HXN5型内燃机车顶百叶窗停机不关闭问题的研究

白士亮

(北京铁路安全监督管理办公室驻怀柔北机务段验收室， 北京 101408)

HXN5型内燃机车作为大功率内燃机车，柴油机机油及柴油机的增压空气使柴油机的各零部件、柴油机机油及增压空气均保持在一定温度范围内，保证柴油机正常工作。HXN5型内燃机车顶百叶窗通常情况下用于调节流向散热器的空气流量，在周围环境温度低时，机车顶百叶窗阻止自由对流的气流通过散热器，已获得理想的柴油机冷却水温，避免散热器管内的水冻结。

怀柔北机务段大部分预备的HXN5型内燃机车露天存放，HXN5型内燃机车机车顶百叶窗原设计通常情况下停机不关闭。百叶窗不关闭造成雨季下雨从散热器流至冷却间内部，冷却间内部各种电机电器着水接地；风尘树絮进入散热器影响散热；冬季不利于机车冷却间保温，2016年2月份至2017年7月份统计因散热器漏水故障更换散热器20组，通过研究采取了相应的改进措施，对HXN5型内燃机车顶百叶窗控制系统进行改造，有效减少了因机车顶百叶窗产生的机车故障。

1 原理分析

1.1 开启关闭原理(见图1)

HXN5型内燃机车冷却装置有4个顶百叶窗，这4个百叶窗同时开启或关闭。百叶窗的开启及关闭由百叶窗控制风缸来控制。百叶窗控制风缸为双作用风缸，有2个进气口，分别由百叶窗控制电磁阀SMV1及百叶窗控制电磁阀SMV2控制。SMV1和SMV2为常开型电磁阀，所不同的是，SMV1和SMV2的进气口、出气口及排气口在常态下相互连通不同，如图1所示。在电磁阀失电时，SMV1的进气口2与出气口3连通，压力空气进入百叶窗控制风缸开启侧；而此时SMV2出气口3与排气口2连通，排出百叶窗控制风缸关闭侧风压，使百叶窗开启。当电磁阀得电时，SMV2进气口1与出气口3连通，压力空气进入百叶窗控制风缸的关闭侧；此时SMV1出气口3与排气口1连通，排出百叶窗控制风缸开启侧背压，使百叶窗呈关闭状态。驱动风缸的开启压力通常调节为0.9～0.97 MPa，气缸最大供给压力为1.03 MPa。

1.2 控制原理

1.2.1柴油机启机后控制

百叶窗开启主要由柴油机进水温度控制，传感器监测到的柴油机进水温度传到DS3，以便确定百叶窗是否打开或关闭。

机车启机后柴油机进水温度一般<75℃，此时顶百叶窗处于关闭位；柴油机加负荷进水温度>78℃后百叶窗开启(见表1)。在与百叶窗相连的管路上装有气动控制阀，两个电磁阀(SMV1、SMV2)控制流向气动阀的空气。这两个电磁阀通常情况下是开启的，因此百叶窗处于开启位置。

1.2.2顶百叶窗结构性能

散热器百叶窗用于调节流向散热器的空气流量，在周围环境温度低时，百叶窗阻止自由对流的空气通过散热器，已获得理想的柴油机冷却水温，避免散热器管内的水冻结。在低温环境下，机车惰转时，散热器风扇不工作。

①百叶窗结构：百叶窗叶片由轴衬支持，叶片组通过与联动气缸相连的控制机构驱动。格栅(栅网/滤网)装在百叶窗装配外面，防止碎片掉落在百叶窗叶片上。

②性能：关闭时，漏泄面积应小于百叶窗总面积的2%，开启时，与百叶窗框架垂直。

2 百叶窗设计理念通常状态为开位

HXN5型内燃机车采用美国GE公司GEV016型柴油机冷却水系统，顶百叶窗设计开闭不同于国内既有内燃机车理念：当电磁阀失效的情况下，百叶窗的缺省位为开位。这两个电磁阀通常情况下是开启的，因此百叶窗处于开启位置。这样设计是为了防止损坏散热器和冷却系统。百叶窗叶片位置如图2～图3。

图3 百叶窗叶片开启位置

3 顶百叶窗常开存在隐患分析

由于HXN5型机车露天冷态存放，百叶窗敞开，雨水灰尘侵蚀，散热器腐蚀漏水成为机车惯性病害；其次， 如图4冷却室散热器下方，有电器设备CA9、两个风扇电机、排尘通风机电机、牵引电机、通风机电机等，遇雨水易造成接地。

4 百叶窗停机开位不是冷却水系统所必需，建议改为顶百叶窗通常状态为闭合

GEV016型柴油机冷却水系统包括顶百叶窗和以下主要部件。

(1)膨胀水箱 ：HXN5型机车安装两个连接管路连接的膨胀水箱，水箱内部水位高于柴油机水泵吸水口位置，通过补水管补充由于气化、漏泄等而减少的水，由于水箱内的水位低于散热器水位，所以柴油机停机后散热器内部冷却水全部回流水箱。这样可以起到减少散热保温作用，并且在寒冷季节防止散热器冻坏作用。

(2)散热器 ：为机械胀接式铜散热器，共两块。每个散热器由第1流程(主散热器)，第2流程(子散热器1)和第3流程(子散热器2)组成，中间通过空气腔隔开用于隔热。散热器以夹角为27.5°装于冷却间顶部。柴油机停机时，散热器中的水由于重力作用自动流回膨胀水箱。

图4 冷却系统分布示意图

(3)冷却风扇电机组 ：冷却风扇通过强迫空气通过散热器以冷却散热器中的水，两个风扇组件，每个由1台电机和1个直径1 829 mm的风扇叶轮组成，电动机由1个固态调节器控制，用于控制风扇转速(关，1/4,1/2或全速)，而柴油机进水温度传感器检测的柴油机冷却水温度是用来控制风扇转速的最初输入。

(4)流向选择阀：为了使冷却系统能够在排放模式和热机模式下转换，设置了流向选择阀，用于控制系统中的冷却水的流向。在排放模式中，流向选择阀控制最低温度的冷却水流向安装在柴油机中冷器。在热机模式，流向选择阀控制最低温度的冷却水流向油冷却器，有助于快速冷却润滑油。

(5)放水阀 ：HXN5型机车设有自动排水阀和手动排水阀，自动排水阀的作用是保护柴油机冷却系统，防止水冻结。如果温度降到4.4 ℃，柴油机冷却水降自动排至排污箱。

5 改造方案

(1) 风动控制改造

百叶窗控制风缸为双作用风缸，有2个进气口，分别由百叶窗控制电磁阀SMV1及百叶窗控制电磁阀SMV2控制。SMV1和SMV2更换为常闭型电磁阀。如图1所示。在电磁阀失电时，SMV2进气口1与出气口3连通，压力空气进入百叶窗控制风缸的关闭侧；此时SMV1出气口3与排气口1连通，排出百叶窗控制风缸开启侧背压，使百叶窗呈关闭状态。当电磁阀得电时，SMV1的进气口2气口与出气口3连通，压力空气进入百叶窗控制风缸开启侧；而此时SMV2出气口3与排气口2连通，排出百叶窗控制风缸关闭侧风压，使百叶窗开启。

(2)水温控制逻辑关系改造

柴油机启机后，百叶窗开启主要由柴油机进水温度控制，传感器监测到的柴油机进水温度传到DS3，机车启机后柴油机进水温度一般<75 ℃，电磁阀不得电，此时顶百叶窗处于关闭位；柴油机加负荷进水温度>78 ℃后电磁阀得电百叶窗开启。

6 结束语

冷却系统是否正常工作，机车顶百叶窗关闭对于HXN5型内燃机车起着至关重要的作用，同时也是内燃机车的重要组成部分。冷却散热作用的好坏关系到机车能否正常运行，即机车顶百叶窗正常的关开闭也是内燃机车圆满完成运输任务的保证。通过对改造后的HXN5型内燃机车的运用情况跟踪检查，未再出现受风沙雨雪等不良天气因机车顶百叶窗故障导致的机车区间停车的情况发生，确保机车的运行安全，提高了机车质量的可靠性。