内燃机车冬季打温监控系统的研究

杨帆

摘 要：在冬季，内燃机车需要持续进行打温作业，使机车的油温、水温处于正常状态。如果机车的动力装置不被冻裂，机车就可以在其投入运行时正常启动。由于目前的打温手段存在燃油消耗量大、运动件磨损加剧、人力资源浪费严重等缺点，所以，特针对这种情况研发了内燃机车冬季打温监控系统。

关键词：内燃机车；冬季打温；监控系统；动力装置

中图分类号：U262 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.096

针对北方个别地区冬季经常遇到极寒天气，地区气温低、持续时间长的情况，为了保证内燃机车的油温和水温，防止动力装置被冻裂损坏，缩短机车的使用寿命，影响其正常使用，内燃机车在冬季必须进行打温作业。目前，机务段采用的是柴油机空转来提高机车冷却水温度的打温方法。当油温、水温低于25 ℃时，启动机器为机车打温；当温度升至70 ℃左右时，停机。由于不能及时掌握内燃机车的油温、水温，机务段在安排打温司机作业时，很容易出现人员浪费、工作效率不高、燃油成本消耗过大的情况。我国原有的内燃机车设有预热锅炉担负冬季室外打温的任务，但是，该设备存在结构复杂、可靠性差、热效率低和加热速度慢等缺点，并且还消耗了大量的蓄电池能量，使蓄电池冬季亏电现象更加突出，影响柴油机的正常启动，所以，现在它已基本停用了。目前，机车冬季打温主要采用柴油机惰转打温，但是，这种打温方式的不足之处是会消耗大量的燃油。同时，机车长时间打温会加剧运动件的磨损，缩短机车的使用寿命。另外，在惰转打温时，由于柴油机处于低速、低负荷的工况下，喷油压力降低，燃油雾化不良，导致燃烧状态不佳、热效率降低、气门和燃烧室积炭增加、机油稀释等不良后果，严重磨损了柴油机的运动件，增加了运行机车的临修件数，缩短了机车的中修周期。而燃油不完全燃烧排出的有害气体还会严重污染环境。

运用内燃机车冬季打温监控系统能够实时监控打温作业过程和打温效果，进一步提高打温作业效率，规范打温作业流程，有效监督和管理打温司机的工作流程。

1 系统组成和功能

内燃机车冬季打温检测系统主要是由便携式GPRS数据发送装置（可多台）、便携式GPRS数据接收装置和工控机服务器3部分组成。

1.1 便携式GPRS数据发送装置

便携式GPRS数据发送装置是由DATA-6106GPRS数据传输模块（内含移动APN专网通讯卡）、可充电DC24 V供电电池、智能仪表、18B20吸附式温度传感器和电源充电器5部分组成。

1.2 便携式GPRS数据接收装置

便携式GPRS数据接收装置主要是由DATA-6107GPRS数据传输模块（内含移动APN专网通讯卡）组成。它的主要功能是与DATA-6106GPRS数据传输模块通讯、发送指令和上传数据。

1.3 工控机服务器

工控机服务器主要是由工控机（办公用计算机）和上位机控制软件组成。它的主要功能是提取、判断、显示和筛选传送过来的各种数据。

上位机软件主要包括开机欢迎界面和模式选择界面。其中，模式选择界面又分为测试界面、历史记录界面和参数设置界面。进入系统后，默认为测试界面。

2 系统的工作原理

内燃机车冬季打温监测系统主要是通过便携式GPRS数据发送装置，利用吸附式传感器采集机车油温、水温等状态信息。该系统利用无线传输技术将机车参数实时传输到GPRS数据接收装置中，再由GPRS数据接收装置将信息传送给工控机服务器，从而自动判断水温等状况，并适时发出报警信号提醒监控人员进行打温作业。通过计算机管理，可以实现对打温司机作业过程的监控、记录和管理。

3 关键技术

利用无线传输方式与GPRS数据接收装置实行双向数据通信，有效采集和监控无线覆盖范围内的内燃机车的水温、油温等机车信息，并将采集到的信息传送回工控机服务器中。

利用计算机软件可以全面监控和记录打温司机的作业过程，包括司机登记、车号、操作起止时间等。

利用计算机可以自动判断水温、油温等状态信息，并适时发出报警信号。当水温低于设定的下限值时，提示打温司机启动柴油机；当水温高于设定的上限值时，提醒监控人员告知打温作业人员停止运行中的柴油机。

4 主要技术参数

便携式GPRS数据发送装置：电源电压为DC110 V±30%，额定功率为10 W，绝缘电阻>20 MΩ，无线传输频率为425～525 MHz，最大传输功率为+20 dBm，数据传输速率为100～500 bps，无线通讯距离为500 m，温度检测范围为0～100 ℃。

便携式GPRS数据接收装置：电源电压为DC24 V±30%，额定功率为10 W，绝缘电阻>20 MΩ，无线传输频率为425～525 MHz，最大传输功率为+20 dBm，数据传输速率为100～500 bps，无线通讯距离为500 m。

工控机服务器：计算机规格为研华工控机IPC-610MB，工作电源为AC220 V-50 Hz，额定功率为300 W，测试间隔为1 min（默认）、2 min、5 min、10 min、20 min、30 min，打温上、下限温度可调，默认为75 ℃、25 ℃。

5 注意事项

出于对设备安全性、可靠性的考虑，对内燃机车冬季打温监控系统作了如下设计：①冬季打温监控系统便携式GPRS数据发送装置采用磁铁吸附式方法测量机车各项打温指标的信息采集情况，不要在水管、油管等处打孔、下探头，避免破坏机车原设计；②冬季打温监控系统便携式GPRS数据发送装置自带电源过流保护、机壳接地保护等保护电路，有效提高了设备的质量及其稳定性。

6 结论

采用内燃机车冬季打温监控系统后，现场采集相关数据得出以下结论：①内燃机车冬季打温的日均燃油消耗量约为400 L。安装了该监控系统后，能够有效控制和缩短打温作业时间，进一步提高打温作业效率——日均燃油消耗量约为320 L，打温用油量减少了20%.②内燃机车冬季打温作业为双人作业。安装了打温监控系统后，能够合理、高效地安排打温作业，减少了打温司机的作业次数。利用计算机集中监控，可以实现单人作业、双人盯控的效果，使人员成本降低了50%.③提高了打温作业效率后，柴油机惰转工况时间缩短，缓解了运动件的磨损情况。机车100 000 km的临修件数下降了0.2%，进一步延长了机车的使用寿命。

该系统能够实时监控打温作业过程和打温效果，进一步提高打温作业效率，规范打温作业流程，并监控和管理打温司机的工作流程，减少打温作业中的资源消耗和人力资源浪费。

〔编辑：白洁〕

Abstract： In the winter， internal combustion engines need to be continued warming up operation， the temperature of the oil， water temperature in the normal state of locomotive. If the power device of the locomotive is not the cracking， the locomotive can be a normal start in its investment operation. Because of the present method of beating temperature， the fuel consumption is large， the wear and tear of the moving parts and the waste of human resources are serious， and so the paper has developed a temperature monitoring system for diesel locomotive in winter.

Key words： internal combustion engine； winter temperature； monitoring system； power plant