一種內(nèi)燃軌道車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

荊丹丹

（中車北京二七機(jī)車有限公司，北京100072）

一種內(nèi)燃軌道車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

荊丹丹

（中車北京二七機(jī)車有限公司，北京100072）

設(shè)計(jì)內(nèi)燃軌道車采用DC24V作為控制電源，全車直流電采用單一DC24V，主要介紹此種內(nèi)燃軌道車電氣系統(tǒng)的組成和控制原理。內(nèi)燃軌道車電氣系統(tǒng)由交流供電電路、DC24V供電電路、微機(jī)控制電路、柴油機(jī)控制電路、變扭器控制電路、干燥器及風(fēng)笛控制電路、冷卻風(fēng)扇控制電路、速度顯示及火災(zāi)報(bào)警電路以及照明電路和刮雨器電路等組成。該電氣系統(tǒng)滿足了整車的運(yùn)行要求，工作可靠、高效、經(jīng)濟(jì)。

DC24V；內(nèi)燃軌道車；電氣系統(tǒng)原理；設(shè)計(jì)

軌道車是一種比較實(shí)用的車型，其不僅直接作為地鐵車輛段、停車場內(nèi)地鐵列車調(diào)車作業(yè)、區(qū)間車站、正線運(yùn)營的事故列車的救援牽引，設(shè)備、物資的運(yùn)輸車輛及其它無動(dòng)力工程車輛的牽引作業(yè)，還可以裝載其他檢測設(shè)備及維修設(shè)備，作為工程車使用。

我國內(nèi)燃軌道機(jī)車電氣系統(tǒng)大多采用直流110 V作為供電制式，起動(dòng)后將起動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)進(jìn)行直流發(fā)電，經(jīng)過電壓調(diào)整器調(diào)壓，得到穩(wěn)定直流110 V的電壓，給全車設(shè)備及控制系統(tǒng)供電。為了節(jié)約空間和降低整車成本，此種軌道車的電氣系統(tǒng)采用汽車的電氣系統(tǒng)供電理念，把直流24 V供電方式應(yīng)用于內(nèi)燃軌道機(jī)車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)自帶直流24 V發(fā)電機(jī)作為電源，給全車設(shè)備及控制系統(tǒng)供電。

1 系統(tǒng)組成

此種軌道車電氣系統(tǒng)采用DC24V作為主要用電制式給其他系統(tǒng)供電，主要控制發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱，來實(shí)現(xiàn)機(jī)車的牽引功能。電氣系統(tǒng)由交流380 V供電，直流供電電路，微機(jī)控制電路，干燥器及風(fēng)笛控制電路，冷卻風(fēng)扇控制電路，柴油機(jī)控制電路，傳動(dòng)箱控制電路，速度顯示及火災(zāi)報(bào)警電路，照明電路和刮雨器電路等組成，見圖1.

圖1 系統(tǒng)框圖

2 交流供電

交流供電系統(tǒng)由輔助發(fā)電機(jī)組、AC380 V輸入電源插座、斷路器、接觸器、輔助交流負(fù)載及插座等組成。

檢測車配置1臺(tái)AC380 V/50 Hz/40 kW輔助發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組給4個(gè)空調(diào)機(jī)組、380 V電動(dòng)工具插座、司機(jī)室電源插座、檢測裝置等負(fù)載提供電源。另外，也可以通過車下兩端左、右側(cè)的AC380 V輸入電源插座供電，閉合自動(dòng)開關(guān)，使用地面交流AC380 V/50 Hz電源給檢測車供電，進(jìn)行檢測車的交流電路調(diào)試。

注：輔助發(fā)電機(jī)組與外供電源插座具有電氣互鎖保護(hù)功能（發(fā)電機(jī)組接觸器與外供電接觸器互鎖），只能由先閉合的接觸器電路供電。

（1）輔助發(fā)電機(jī)組。通常情況下始終閉合輔助柴油發(fā)電機(jī)組斷路器，通過Ⅰ端操縱臺(tái)上的發(fā)電機(jī)組控制器進(jìn)行發(fā)電機(jī)組起/停操作，Ⅰ端控制屏能正常進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的顯示。發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)后，發(fā)出AC380 V/50 Hz交流電，閉合斷路器給輔助交流負(fù)載供電。

（2）空調(diào)。兩端司機(jī)室各安裝有1臺(tái)、檢測間安裝有2臺(tái)頂置整體空調(diào)，空調(diào)主回路電源為AC220V，閉合空調(diào)主回路電源的自動(dòng)開關(guān)，分別給司機(jī)室、檢測間空調(diào)供電。

（3）電動(dòng)工具插座。檢測間內(nèi)安裝有1個(gè)電動(dòng)工具插座，電源為AC380 V.

（4）司機(jī)室電源插座。兩端司機(jī)室操縱臺(tái)上各設(shè)有一個(gè)交流220V電源插座，用于工作人員使用。

（5）檢測裝置。檢測裝置工作電源為AC220 V，閉合自動(dòng)開關(guān)，給檢測裝置供電。

3 直流供電電路

直流24 V供電由安裝在車下的2節(jié)N220型免維護(hù)鉛酸蓄電池組和柴油機(jī)上自帶的140 A的直流發(fā)電機(jī)組成，作為直流供電系統(tǒng)的電源，包括柴油機(jī)起動(dòng)電源、控制電路、儀表、司機(jī)室風(fēng)扇、雨刮器及照明電路等。

（1）供電。柴油機(jī)起機(jī)前，蓄電池組通過單極開關(guān)向全車照明、控制系統(tǒng)等供電。柴油機(jī)起動(dòng)后，柴油機(jī)上自帶的140 A直流充電發(fā)電機(jī)發(fā)電，給蓄電池充電及給各直流24 V電路供電。無論柴油機(jī)轉(zhuǎn)速多少，發(fā)電機(jī)端電壓都穩(wěn)定在28 V±1 V范圍內(nèi)。

注：為防止蓄電池組虧電，在起機(jī)前，應(yīng)盡量少用蓄電池組供電。

（2）柴油機(jī)供電及起動(dòng)。司機(jī)控制器的換向手柄置“0”位，傳動(dòng)箱換擋開關(guān)置“0”位后，方可起動(dòng)柴油機(jī)，閉合主臺(tái)或副臺(tái)控權(quán)開關(guān)，使柴油機(jī)起動(dòng)保護(hù)繼電器得電。將起動(dòng)鑰匙開關(guān)從“0”位置“運(yùn)行”位。柴油機(jī)診斷燈亮，等柴油機(jī)診斷燈滅，自檢正常后，將鑰匙開關(guān)置“起動(dòng)”位，不要放手，起動(dòng)繼電器K15得電，起動(dòng)馬達(dá)動(dòng)作，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)550 r/min后，起動(dòng)鎖止繼電器K24切斷啟動(dòng)信號(hào)，柴油機(jī)起動(dòng)，放開手，起動(dòng)開關(guān)自動(dòng)回到“運(yùn)行”位，啟動(dòng)完成。如起動(dòng)失敗，將起動(dòng)鑰匙回到“0”位最少保持2 s，再將起動(dòng)鑰匙置運(yùn)行位。這時(shí)鎖止繼電器強(qiáng)制延時(shí)6S后，再將起動(dòng)鑰匙開關(guān)置“起動(dòng)”

（3）供電的狀態(tài)顯示和保護(hù)

1）兩端操縱臺(tái)都安裝了雙針電壓/電流表，顯示控制電壓和蓄電池的充電電流，微機(jī)顯示屏也同時(shí)可以監(jiān)視控制電壓情況。使用熔斷器來對供電電路進(jìn)行過載、過流保護(hù)。

2）采用斷路器來替代保險(xiǎn)絲，以免行車過程中找保險(xiǎn)絲，更換保險(xiǎn)絲。

3）通過斷路器對各個(gè)24 V電路進(jìn)行過流、過載保護(hù)。

（4）微機(jī)供電電路。由電源開關(guān)給電源、交流電壓變送器、交流電流變送器等供電。經(jīng)電源穩(wěn)壓后，通過微機(jī)開關(guān)及斷電延時(shí)繼電器給微機(jī)主機(jī)、顯示器供電。微機(jī)控制系統(tǒng)主要包括觸摸顯示屏、微機(jī)控制裝置（包括CPU、CAN通信模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入）及電源等裝置。微機(jī)控制裝置根據(jù)司機(jī)命令及柴油機(jī)和傳動(dòng)箱控制器完成對柴油機(jī)和傳動(dòng)箱的控制，完成走行牽引控制、冷卻風(fēng)扇控制及安全聯(lián)鎖控制及故障保護(hù)等，微機(jī)顯示屏顯示機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)。

4 控制電路

（1）操縱臺(tái)控權(quán)控制。兩端司機(jī)室內(nèi)均設(shè)有操縱臺(tái)，I端為主操縱臺(tái)，II端為副操縱臺(tái)。司機(jī)在主操縱臺(tái)操作時(shí)，閉合主臺(tái)控權(quán)開關(guān)，主臺(tái)有權(quán)，副臺(tái)無權(quán)，副臺(tái)司控器及啟動(dòng)開關(guān)、停車制動(dòng)等走行相關(guān)開關(guān)無效，反之也一樣。兩個(gè)操縱臺(tái)通過控權(quán)開關(guān)實(shí)現(xiàn)有效操作，開關(guān)閉合的一端為有效操縱臺(tái)，如兩端同時(shí)有控權(quán)，微機(jī)報(bào)警、卸載。司機(jī)控制器、傳動(dòng)箱選擇、換擋開關(guān)、冷卻風(fēng)扇開關(guān)受控權(quán)控制，其中司機(jī)控制器換向手柄機(jī)械鎖定控制手柄。

（2）冷卻系統(tǒng)保護(hù)信號(hào)。微機(jī)通過靜液壓油箱上的吸油過濾器和回油過濾器的堵塞發(fā)訊器信號(hào)來顯示“吸油過濾器堵塞”、“回油過濾器堵塞”；當(dāng)液位低時(shí)，液位報(bào)警器輸入高電平，微機(jī)報(bào)警；溫度傳感器信號(hào)可以將溫度信號(hào)傳遞到微機(jī)，通過顯示屏顯示液壓油溫。膨脹水箱液位過低時(shí)，水箱上的液位開關(guān)輸入低電平，微機(jī)報(bào)警。

（3）彈停制動(dòng)電路。彈停開關(guān)SA5（SA6）信號(hào)進(jìn)微機(jī)，微機(jī)控制彈停脈沖電磁閥，實(shí)現(xiàn)彈停。彈停壓力開關(guān)信號(hào)反饋給微機(jī)，微機(jī)控制顯示燈，顯示彈停制動(dòng)和緩解。施加彈停（停放）制動(dòng)時(shí)，不允許機(jī)車加載，司機(jī)強(qiáng)制掛擋時(shí)有“停放制動(dòng)施加”報(bào)警提示，蜂鳴器報(bào)警。無火回送或彈停制動(dòng)故障時(shí)被切除，彈停切除塞門閉合，在微機(jī)顯示屏上顯示切除信號(hào)。

（4）緊急制動(dòng)。機(jī)車運(yùn)行工況，按下緊急按鈕，緊急制動(dòng)電磁閥得電，列車管排風(fēng)，柴油機(jī)卸載，8號(hào)管補(bǔ)風(fēng)電磁閥得電，總風(fēng)不給列車管補(bǔ)風(fēng)，機(jī)車制動(dòng)。

緊急制動(dòng)后，機(jī)車速度大于0 km/h，緩解無效。

（5）信息顯示燈。主、副操縱臺(tái)上各設(shè)有一組故障信息顯示燈，包括充電指示燈、柴油機(jī)診斷、控權(quán)顯示、停放制動(dòng)及緩解、傳動(dòng)箱故障報(bào)警。

（6）故障報(bào)警蜂鳴器。微機(jī)報(bào)警輸出信號(hào)，使安裝副操縱臺(tái)上的蜂鳴器鳴響，發(fā)出警告。

（7）超速保護(hù)。當(dāng)機(jī)車車速超過75 km/h時(shí)，報(bào)警。若此時(shí)司機(jī)仍不采取措施，機(jī)車升速超過80 km/h時(shí)，微機(jī)控制機(jī)車卸載。

（8）卸載保護(hù)控制。

1）總風(fēng)缸風(fēng)壓低于500 kPa，列車管壓力低于350 kPa，微機(jī)控制卸載并降至怠速。

2）柴油機(jī)水溫度達(dá)到108℃以上、柴油機(jī)進(jìn)氣溫度達(dá)到85℃以上，柴油機(jī)燃油溫度高時(shí)，微機(jī)控制柴油機(jī)卸載并降至怠速。

3）靜液壓油溫度達(dá)到90℃以上時(shí)，微機(jī)控制柴油機(jī)卸載并降至怠速。

4）傳動(dòng)油溫度達(dá)到120℃以上時(shí)，微機(jī)控制柴油機(jī)卸載并降至怠速。

（9）冷卻風(fēng)扇控制電路。

1）閉合相應(yīng)端的控權(quán)轉(zhuǎn)換開關(guān)，閉合冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)換開關(guān)。

2）冷卻風(fēng)扇自動(dòng)控制。冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)換開關(guān)置“ZD”位時(shí)，微機(jī)根據(jù)表1的四種介質(zhì)溫度控制中間繼電器動(dòng)作，從而控制冷卻風(fēng)扇的高、低速運(yùn)行。

表1 冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇介質(zhì)溫度控制表

3）冷卻風(fēng)扇手動(dòng)控制。根據(jù)質(zhì)溫度手動(dòng)控制冷卻風(fēng)扇的低速、高速和停止。冷卻風(fēng)扇應(yīng)由低速起動(dòng)后，再轉(zhuǎn)入高速，不允許直接起動(dòng)高速。高、低速轉(zhuǎn)換過程中，在低速和高速都要至少停留15 s.閉合相應(yīng)端的控權(quán)開關(guān)，將冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)換開關(guān)置“低”位，低速電磁閥失電動(dòng)作，風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)需要風(fēng)扇高速運(yùn)行時(shí)，將冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)換開關(guān)置“高”位，低速電磁閥失電動(dòng)作、高速電磁閥有電動(dòng)作，風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)動(dòng)。

4）冷卻風(fēng)扇保護(hù)控制。冷卻風(fēng)扇故障時(shí)，將冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)換開關(guān)置“0”位，冷卻風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)，才可檢修，防止風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)傷人。

（10）干燥器排污及強(qiáng)制打風(fēng)控制

當(dāng)風(fēng)壓高于（900±20）kPa時(shí)，空壓機(jī)停止供風(fēng)，壓力開關(guān)閉合，干燥器排污閥工作。當(dāng)需要強(qiáng)制泵風(fēng)時(shí)，通過強(qiáng)制打風(fēng)按鈕手控供風(fēng)。

（11）柴油機(jī)控制。

1）閉合相應(yīng)操縱臺(tái)控權(quán)開關(guān)，將柴油機(jī)起動(dòng)鑰匙開關(guān)置“運(yùn)行”位，柴油機(jī)控制器上電。柴油機(jī)控制器EMR接收微機(jī)控制裝置或司機(jī)的控制指令，來控制柴油機(jī)起動(dòng)/停機(jī)、調(diào)速等功能，及實(shí)現(xiàn)溫度、油壓、超速等保護(hù)。微機(jī)通過CAN通訊線將柴油機(jī)的相關(guān)參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、水溫及柴油機(jī)負(fù)載量等信息）在微機(jī)觸摸屏進(jìn)行顯示。

2）柴油機(jī)故障時(shí)，紅色診斷燈亮，微機(jī)顯示屏上會(huì)顯示故障信息。

3）柴油機(jī)空載調(diào)速。將傳動(dòng)箱選擇開關(guān)置“0”位，司機(jī)控制器換向手柄置“前”位或“后”位，操縱司機(jī)控制器控制手柄，微機(jī)通過通訊控制柴油機(jī)空載調(diào)速。司機(jī)控制器控制手柄置“0”位或“降”位時(shí)，柴油機(jī)降速，最后穩(wěn)定在750 r/min；置“升”位時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速在（750±15～2100±15）r/min呈線性變化，置“保”位時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速不變。

4）柴油機(jī)在運(yùn)行中調(diào)速。傳動(dòng)箱選擇開關(guān)置“自動(dòng)”位，檔位開關(guān)置“4”檔。或傳動(dòng)箱選擇開關(guān)置“手動(dòng)”位，檔位開關(guān)置相應(yīng)檔位。司控器換向手柄置“前”位或“后”位，操縱司機(jī)控制器控制手柄，微機(jī)通過通訊控制柴油機(jī)調(diào)速，司機(jī)控制器置“升”位時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速在（750±15～2100±15）r/min呈線性變化，置“保”位時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速不變。

5）柴油機(jī)故障調(diào)速。通過故障調(diào)速電位計(jì)SG1（SG2）進(jìn)行升降速調(diào)節(jié)。

（12）傳動(dòng)箱控制。液力傳動(dòng)箱根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與機(jī)車速度的關(guān)系，可以自動(dòng)控制換擋。也可根據(jù)情況，手動(dòng)控制換擋，通過傳動(dòng)箱選擇開關(guān)SX5（SX6）選擇自動(dòng)和手動(dòng)換擋控制。

1）自動(dòng)換擋。傳動(dòng)箱選擇開關(guān)SX5（SX6）置“自動(dòng)”位（正常工作時(shí)），傳動(dòng)箱換檔開關(guān)SX7（SX8）置“4”位（正常工作時(shí)），司機(jī)控制器換向手柄置“前”位（或置“后”位），提司機(jī)控制器控制手柄，傳動(dòng)箱控制器根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)車車速自動(dòng)控制傳動(dòng)箱的相應(yīng)變扭器工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。

2）手動(dòng)換擋。當(dāng)行車過程中，如發(fā)現(xiàn)自動(dòng)換擋失效，參考自動(dòng)換擋采用手動(dòng)換擋控制，將傳動(dòng)箱換檔開關(guān)SX7（SX8）置“1”位、“2”位、“3”位、“4”位，相應(yīng)變矩器工作。傳動(dòng)箱選擇開關(guān)SX5（SX6）置“0”位時(shí)傳動(dòng)箱變扭器均不充油，機(jī)車無動(dòng)力。

5 機(jī)車速度顯示

在機(jī)車的2軸左側(cè)裝有一個(gè)雙通道光電速度傳感器，機(jī)車速度在微機(jī)顯示屏上顯示。在主操縱臺(tái)上裝有一只指針式速度表（帶里程），副操縱臺(tái)上裝有一只指針式速度表，用于顯示機(jī)車運(yùn)行速度。

6 照明電路

照明電路包括：各個(gè)間內(nèi)照明燈、車下照明燈和車梯燈、作業(yè)警示燈、操縱臺(tái)儀表燈、電器柜內(nèi)照明燈、機(jī)車前照燈、輻照燈、標(biāo)志燈等。各個(gè)燈都由各自開關(guān)控制供電。所有照明控制開關(guān)均安裝在操縱臺(tái)上。機(jī)車設(shè)有前、后端前照燈各1組；前、后端標(biāo)志燈各4個(gè)，2個(gè)標(biāo)志紅燈，2個(gè)標(biāo)志白燈，其中標(biāo)志白燈可作為近照燈用；車上照明燈共8個(gè)（動(dòng)力間內(nèi)有4個(gè)照明燈、檢測間內(nèi)有4個(gè)）；車下照明燈共6個(gè)、車梯燈4個(gè)；標(biāo)志燈可在同側(cè)操縱臺(tái)上手動(dòng)控制，也可置到“自動(dòng)”位，前照燈開關(guān)同時(shí)控制本端的前照燈及另一端的標(biāo)志燈。兩端司機(jī)室內(nèi)各設(shè)有2個(gè)照明燈；電器柜內(nèi)有1個(gè)照明燈；各儀表上設(shè)有儀表燈。

7 結(jié)束語

本文將設(shè)計(jì)的電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡單方便。應(yīng)用本文所介紹的內(nèi)燃軌道車加裝軌道檢測裝置已經(jīng)完成組裝及調(diào)試，本車電氣系統(tǒng)應(yīng)用性能穩(wěn)定可靠。此軌道車已交付用戶使用，得到了用戶的好評。

[1]劉達(dá)德.東風(fēng)4B型內(nèi)燃機(jī)車[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]楊春杰.CAN總線技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[3]伏軍鋒.汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車電器，2010（1）：10-11.

One Kind of Electrical System Design for Diesel Railcar

JING Dan-dan
（CRRC Beijing Locomotive Co.，Ltd.，Beijing 100072，China）

The diesel railcar uses DC24V for control power supply;DC24V is only DC power supply.This article mainly introduces the diesel railcar electrical system construction and control principle.The diesel railcar electrical system is composed of AC power supply circuit，PLC，diesel engine control circuit，torque converter control circuit，dyer and air whistle control circuit，coolant system control circuit，speed display and fire alarm system circuit，lighting and rain wiper circuit etc.The electrical system meet to requirements of running，dependable performance，highly active and economically.

DC24V；diesel railcar；principle of electrical system；design

2.7

A

：1672-545X（2017）01-0069-04

2016-10-21

荊丹丹（1981-），女，黑龍江人，工程師，學(xué)士，研究方向：工程機(jī)械產(chǎn)品電氣系統(tǒng)。