HXN5B型机车燃油输送泵双电源改造方案

李苏文

（中国铁路南昌局集团公司，江西 南昌 330201）

HXN5B型大功率交流传动调车内燃机车是戚墅堰机车有限公司为解决我国目前各编组站牵引定数不相匹配，解决运力瓶颈而研制的新一代调车内燃机车。向塘机务段配属的HXN5B型机车自2015年投入运用以来，有力地保障了南昌局集团公司管辖范围如七里湖等大中型编组站的编组、调车作业，但是随着运用里程的不断增加，机车单燃油输送泵单电源设计的现场适应性差等问题日益突出，仅2019年7—8月份全段因燃油输送泵组故障共造成4台机车无法上线运行，较大程度干扰了运输秩序。文章通过研究HXN5B型机车燃油系统，提出燃油输送泵组件双逆变电源改造方案，并进行分析。

1 HXN5B型内燃机车燃油输送泵组件双逆变电源改造实施方案

1.1 HXN5B型机车燃油系统分析

燃油系统的作用是向柴油机提供具有一定压力、流量、温度及清洁度的燃油，与柴油机内部的燃油系统形成一个完整的循环系统，主要包括燃油输送泵、燃油粗滤器、燃油加热器、燃油恒温阀及管路等部件。燃油依次经过燃油箱、燃油粗滤器、燃油输送泵（自带安全阀）、燃油恒温阀和燃油加热器，进入柴油机燃油精滤器及柴油机内部燃油管路。

HXN5B型机车燃油输送泵组件包括1台容积式泵、1台交流电动机、1个逆变器、1个安全阀和1个止回阀。当需要燃油输送泵工作时，由蓄电池向燃油输送泵电源提供直流电。电源内的逆变器把直流电变成交流电供给电动机，电动机带动燃油输送泵运行。燃油输送泵的燃油额定排量约为57L/min，为避免燃油输送泵超负荷运行，例如燃油滤清器组件被堵塞，设置内部安全阀，安全阀出厂设定的开启压力为900kPa；止回阀安装在安全阀出口处，以避免通过安全阀和燃油输送泵产生回流。

通过对4起机车故障燃油输送泵组的分解检查，发现故障点均为燃油输送泵电源内的逆变器烧损，更换逆变器后燃油输送泵、电机能正常工作。针对燃油输送泵组逆变器烧损故障，通过对4台故障HXN5B型机车燃油系统电气线路、管路回路、止回阀开闭状态等部件的分解排查，确定故障原因是该型燃油输送泵逆变电源采用依靠通过泵体的燃油进行冷却的冷却方式，当暑期高温季节时，环境温度上升机车冷却性能下降导致燃油工作温度较高，而机械间燃油输送泵组件所处环境温度高达68℃左右，致使燃油输送泵逆变电源冷却不足，长时间运行后发生过热烧损失效现象（见图1）。

图1 燃油输送泵逆变器故障示意图

针对燃油输送泵组件故障，本着不改变机车构造、不干扰车上其他电器设备、改造实施方便工作强度低的原则，决定将燃油输送泵单电源逆变器改造为双电源逆变器独立装置。改造后的双电源逆变器集控制、驱动、备份于一体，集成了两套独立电源及控制系统，一套系统失效，另一套系统会自动投入工作确保稳定性，同时电源逆变器与燃油输送泵本体分开安装，将其安装在冷却室内，防止逆变器因工作温度过高导致失效。

1.2 新增燃油输送泵机组的电气控制方式

通过对HXN5B型燃油输送泵电机控制电路的分析，决定保留原燃油输送泵机组前所有控制电路不变，在电路终端设置燃油输送泵电源控制盒。将原燃油输送泵电机组的电源线引入新增电源控制盒，分成两路并联（见图2）。

图2 燃油输送泵改造后双电源示意图

改造后的燃油输送泵电源具备双路电源（A路电源和B路电源）。启动运行时，A路电源首先启动工作并自检，启动时间约4s，自检结束后，切换到B路自检，自检均正常后由B路输出。当工作过程中任一路发生故障时，切换到另一路输出，A、B两路电源切换的时间应小于4s。燃油输送泵电源工作状态显示模块分别显示对应内部两路电源的工作状态。工作正常时两个指示灯长亮，无论哪个灯不亮或闪烁均表示故障。

1.3 燃油输送泵逆变电源改造位置

HXN5B机车燃油输送泵安装在机车支持系统支架上，周围有机车油水管路、机油热交换器、启动机油泵、机油滤清器及相关阀类等多个部件，没有直接安装空间，通过对燃油输送泵电机安装尺寸进行测量，最终确定将增加的燃油输送泵电源安装在固定架上，并将安装座焊接到冷却室地板上（见图3）。

图3 燃油输送泵逆变电源改造位置

1.4 燃油输送泵逆变电源线路改造

（1）使用规格为3/16〞的内六角扳手（英制尺寸）打开燃油输送泵上盖；拆除燃油输送泵电机三相接线螺丝，将上盖与燃油输送泵分离。

（2）拆除原74V接线柱，将转接板进行定位，使用规格为Φ3.3钻头打4个安装孔，孔径约7mm，然后使用M4规格丝攻工具进行攻丝，用规格M4×12的螺丝予以固定，并拆除原74V电源线。

（3）将燃油输送泵本体上的三相接线予以延长，规格为4mm2线，连接处要求焊接并绝缘处理（连接处套热缩管，使用黄腊管包扎），然后在线头处套上（红线U，黄线V，蓝线W）号码管。

（4）延长线除从原74V出线口处出线外，再使用规格为Φ7.2钻头打一个孔出线，然后使用M8规格丝攻攻丝后安装防水接头。

（5）测量确定好适当的延长线长度后，焊上线鼻子，将其固定于转接板上。

（6）再次使用规格为3/16〞的内六角扳手（英制尺寸）将燃油输送泵上盖恢复并紧固处理。

2 改造后实现的燃油输送泵组保护设置

2.1 欠压保护

输入电压欠压保护值应为22V（±2.5V），当输入电压低于保护值时，此时燃油输送泵电源应断开输出，相应指示灯间隔5s闪烁1次。

2.2 过压保护

输入电压过压保护值应为90V（±2.5V），当输入电压高于保护值时，此时燃油输送泵电源应断开输出，相应指示灯间隔5s闪烁2次。

2.3 短路保护

当输出任意两相短路，燃油输送泵电源应断开输出，并切换到另一路输出，切换的时间应小于4s。相应的指示灯间隔5s闪烁3次并保持故障显示。

2.4 输出空载保护

当电源工作中，输出无电流时，燃油输送泵电源应断开输出，并切换到另一路输出，相应的指示灯间隔5s闪烁3次并保持故障显示。

2.5 输入防接反保护

当输入电源线正负线接反时，电源将无法启动，接线恢复正常后电源应能正常工作。

2.6 启动功能测试

上电启动运行时，燃油输送泵电源A路电源启动工作并自检，启动过程约4s，自检结束后，切换到B路自检，自检均正常后由B路输出（见图4）。

图4 安装后效果图

3 改造后的检修维护保养

（1）燃油泵组发生故障时，首先参照电源显示模块对应表提示进行检查排除。如果还不正常工作，应向检修部门提出报修（见表1）。

表1 燃油泵组故障情况分析

（2）在日常维护时，水、油和其他异物不得落入燃油输送泵组电气元件中，以免引起工作异常和故障。

（3）在运行中，如果发现异响，应首先检查接插头是否松动。如不能排除，应向检修部门提出报修。

（4）在存在故障指示状态下，如果故障未彻底排除，严禁频繁强行启动燃油泵输送泵。

4 结束语

上述改造方案已在向塘机务段配属的HXN5B型机车上进行实施，通过运用试验，该方案在机车上可安全平稳运行，该方案一方面解决了机车单燃油输送泵组单电源的设计缺陷问题，提高了HXN5B型机车运用可靠性；另一方面能为美制PARAGON燃油输送泵国产化检修研究提供参考，降低机车检修成本。