃烈等惡劣環境下可靠性，提高火焰探測器的抗干擾能力，在柴油機輸出端上方兩側設計了一個耐高溫隔熱安裝箱，安裝箱內安裝了火焰探測器以及視頻攝像頭，并利用主發電機冷卻風進行冷卻，安裝箱結構如圖5所示。

圖4　HXN5B機車動力間火焰探測器安裝圖

2.4走行部故障監測子系統方案

走行部故障監測子系統主要功能是檢測軸箱軸承、牽引電機軸承、抱軸軸承、齒輪箱軸承、主/從齒輪、輪對踏面的溫度、振動異常，判斷機車走行部運行是否異常。復合傳感器的安裝位置的設計原則是：安裝在軸承的承載區，盡量避免機械故障信號在傳遞途徑中損耗。復合傳感器采用螺紋方式安裝，采用自帶的M12的螺栓安裝。

圖5　HXN5B機車動力間火焰探測器安裝箱結構示意圖

(1)傳感器安裝方案

在進行軸箱體設計時，在傳感器安裝位置預留凸臺，并按照要求加工安裝孔，如圖6所示，這樣不僅能夠提高監測診斷效果，而且能保證軸箱體的結構穩定可靠。抱軸箱軸承安裝在抱軸箱兩端，抱軸承傳感器的安裝采用加工螺紋孔的方式。電機的齒端安裝位置在軸承座上，非齒端傳感器安裝位置在軸承的端蓋上，保證了沖擊信號能夠傳遞到傳感器。

(2) 轉向架布線方案

HXN5B機車走行部布線和前置數據處理器布置方案如圖7所示，傳感器走線基本上沿著轉向架上部邊沿和電機上部邊沿，可以減輕車下對傳感器的污染，便于檢修和維護，數據前置處理器布置在轉向架橫梁的側面，正對齒輪箱，避開了車輪。

圖7HXN5B機車走行部故障監測子系統轉向架布置圖

2.5自動視頻監控及記錄子系統方案

其中攝像頭包括司機室攝像頭2個、前后路況攝像頭各1個、輔助室攝像頭1個、電氣室攝像頭1個、主變流柜攝像頭2個、動力間攝像頭2個以及前后車鉤攝像頭各1個，共計12個攝像頭，各探測器布置位置如圖8所示。

圖8　HXN5B機車自動視頻監控及記錄子系統攝像頭布置圖

路況攝像頭和車鉤攝像頭實際安裝位置如圖9所示。路況攝像頭安裝在機車車頭頂部，這樣的位置能夠獲得更廣闊的視角，減小了監控死角；車鉤攝像頭安裝車鉤旁邊，鏡頭正對車鉤，司機視頻圖像就能夠掌握車鉤連掛情況。

圖9　HXN5B機車路況和車鉤攝像頭安裝效果圖

3　6A系統對于HXN5B型機車安全運用的作用

3.1實時監測

HXN5B型機車6A系統對機車空氣制動、走行部和主要部件的狀態進行監控，監控數據通過安裝在司機室的音視頻顯示終端實時反饋給司機，以便司機及時了解各部件狀態。

空氣制動監測子系統對機車停放制動狀態和列車管貫通狀態進行實時監測，一旦出現停放制動未緩解的情況，音視頻顯示終端便會發出語音提示，提醒司機緩解停放制動，避免車輪擦傷。6A系統防火監控子系統能夠對火災進行報警，并且音視頻顯示終端自動將視頻切換到相關的區域，提醒司機及時處理。走行部故障監測子系統實現了對HXN5B型機車電機軸承、抱軸箱軸承、軸箱軸承的溫度和沖擊狀態的實時監測，提醒司機及時查看處理，避免故障惡化。

6A系統視頻監控對于機車各個重點區域進行監控，尤其是前后車鉤和路況，其中，司機室攝像頭記錄司機室各設備狀態；前后路況攝像頭記錄機車運行時的路況信息；前后車鉤攝像頭記錄機車與車輛編組和解編時車鉤狀態；輔助室、電氣室、主變流柜以及動力間攝像頭主要功能是監控各監視區域的電氣設備。

3.2故障預警

6A系統對機車進行實時監測，并將數據記錄保存，在監測數據地面分析系統中能夠通過監測數據的變化對故障進行早期診斷和預警。例如，走行部監測子系統能對機車走行部的關鍵旋轉部件，如軸承、傳動齒輪和輪對踏面的早期故障進行預警，從而既為杜絕機車走行部惡性事故提供了可靠的技術保證，又前移了行車安全防線；同時，還能通過它所提供的大量監測信息，為地面維修提供科學依據，為設備定期修向狀態修的過渡創造了條件。能夠對存在損傷部件的振動、沖擊信息跟蹤采集、自動分析診斷，從而實現提前預警，防止事態擴大。故障分析界面如圖10所示。

3.3綜合分析

6A系統不僅記錄了自身采集的數據，而且與機車LKJ和車載微機通信獲取了部分機車信息，例如時間、里程、速度、車次、牽引工況等數據，為故障或事故的綜合分析提供了數據基礎。

圖10　走行部監測子系統數據分析界面

自動視頻監控及記錄子系統各攝像頭的視頻圖像均疊加監控區域、車次、機車號、時間、公里標、機車速度和火災報警等信息，方便后續事故分析。機車視頻數據可通過6A主機對應的USB接口或以太網接口下載，還可通過直接拔出存儲介質的方式，獲取整個存儲音視頻數據，方便日常維護。存儲的視頻文件截圖如圖11所示。

圖11　HXN5B機車車鉤和電氣室視頻圖像

4　結　論

HXN5B型機車在設計之初，對6A系統主機箱、線纜、各類傳感器的安裝位置、布局、安裝方式做了深入研究和統一設計，使得6A系統與機車其他部件形成了有機的融合，提高了6A系統設備的運用可靠性，為充分發揮6A系統的作用提供了保障。

(1)安裝方案整體設計

HXN5B型機車6A系統在進行安裝方案設計時，充分考慮設備的可靠性、可用性、可修護性和安全性。

(2) 監測子系統方案針對性設計

根據HXN5B型機車結構和運用特點，采取針對性設計：增加車鉤攝像頭、提高兩端路況攝像頭安裝位置，動力間攝像頭增加保護箱；根據機車不同艙室火災特征選取防火探測器。

(3)監測報警功能完善

6A系統具有實時監測、故障預警、事故、故障綜合分析的能力，危及行車安全的故障和事件，音視頻顯示終端會立刻提示司機及時處理，6A系統還記錄了LKJ和車載微機部分數據，為事故、故障綜合分析提供了豐富的具有統一時間基準的數據。

[1] 延九磊、王強,等. 機車車載安全防護系統(6A系統)中央處理平臺技術條件[S].2014,(3):1-5.

[2]苗勇，臧玉軍,等. 機車車載安全防護系統(6A系統)機車空氣制動安全監測子系統技術條件[S].2014,(2):1-5.

[3]劉峰，申宇燕,等. 機車車載安全防護系統(6A系統)機車防火監控子系統技術條件[S].2014,(2):1-5.

[4]延九磊，黃成榮,等. 機車車載安全防護系統(6A系統)機車走行部故障監測子系統一技術條件[S].2014,(3):1-5.

[5]張瑞芳，李群鋒,等. 機車車載安全防護系統(6A系統)機車自動視頻監控及記錄子系統技術條件[S].2014,(2):1-5.

[6]黃貴，張建勤,謝經廣.HXN5B型大功率交流傳動調車內燃機車[J].鐵道機車與動車，2014,(5)：21-24,28.

Research on the Installation Scheme and Application of 6A System for HXN5B Diesel Locomotive

ZHANG Yaolun, LENG Jiefeng, ZHOU Jiandong, LI Jie

(Technology Central Design Department，CSR Qishuyan Co.,Ltd，Changzhou 213011 Jiangsu，China)

In order to resolve the problem that marshalling stations in our country did not match the railway line traction weights, the HXN5B locomotive, a kind of large power AC diesel locomotive had been developed. Based on the operation and structure characteristic of HXN5B locomotive, the author designs 6A system plan for HXN5B locomotive, and introduces the installation scheme of Air Brake Safety Monitoring and Data Record System, Fire Alarm and Data Record System, Advanced Truck Defect Diagnosis and Record System and Automatic Video Display and Record System. At last, the author analyzes the safety operation effect of 6A system for HXN5B Locomotive, and introduces the security of 6A system through the three aspects of real-time monitoring, fault warning and comprehensive analysis.

6A system; HXN5B locomotive; safety operation

1008-7842 (2016) 01-0082-05

??)男，工程師(

2015-08-26)

U262

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.21