HXN5B型內(nèi)燃機(jī)車的6A系統(tǒng)安裝方案及應(yīng)用研究

張耀倫, 冷潔楓, 周建東, 李　劼

(南車戚墅堰機(jī)車有限公司　產(chǎn)品設(shè)計(jì)部， 江蘇常州 213011)

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HXN5B型內(nèi)燃機(jī)車的6A系統(tǒng)安裝方案及應(yīng)用研究

張耀倫, 冷潔楓, 周建東, 李劼

(南車戚墅堰機(jī)車有限公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)部， 江蘇常州 213011)

HXN5B型大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車是為解決我國目前各編組站與鐵路干線牽引定數(shù)不相匹配而研制的新一代調(diào)車機(jī)車?；贖XN5B型機(jī)車結(jié)構(gòu)和運(yùn)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了HXN5B型內(nèi)燃機(jī)車的機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))安裝方案，介紹了空氣制動、防火監(jiān)控、走行部監(jiān)測和視頻監(jiān)控的安裝方案；分析了6A系統(tǒng)在HXN5B型機(jī)車安全運(yùn)用中發(fā)揮的作用，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障預(yù)警和綜合分析3個(gè)方面介紹了6A系統(tǒng)的安全防護(hù)作用。

6A系統(tǒng)， HXN5B型機(jī)車， 安全防護(hù)

HXN5B型調(diào)車機(jī)車是南車戚墅堰機(jī)車有限公司研制的首臺交流傳動內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車，做好機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))(以下簡稱“6A系統(tǒng)”)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，是該車研制必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。6A系統(tǒng)是針對機(jī)車的制動系統(tǒng)、防火、走行部、視頻等危及安全的重要事項(xiàng)、重點(diǎn)部件和部位，采用實(shí)時(shí)檢測、監(jiān)視、報(bào)警并可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸、統(tǒng)一固態(tài)存儲和智能人機(jī)界面，整體研究設(shè)計(jì)而形成平臺化的安全防護(hù)裝置。

HXN5B機(jī)車6A系統(tǒng)主要由中央處理平臺、空氣制動安全監(jiān)測子系統(tǒng)、防火監(jiān)控子系統(tǒng)、走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)一、自動視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)組成，并可實(shí)現(xiàn)與機(jī)車微機(jī)系統(tǒng)、列車運(yùn)行監(jiān)控裝置(LKJ監(jiān)控)進(jìn)行通訊，獲取、記錄。機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)信息以及機(jī)車運(yùn)行安全信息，其系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1　HXN5B機(jī)車6A系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1　HXN5B型機(jī)車及其運(yùn)用特點(diǎn)分析

1.1HXN5B型機(jī)車簡介

HXN5B型機(jī)車采用經(jīng)典的前鼻室+單司機(jī)室外走廊結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，整體式燃油箱車架承載結(jié)構(gòu)。

車架上部布置有7個(gè)室，分別為輔助室、司機(jī)室、輔變流柜和電器柜室、主變流柜室、主發(fā)室、柴油機(jī)室、冷卻室。車架下部安裝有車鉤緩沖器、蓄電池、總風(fēng)缸以及相應(yīng)的管路及電纜。車架底部安裝有前后轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架通過牽引銷進(jìn)行牽引。

1.2HXN5B型機(jī)車運(yùn)用特點(diǎn)

目前HXN5B型機(jī)車主要用于調(diào)車作業(yè)和貨車編組作業(yè)。編組站編組線多、道岔多、機(jī)車需要頻繁的進(jìn)行啟停、掛車、換向的操作，連續(xù)作業(yè)時(shí)間長。車輛編組和調(diào)車對調(diào)車機(jī)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(jī)室的設(shè)置須便于反復(fù)換向，能夠?yàn)樗緳C(jī)提供良好的視野。大型編組站人員動向隨機(jī)性大、容易造成瞭望的死角。

2　HXN5B機(jī)車6A系統(tǒng)裝車方案設(shè)計(jì)

結(jié)合HXN5B型機(jī)車的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用特點(diǎn)，對6A系統(tǒng)的人機(jī)交互裝置、各監(jiān)測子系統(tǒng)傳感器安裝位置、線纜布置和主機(jī)箱安裝位置進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，避免了6A系統(tǒng)設(shè)備與機(jī)車設(shè)備的相互干涉，提高了6A系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

2.1主機(jī)平臺方案

HXN5B機(jī)車的主機(jī)平臺主要包括6A系統(tǒng)主機(jī)以及音視頻顯示終端，其主要功能是對各子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)管理、綜合診斷、人機(jī)交互等。6A系統(tǒng)主機(jī)安裝在司機(jī)室后端生活柜內(nèi)，在司機(jī)室內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對6A系統(tǒng)主機(jī)日常巡檢、維護(hù)以及數(shù)據(jù)下載，兩個(gè)音視頻顯示終端分別安裝在司機(jī)室前后墻上，方便乘務(wù)員查看、操作，如圖2所示。

圖2　HXN5B機(jī)車6A主機(jī)安裝示意圖

2.2空氣制動安全監(jiān)測子系統(tǒng)安裝方案

空氣制動安全監(jiān)測子系統(tǒng)主要功能是：結(jié)合車載微機(jī)系統(tǒng)提供或觸點(diǎn)傳遞的"彈停制動閥被隔離"信息，監(jiān)測機(jī)車運(yùn)行過程中停放制動非正常施加狀態(tài)；充排風(fēng)結(jié)束后，檢測列車貫通輛數(shù)，發(fā)現(xiàn)折角塞門關(guān)閉后，將報(bào)警信息發(fā)送給中央處理平臺。

HXN5B機(jī)車制動系統(tǒng)管路主要分布在機(jī)車司機(jī)室地板下方以及輔助室內(nèi)，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(jī)車輔助室地板上相關(guān)空氣管路上，日常維護(hù)、檢修以及更換傳感器時(shí)，無需拆裝其他設(shè)備或地板。

2.3防火監(jiān)控子系統(tǒng)方案

防火監(jiān)控子系統(tǒng)的基本功能是火情監(jiān)測，通過感應(yīng)煙霧、溫度、光線等火災(zāi)物理量，檢測是否發(fā)生火情，及時(shí)發(fā)出報(bào)警。HXN5B機(jī)車防火監(jiān)控子系統(tǒng)防護(hù)的區(qū)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(jī)車防火監(jiān)控的重點(diǎn)區(qū)域，各防護(hù)區(qū)域探測器布置方案如圖3所示。

圖3　HXN5B機(jī)車防火監(jiān)控子系統(tǒng)防護(hù)區(qū)域示意圖

(1)輔助室、電氣室、主變流柜防火監(jiān)控方案

輔助室、電氣室、主變流柜為半封閉空間，安裝機(jī)車各種電氣設(shè)備及其連接電纜，電氣設(shè)備及電纜初期火災(zāi)特點(diǎn)通常是散發(fā)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(jī)車動力間內(nèi)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(jī)排氣總管等火源，主發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)源源不斷排到動力間(助燃作用)，動力間一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)發(fā)展迅猛，且危害嚴(yán)重，因此動力間是HXN5B內(nèi)燃機(jī)車重點(diǎn)防火區(qū)域。動力間探測器選擇應(yīng)優(yōu)先考慮即快速探測火災(zāi)特征的類型，減少動力間火災(zāi)造成的損失，又適用在動力間惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。新型的紫外、紅外復(fù)合火焰探測器即可快速對火災(zāi)明火響應(yīng)(3 s內(nèi)響應(yīng))，又具備較強(qiáng)抗干擾性能，適合選擇作為HXN5B機(jī)車動力間火災(zāi)探測器，同時(shí)，保證火焰探測器在高溫環(huán)境穩(wěn)定工作，HXN5B機(jī)車火焰探測器安裝位置選擇在柴油機(jī)輸出端上方兩側(cè)，如圖4所示，避開增壓器周圍的高溫區(qū)域。

為提高火焰探測器在動力間高溫、油氣較濃烈等惡劣環(huán)境下可靠性，提高火焰探測器的抗干擾能力，在柴油機(jī)輸出端上方兩側(cè)設(shè)計(jì)了一個(gè)耐高溫隔熱安裝箱，安裝箱內(nèi)安裝了火焰探測器以及視頻攝像頭，并利用主發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)進(jìn)行冷卻，安裝箱結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4　HXN5B機(jī)車動力間火焰探測器安裝圖

2.4走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)方案

走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)主要功能是檢測軸箱軸承、牽引電機(jī)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(jī)車走行部運(yùn)行是否異常。復(fù)合傳感器的安裝位置的設(shè)計(jì)原則是：安裝在軸承的承載區(qū)，盡量避免機(jī)械故障信號在傳遞途徑中損耗。復(fù)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(jī)車動力間火焰探測器安裝箱結(jié)構(gòu)示意圖

(1)傳感器安裝方案

在進(jìn)行軸箱體設(shè)計(jì)時(shí)，在傳感器安裝位置預(yù)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(jiān)測診斷效果，而且能保證軸箱體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(jī)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(zhuǎn)向架布線方案

HXN5B機(jī)車走行部布線和前置數(shù)據(jù)處理器布置方案如圖7所示，傳感器走線基本上沿著轉(zhuǎn)向架上部邊沿和電機(jī)上部邊沿，可以減輕車下對傳感器的污染，便于檢修和維護(hù)，數(shù)據(jù)前置處理器布置在轉(zhuǎn)向架橫梁的側(cè)面，正對齒輪箱，避開了車輪。

圖7HXN5B機(jī)車走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)轉(zhuǎn)向架布置圖

2.5自動視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)方案

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

圖8　HXN5B機(jī)車自動視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)攝像頭布置圖

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

圖9　HXN5B機(jī)車路況和車鉤攝像頭安裝效果圖

3　6A系統(tǒng)對于HXN5B型機(jī)車安全運(yùn)用的作用

3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

HXN5B型機(jī)車6A系統(tǒng)對機(jī)車空氣制動、走行部和主要部件的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過安裝在司機(jī)室的音視頻顯示終端實(shí)時(shí)反饋給司機(jī)，以便司機(jī)及時(shí)了解各部件狀態(tài)。

空氣制動監(jiān)測子系統(tǒng)對機(jī)車停放制動狀態(tài)和列車管貫通狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)停放制動未緩解的情況，音視頻顯示終端便會發(fā)出語音提示，提醒司機(jī)緩解停放制動，避免車輪擦傷。6A系統(tǒng)防火監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)馂?zāi)進(jìn)行報(bào)警，并且音視頻顯示終端自動將視頻切換到相關(guān)的區(qū)域，提醒司機(jī)及時(shí)處理。走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對HXN5B型機(jī)車電機(jī)軸承、抱軸箱軸承、軸箱軸承的溫度和沖擊狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提醒司機(jī)及時(shí)查看處理，避免故障惡化。

6A系統(tǒng)視頻監(jiān)控對于機(jī)車各個(gè)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，尤其是前后車鉤和路況，其中，司機(jī)室攝像頭記錄司機(jī)室各設(shè)備狀態(tài)；前后路況攝像頭記錄機(jī)車運(yùn)行時(shí)的路況信息；前后車鉤攝像頭記錄機(jī)車與車輛編組和解編時(shí)車鉤狀態(tài)；輔助室、電氣室、主變流柜以及動力間攝像頭主要功能是監(jiān)控各監(jiān)視區(qū)域的電氣設(shè)備。

3.2故障預(yù)警

6A系統(tǒng)對機(jī)車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)記錄保存，在監(jiān)測數(shù)據(jù)地面分析系統(tǒng)中能夠通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化對故障進(jìn)行早期診斷和預(yù)警。例如，走行部監(jiān)測子系統(tǒng)能對機(jī)車走行部的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)部件，如軸承、傳動齒輪和輪對踏面的早期故障進(jìn)行預(yù)警，從而既為杜絕機(jī)車走行部惡性事故提供了可靠的技術(shù)保證，又前移了行車安全防線；同時(shí)，還能通過它所提供的大量監(jiān)測信息，為地面維修提供科學(xué)依據(jù)，為設(shè)備定期修向狀態(tài)修的過渡創(chuàng)造了條件。能夠?qū)Υ嬖趽p傷部件的振動、沖擊信息跟蹤采集、自動分析診斷，從而實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，防止事態(tài)擴(kuò)大。故障分析界面如圖10所示。

3.3綜合分析

6A系統(tǒng)不僅記錄了自身采集的數(shù)據(jù)，而且與機(jī)車LKJ和車載微機(jī)通信獲取了部分機(jī)車信息，例如時(shí)間、里程、速度、車次、牽引工況等數(shù)據(jù)，為故障或事故的綜合分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖10　走行部監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析界面

自動視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)各攝像頭的視頻圖像均疊加監(jiān)控區(qū)域、車次、機(jī)車號、時(shí)間、公里標(biāo)、機(jī)車速度和火災(zāi)報(bào)警等信息，方便后續(xù)事故分析。機(jī)車視頻數(shù)據(jù)可通過6A主機(jī)對應(yīng)的USB接口或以太網(wǎng)接口下載，還可通過直接拔出存儲介質(zhì)的方式，獲取整個(gè)存儲音視頻數(shù)據(jù)，方便日常維護(hù)。存儲的視頻文件截圖如圖11所示。

圖11　HXN5B機(jī)車車鉤和電氣室視頻圖像

4　結(jié)　論

HXN5B型機(jī)車在設(shè)計(jì)之初，對6A系統(tǒng)主機(jī)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(tǒng)一設(shè)計(jì)，使得6A系統(tǒng)與機(jī)車其他部件形成了有機(jī)的融合，提高了6A系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)用可靠性，為充分發(fā)揮6A系統(tǒng)的作用提供了保障。

(1)安裝方案整體設(shè)計(jì)

HXN5B型機(jī)車6A系統(tǒng)在進(jìn)行安裝方案設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮設(shè)備的可靠性、可用性、可修護(hù)性和安全性。

(2) 監(jiān)測子系統(tǒng)方案針對性設(shè)計(jì)

根據(jù)HXN5B型機(jī)車結(jié)構(gòu)和運(yùn)用特點(diǎn)，采取針對性設(shè)計(jì)：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(hù)箱；根據(jù)機(jī)車不同艙室火災(zāi)特征選取防火探測器。

(3)監(jiān)測報(bào)警功能完善

6A系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障預(yù)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(jī)及時(shí)處理，6A系統(tǒng)還記錄了LKJ和車載微機(jī)部分?jǐn)?shù)據(jù)，為事故、故障綜合分析提供了豐富的具有統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

[1] 延九磊、王強(qiáng),等. 機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))中央處理平臺技術(shù)條件[S].2014,(3):1-5.

[2]苗勇，臧玉軍,等. 機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))機(jī)車空氣制動安全監(jiān)測子系統(tǒng)技術(shù)條件[S].2014,(2):1-5.

[3]劉峰，申宇燕,等. 機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))機(jī)車防火監(jiān)控子系統(tǒng)技術(shù)條件[S].2014,(2):1-5.

[4]延九磊，黃成榮,等. 機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))機(jī)車走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)一技術(shù)條件[S].2014,(3):1-5.

[5]張瑞芳，李群鋒,等. 機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)(6A系統(tǒng))機(jī)車自動視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)技術(shù)條件[S].2014,(2):1-5.

[6]黃貴，張建勤,謝經(jīng)廣.HXN5B型大功率交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車[J].鐵道機(jī)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