HXN5型內燃機車頂百葉窗停機不關閉問題的研究

白士亮

(北京鐵路安全監督管理辦公室駐懷柔北機務段驗收室， 北京 101408)

HXN5型內燃機車作為大功率內燃機車，柴油機機油及柴油機的增壓空氣使柴油機的各零部件、柴油機機油及增壓空氣均保持在一定溫度范圍內，保證柴油機正常工作。HXN5型內燃機車頂百葉窗通常情況下用于調節流向散熱器的空氣流量，在周圍環境溫度低時，機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冷卻水溫，避免散熱器管內的水凍結。

懷柔北機務段大部分預備的HXN5型內燃機車露天存放，HXN5型內燃機車機車頂百葉窗原設計通常情況下停機不關閉。百葉窗不關閉造成雨季下雨從散熱器流至冷卻間內部，冷卻間內部各種電機電器著水接地；風塵樹絮進入散熱器影響散熱；冬季不利于機車冷卻間保溫，2016年2月份至2017年7月份統計因散熱器漏水故障更換散熱器20組，通過研究采取了相應的改進措施，對HXN5型內燃機車頂百葉窗控制系統進行改造，有效減少了因機車頂百葉窗產生的機車故障。

1 原理分析

1.1 開啟關閉原理(見圖1)

HXN5型內燃機車冷卻裝置有4個頂百葉窗，這4個百葉窗同時開啟或關閉。百葉窗的開啟及關閉由百葉窗控制風缸來控制。百葉窗控制風缸為雙作用風缸，有2個進氣口，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的進氣口、出氣口及排氣口在常態下相互連通不同，如圖1所示。在電磁閥失電時，SMV1的進氣口2與出氣口3連通，壓力空氣進入百葉窗控制風缸開啟側；而此時SMV2出氣口3與排氣口2連通，排出百葉窗控制風缸關閉側風壓，使百葉窗開啟。當電磁閥得電時，SMV2進氣口1與出氣口3連通，壓力空氣進入百葉窗控制風缸的關閉側；此時SMV1出氣口3與排氣口1連通，排出百葉窗控制風缸開啟側背壓，使百葉窗呈關閉狀態。驅動風缸的開啟壓力通常調節為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柴油機啟機后控制

百葉窗開啟主要由柴油機進水溫度控制，傳感器監測到的柴油機進水溫度傳到DS3，以便確定百葉窗是否打開或關閉。

機車啟機后柴油機進水溫度一般<75℃，此時頂百葉窗處于關閉位；柴油機加負荷進水溫度>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控制閥，兩個電磁閥(SMV1、SMV2)控制流向氣動閥的空氣。這兩個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頂百葉窗結構性能

散熱器百葉窗用于調節流向散熱器的空氣流量，在周圍環境溫度低時，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冷卻水溫，避免散熱器管內的水凍結。在低溫環境下，機車惰轉時，散熱器風扇不工作。

①百葉窗結構：百葉窗葉片由軸襯支持，葉片組通過與聯動氣缸相連的控制機構驅動。格柵(柵網/濾網)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：關閉時，漏泄面積應小于百葉窗總面積的2%，開啟時，與百葉窗框架垂直。

2 百葉窗設計理念通常狀態為開位

HXN5型內燃機車采用美國GE公司GEV016型柴油機冷卻水系統，頂百葉窗設計開閉不同于國內既有內燃機車理念：當電磁閥失效的情況下，百葉窗的缺省位為開位。這兩個電磁閥通常情況下是開啟的，因此百葉窗處于開啟位置。這樣設計是為了防止損壞散熱器和冷卻系統。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型機車露天冷態存放，百葉窗敞開，雨水灰塵侵蝕，散熱器腐蝕漏水成為機車慣性病害；其次， 如圖4冷卻室散熱器下方，有電器設備CA9、兩個風扇電機、排塵通風機電機、牽引電機、通風機電機等，遇雨水易造成接地。

4 百葉窗停機開位不是冷卻水系統所必需，建議改為頂百葉窗通常狀態為閉合

GEV016型柴油機冷卻水系統包括頂百葉窗和以下主要部件。

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

(2)散熱器 ：為機械脹接式銅散熱器，共兩塊。每個散熱器由第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。柴油機停機時，散熱器中的水由于重力作用自動流回膨脹水箱。

圖4 冷卻系統分布示意圖

(3)冷卻風扇電機組 ：冷卻風扇通過強迫空氣通過散熱器以冷卻散熱器中的水，兩個風扇組件，每個由1臺電機和1個直徑1 829 mm的風扇葉輪組成，電動機由1個固態調節器控制，用于控制風扇轉速(關，1/4,1/2或全速)，而柴油機進水溫度傳感器檢測的柴油機冷卻水溫度是用來控制風扇轉速的最初輸入。

(4)流向選擇閥：為了使冷卻系統能夠在排放模式和熱機模式下轉換，設置了流向選擇閥，用于控制系統中的冷卻水的流向。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中冷器。在熱機模式，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型機車設有自動排水閥和手動排水閥，自動排水閥的作用是保護柴油機冷卻系統，防止水凍結。如果溫度降到4.4 ℃，柴油機冷卻水降自動排至排污箱。

5 改造方案

(1) 風動控制改造

百葉窗控制風缸為雙作用風缸，有2個進氣口，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，SMV2進氣口1與出氣口3連通，壓力空氣進入百葉窗控制風缸的關閉側；此時SMV1出氣口3與排氣口1連通，排出百葉窗控制風缸開啟側背壓，使百葉窗呈關閉狀態。當電磁閥得電時，SMV1的進氣口2氣口與出氣口3連通，壓力空氣進入百葉窗控制風缸開啟側；而此時SMV2出氣口3與排氣口2連通，排出百葉窗控制風缸關閉側風壓，使百葉窗開啟。

(2)水溫控制邏輯關系改造

柴油機啟機后，百葉窗開啟主要由柴油機進水溫度控制，傳感器監測到的柴油機進水溫度傳到DS3，機車啟機后柴油機進水溫度一般<75 ℃，電磁閥不得電，此時頂百葉窗處于關閉位；柴油機加負荷進水溫度>78 ℃后電磁閥得電百葉窗開啟。

6 結束語

冷卻系統是否正常工作，機車頂百葉窗關閉對于HXN5型內燃機車起著至關重要的作用，同時也是內燃機車的重要組成部分。冷卻散熱作用的好壞關系到機車能否正常運行，即機車頂百葉窗正常的關開閉也是內燃機車圓滿完成運輸任務的保證。通過對改造后的HXN5型內燃機車的運用情況跟蹤檢查，未再出現受風沙雨雪等不良天氣因機車頂百葉窗故障導致的機車區間停車的情況發生，確保機車的運行安全，提高了機車質量的可靠性。