HXN5型大功率交流传动内燃机车铁科院内部资料)p).ppt

HXN5型大功率交流传动内燃机车,（ES59ACi）GE-QS/CO-CO,HXN5机车外形,头灯,雨刷器,沙箱,近照灯,供风管,重联管,车梯,司机室门,外走廊,空调安装,蓄电池,HXN5大功率交流传动内燃机车,机车总体概述机车主要技术参数机车及主要部件特点,铁路机车制动HXD3,一、机车总体概述,HXN5型机车设置为单司机室，交流牵引电传动的内燃机车，采用外走廊,与DF5、DF7C机车类似。轴列式：C0C0，三轴转向架单独驱动，与DF8B、DF4D型机车相同。HXN5型机车外形尺寸：2113331194770mm。国产DF4B机车外形尺寸：2110033094755mm。机车司机室方向为前端，也称为短端；机车冷却室方向为后端，也叫做长端。司机侧称为B侧（左侧）,副司机侧称为A侧（右侧）。,前端，也称短端,后端，也称长端,从前端开始：依次为司机室电器间电阻制动间柴油机间-空气间冷却间下部走行部,1.司机室：,司机室内布置主、副操纵台各一个，主台向前端，副台向后端。司机室设有构成机车上的人-机接口的设备：司机控制器、制动阀控制器、FB备用制动机控制器、智能显示器、车载设备（监控、列调、机车信号）、打印机及电气开关设备。较比国产机车司机室增置了冰箱、烤箱、电加热饮水机、空调、换气扇、大功率加热器，副司机后侧设置了车载卫生间等人性化设施，改善了乘务人员的工作条件。,司机室主台,司机控制器,制动阀控制器,智能显示屏1,KLJ2000,司机室内的显示器是控制计算机,通过使用一个串联的通信网络控制机车上所有其他计算机和装置运行,包括控制柴油机运行、辅助系统控制、牵引设备等,智能显示屏2,FB11制动机,2.电器部件,电器部件分设在七个控制区,CA16、CA9，主要设有主发励磁控制器（TAC）、牵引电机控制器（TMC）、牵引通风机控制器(TBC）、电喷系统控制单元（ECU），整流装置(RMA、RMB、RMC)、逆变器（INV），蓄电池充电控制器（BCC）、辅发励磁控制器(AAC)、冷却风扇电机控制器(RFC1、RFC2)。以上部件采用集成电路板形式，由微机进行网络数据传输，对机车进行控制。较比国产机车减少了中间、电磁、电空有触点接触器，消除了触头打磨和调整环节。同时也减少了接触电阻大产生的过热故障。,3.电阻制动间,电阻制动装置安装在电器间的后面。电阻制动装置由三组电阻栅和风扇组成，比DF4B机车上多一组。形式与DF4B立式不同采用卧式。用于冷却交流牵引相模块和第一转向架牵引电机组的冷却风机安装在电阻制动风扇下面主发电机通风机和空气制动支架也安装在电阻制动风扇的下面,电阻动风机,电阻制动电阻带,4.柴油机间,柴油机间主要设置柴油机、机油滤清器、燃油滤清器、热交换器等部件。柴油机型号为GEVO16，全长4987.9mm，高度2491.7mm，45V型排列，单水泵，双增压器、双中冷器均布置在柴油机前端。发火顺序：先右后左，按13758624缸顺序爆发。,国产DF4B型柴油机，型号为16V240ZJB,5020mm，高度2990mm。50V型排列,16缸,4冲程,双涡轮增压器,双中冷器。柴油机发火顺序，按11431071259811615213416缸顺序爆发。,5.空气间,为了保证洁净的空气进入柴油机内进行燃烧，机车设置了空气滤清间。空气滤清间主要安装了空气滤清装置。燃烧空气首先通过V形网吸入，然后空气经过惯性滤清器（又称旋风筒式滤清器），最后是在袋状滤清器中进一步滤清。滤清后的空气被吸入增压器,压缩后送入水冷式中冷器进行冷却，进气总管将压缩空气分配给各个气缸（动力组）进行燃烧，燃烧后的废气从动力组中排出，驱动增压器的涡轮机，然后进入消声器（排气烟囱）。,6.冷却间,设有散热器（单节）、水箱、冷却风扇及电机、16牵引电机通风机、除尘风机、空气压缩机、CA9控制区（压缩机控制开关、电磁阀）。,7、转向架,转向架设置为两组，采用C0-C0三轴，单独驱动。与国产既有货运机车相比，采用三点承载，牵引方式为牵引中心销传递。取消牵引杆、拐臂、横轴装置。牵引中心销既承担转向架与车体的连接，又传递牵引力。机车制动方式为踏面制动。停车制动采用单元制动方式。,8、交流传动原理,交流传动机车与我国现有的直流传动机车相比，主要是牵引电机由直流改为交流，同时增加了将直流电变为交流电的变频器（逆变器）。工作过程：柴油机带动主牵引发电机旋转，发出三相交流电，经过整流模块整流后变为直流电，进入牵引变频器后逆变成调频调压的三相交流电，供交流牵引电机。直流传动机车没有变频器，整流后的直流电直接供给直流牵引电机。,柴油机旋转,主发机发出三相交流电,模块将交流电整流成为直流电,变频器将直流电逆变为三相交流电,交流牵引电机,交流传动,直流传动,直流牵引电机,9、柴油机启动、移车,机车采用主牵引发电机启动，取消了DF4B机车的启动电机及变速箱，同时，机车具有蓄电池移车功能，较DF4B机车外接电源移车方便。启机：蓄电池给牵引变频器供电，逆变成三项交流电，供主牵引发电机，主牵引发电机由发电机变为电动机，得电后旋转带动柴油机启机。移车：蓄电池给牵引变频器供电，逆变成三项交流电，供给牵引电动机，实施移车功能，蓄电池移车速度为5km/h。,通常使用第六变频器启机及移车，当第六电机故障时，使用第五变频器，其它变频器不具有这两种功能。,第二部分：机车主要技术参数,1.机车特性曲线（牵引特性）,当机车运行速度达120km/h时，轮周功率为3440KW，制动力为350KN。较比国产机车DF4B型轮周功率1950KW高1.7倍；制动力较比DF4型212KN、DF8型制动力240KN高1.4-1.6倍。,2.机车特性曲线（电阻制动特性）,在全功率下持续牵引力620KN，轮周功率3980KW。持续牵引力较比国产机车DF4型435KN、DF8型480KN高1.2-1.3倍，轮周功率较比DF4型1985KW高2.0倍。,3.机车主要技术参数,限界：符合GB146.1-83，与国产机车相同轨距：1435mm，与国产机车相同轴列式：COCO，与DF4B机车相同机车全长：22295mm，DF4B机车全长21100mm，比DF4B机车略长额定功率（主发输入功率）：4400kW，DF4B机车主发输入功率：2235kW，约为DF4B机车的2倍。牵引功率（轮周）：4003kW，DF4B机车牵引功率：1990kW，约为DF4B机车的2倍。电阻制动功率：4004kW，DF4B机车电阻制动功率：2136kW，为DF4B机车的1.9倍。最大速度：120km/h，DF4B机车货比：100km/h，客比：120km/h持续速度：25km/h，DF4B机车货比：21.6km/h，客比：28.5km/h恒功率速度范围：22.3120km/h,3.机车主要技术参数,3.机车主要技术参数,燃油箱容积（可用）：9000L，DF4B燃油箱整备容积：9000L，可用容积为6000L。沙箱容积：800kg，与DF4B机车相同自负荷试验：电阻制动装置容量满足机车最大自负荷试验车钩中心线距轨面高度：88010mm，与DF4B机车相同柴油机型号：GEVO16燃烧室压缩比：16.8：1（DF4B型机车12.5：1）额定功率时的最大爆发压力:19.5MPa（较比国产DF4B型机车11.9MPa高7.6MPa）各缸间爆发压力差不大于:1MPa，DF4B机车缸差：0.59MPa,第三部分：机车及主要部件特点,1.柴油机,GEVO16是由涡轮增压器驱动,16缸45度排列,四冲程的大功率柴油机。柴油机功率为4660KW，较DF4B机车柴油机功率2426KW高2234KW，柴油机上两个增压器、两个中冷器均设在自由端，采用双排气总管，每个总管驱动一个增压器；DF4B机车为一个总管驱动两个增压器，两增压器前后端各一个。采用单水泵循环；较DF4B机车少一个循环水泵。,采用电子控制燃油喷射系统，电子控制高压柱塞式燃油喷射泵，取消了联合调节器和供油拉杆装置；柴油机启动方式为蓄电池逆变为交流电后供给牵引发电机启动。曲轴箱内为负压,曲轴箱内压力低于大气压。,柴油机结构,发动机布局:16个气缸分两侧排列,每侧8个。两侧呈45度V型相对。连接主发端为后端，安装增压器端为前端。从柴油机后端(主发端)向前看,左边为左侧,右边为右侧。气缸由前端向后端右端为右1缸至右8缸,左端为左1缸至左8缸。柴油机的左右侧及前后端与机车的左右侧及前后端相反，柴油机的左侧为机车的右侧，柴油机的前端朝向机车的后端。与DF4B型机车类似。,柴油机加油孔及油尺,柴油机油尺,柴油机加油孔,柴油机加油孔及油尺在柴油机左1缸下侧。油尺标有FULL（满油位）和ADD（低油位）。柴油机油位标准：在柴油机怠转下，油位在油尺的FULL（满油位）和ADD（低油位）两刻线间。,柴油机加油孔盖为涨塞式，为日常补油用。,柴油机动力组总成,动力组包括摇臂箱、气缸盖、缸套定位装置、缸套、连杆、活塞、活塞销，统称为柴油机动力组。气缸盖通过螺栓紧固在气缸套上，整个动力组用液力张紧方式紧固，整体为长动力组，摇臂箱盖、气缸盖、缸套、定位座为短动力组，日常维修时可根据需要，分别吊长动力组或短动力组。活塞裙部与活塞销座为分体式。活塞裙部只起导向作用，动力由活塞销座承载。气缸盖进排气门带有旋转机构，每二年调整气门。DF4B每辅调整气门周期约为二个月。,特性:,连杆活塞组,缸套,缸套定位装置,气缸盖,摇臂箱盖,GEVO16柴油机高压油泵,高压油泵、高压油管安装在柴油机内部，高压油泵采用电磁阀控制，根据机车负载变化，由计算机控制供油量。与DF4B机车相比，没有供油齿条和供油拉杆。,示意图部分为失电位，由于提升阀没有关闭，从供油管来的燃油经提升阀回到回油管后，回燃油箱。高压油泵不向喷油器供油；当机车负载发生变化，计算机控制电磁阀得电吸合，提升阀关闭，切断低压燃油回流路，柱塞将泵内燃油加压经高压油管向喷油器提供燃油。回油管内有600640Kpa压力，为高压油泵各部件提供润滑和冷却。,高压油管,提升阀,柱塞,2.主辅发电机,主发电机与辅助发电机一体,由柴油机曲轴带动旋转，型号为5GM201E1。主发电机输出通过整流器、牵引逆变器、向交流异步牵引电机供电；主发电机兼作柴油机启动电机，当柴油机启动时，蓄电池通过逆变器逆变三相交流电，供给主发启动柴油机。辅助发电机发电供给机车上辅助设备用电。由于机车上取消静液压装置，冷却风扇由交流电机驱动，辅助发电机还为冷却风扇电机供电。与DF4B机车相比，取消了励磁机、测速电机、启动电机及静液压系统。,主牵引发电机,辅助发电机,滑环,辅助发电机有三组绕组，每组均能输出三相交流电：第一组输出201V交流电，为主、辅发电机励磁；第二组输出402V交流电，为空压机电机、冷却风扇电机、主发电机通风机电机、排尘风机电机、牵引电机通风机电机供电；第三组输出76V交流电，为蓄电池充电及车上空调、逻辑电源、无线电设备供电。,3.交流牵引电机,牵引电机采用交流电机。具有以下优点：电机单位体积和单位重量下功率大。采用无专门机座的轻量化结构以及由专用铜合金的导条和专用铜合金的端环焊接而成，转子没有线圈，大大的减少了转子的故障率适应性能强。在恶劣的风沙、雨雪气候、酸碱性气体影响侵蚀以及沿海多雨潮湿的环境下能可靠应用匹配性能高。能够消除机车本身布置时的轴重不等、牵引时的轴重转移、机车轮径的差异、电机制造中的特性差异、逆变器输出的差异等因素造成的影响没有换向器及电刷，便于日常于保养维护,4.轮对装配,轮径1050毫米并采用中国JM3型车轮踏面，与国产机车相同。轮对内侧距1353毫米，与国产机车相同。轮对休用抱轴箱，与DF4B机车的抱轴瓦不同，抱轴箱结构与DF4D半悬挂机车抱轴箱结构基本相同。,5.风源系统及空气制动控制系统,制动系统采用克诺尔公司CCB制动机，同时装有FB-11备用制动机。机车装有两个总缸，较DF4B机车多一个总风缸，第一总风缸供机车辅助用风及第二总风缸用风，第二总风缸专为CCB制动机供风。机车有两台风泵，风泵为水冷，与DF4B机车的风冷不同。,空压机受传感器（YK）控制，风压先进入第一风缸，再流向空气干燥器后，分为两路：一路供机车辅助系统风笛、撒沙、雨刷器用风，另一路流向第二总风缸，经总风过滤器净化后，供制动系统制动、缓解用风。,制动系统,CCB系统主要以下部件组成：EPCU电空控制单元BIPM集成处理器模块EBV电子制动阀,电子制动阀（大、小闸）EBVA设在主操纵台，EBVB设在副操纵台，分别单独操纵，控制BIPM（制动系统主机），控制EPCU中的8个模块。,电子制动阀（EBV）用于司机进行单独制动和自动制动操作。电子制动阀（EBV）自动制动阀有七个工作位置：分别为运转位、初制动位、常用制动区、全制动、抑制位、重联位、紧急制动位，与DF4B机车JZ-7型制动机相比，没有过充位，增加了抑制位，抑制位的主要作用是缓解惩罚制，重联位的作用与JZ-7型制动机的取柄位相同。电子制动阀（EBV）单独制动阀有四个位置：运转位、制动区、全制动位、单独缓解位。,电子制动阀,除紧急制动外，EBV是全电子化阀。当EBV断电时，紧急制动仍可工作，可使列车停车。,空气制动系统:EPCU接口模块,1、BP-模块，控制机车制动管充风及减压（相当于JZ-7型分配阀）。2、ER-模块，控制均衡系统增减压（相当于JZ-7型中继阀）。3、DBTV-模块，单阀控制操纵（相当于JZ-7型副阀作用部）4、16#管-模块，控制机车制动充风（相当于JZ-7型主阀作用部）。5、BCJB-24V电源及接线装置。6、13#管-压力传感器及进排风控制。7、BC-模块，控制制动缸压力（相当于JZ-7型作用阀）。8、无火回送装置转换阀。9、20#管-模块，机车重联时单独控制他车制动与缓解。10、过滤器。,克诺尔制动机按照国产车辆制动系统设计：最大减压量-1.4-1.7Kg/cm2，单阀制动-3.0Kg/cm2，制动比-1：2.5，紧急制动-4.5Kg/cm2。同时设有“惩罚制动”，如：主台换副台、微机系统重新启机、警铃提示司机无反应等实施惩罚制动。,总风缸,第一总风缸,第二总风缸,总风缸的作用是储存压缩空气，以备机车利用，每台机车有2个直径394mm，长3950mm的风缸。第个总风缸能储存860L的保压空气，每个风缸都是倾斜的，以便能排出冷凝水。每个风缸有1个自动排水阀，受计算机控制，间接排水，冬季防冻结。,自动排水阀,6、冷却水系统,和谐内5机车冷却系统的特点：1、只有一个水泵，流向阀控制冷却水流向。2、冷却水有两种模式，排放控制模式和热机控制模式3、单节分为三部分：主散热单节，子散热单节1，子散热单节2。4、低温冷却水参加高温冷却。5、空压机为水冷。6、设有一个手动排水阀，两个自动排水阀，保护柴油机。7、单节为顶置式，采用干冷式，柴油机在停机或低转数时单节内水流回水箱，有利于对冷却水保温。8、冷却风扇采用电机驱动，与DF4B机车静液压系统驱动不同。9、百页窗为电磁阀控制，压缩空气驱动，顶置式。10、冷却水系统采密封式。,冷却散热器,机械涨接式散热器，安装于机车尾部冷却间的顶部，特殊设计可最大程度地将冷却水中的热量传递到环境空气中。冷却单节设置在风扇的顶端，与DF4B机车设置在机车两侧不同，可以通过自然对流或强迫空气流经散热器对单节内冷却水进行热量交换。,有两个散热器：一个安装在冷却间左侧，另一个安装在冷却间右侧。每个散热器由第一流程（主散热器），第二流程（子冷却器1），和第三流程（子冷却器2）组成。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。启机后，靠水泵加压将冷却水送到单节内。,水箱,机车上安装了两个通过普通连接管路连接的膨胀水箱。总容量为1125升，整个冷却系统容量为1550升。柴油机停机后全部冷却水流回冷却水系统。膨胀水箱安装于冷却间与散热器总成临近的位置。水箱水表有两个水位标准：停机标准及怠转标准。加水装置包括冷却水系统中必要的观察，添加，取样以及水处理设备。加水装置安装于机车A侧油过滤器盖上方。,6、冷却水系统：排放控制模式,排放控制模式：当需要柴油机发出更大的功率时，燃烧系统需要较多的空气，较低温的冷却水供给中冷器，使流经中冷器的空气温度更低，单位体积内的空气量增加，这样进入燃烧室的空气量增加，提高柴油机的功率。,冷却水受流向阀控制，通过主散热器、子散热器第一、第二部分三次冷却后，进入中冷器把进气冷却到合适的状态。这种模式与DF4B机车冷却水工作状态相似。另一部分冷却水经过主散热器、子散热器第一部分二次冷却后进入机油热交换器、柴油机进行冷却。,6、冷却水系统：热机控制模式,热机控制模式：当机车功率低或怠转运行时，受流向控制阀控制，把来自子散热器第二部分较低的冷却水分配给热交换器，将热交换器内机油的热量带走，有助于散出柴油机中的热量。同时，对燃油通过加热器进行热交换处理。,7.燃油系统,燃油系统设计一个燃油泵，较比国产机车少一个。机车启机时，燃油经过燃油输送泵、燃油加热器、温度调节阀、燃油滤清器组件进入柴油机。部分燃油进行燃烧，另一部分经过燃油调节阀（620KPa）流回燃油箱；没有燃烧的燃油从高压泵进入回油管流回燃油箱；燃油输送泵工作中泄露的部分燃油经另一路回油管返回。,机车燃油流向图,燃油箱,燃油箱安装在机车车底架下面、两台转向架之间，由侧油箱和中油箱组成，中间加有油箱隔板和结构挡板，运行中起减少惯性冲击作用，侧、中油箱由透孔沟通。燃油箱容积为9350L，燃油箱的可用容量设计为9000L，所保留的容量为燃油因温度变化的膨胀余地。燃油箱通气管布置在燃油箱顶部运行面板下方。在加油时和运转时使油箱中的空气压力与外界平衡。机车B侧安装有一个200L的收集箱，专门收集从柴油机区溢出的液体。(在可能发生结冰的情况下不收集冷却水，冷却水被排到地面)，燃油箱通气管布置在燃油箱顶部运行面板下方。在加油时和运转时使油箱中的空气压力与外界平衡。,冷凝物排放塞安装在油箱两端靠近转向架处，用于从油箱底部排放凝结水。燃油箱安装在机车车底架下面、两台转向架之间。,8.机油系统,润滑系统设有启动机油泵和主机油泵。柴油机启动时，由电机驱动的启动油泵工作，润滑油通过油底壳出口上的滤网被抽出，强迫润滑油进入润滑油滤清器，再进入柴油机各部件做启动前润滑。柴油机启动后，主机油泵工作，润滑油从油底壳出口经冷却器进入滤清器，再进入整体式前端盖，通过机体内的各个油道分配到所有的运动部件进行润滑和冷却。然后，润滑油靠重力流回柴油机油底壳。,油气分离器收集来自曲轴箱内气体中的油雾。收集的润滑油被送回曲轴箱，而烟气则通过消声器排至大气。,机车润滑油流向图,机油油路,机油油路分为四种:一.柴油机运行时油路:润滑油泵热交换器滤清器柴油机作用：柴油机工作过程中机油对各运动进行润滑、冷却、清洗。二.预润滑油路:预润滑油泵逆止阀滤清器柴油机作用：柴油机在启机前，为了保护各运动部件，需先进行润滑。三.油气分离器油路:曲轴箱油气分离器作用：柴油机在工作过程中，曲轴箱内的压力升高，为了防止曲轴箱内压力过高，引起柴油机爆炸，需将曲轴箱内压力释放，将曲轴箱油气排向大气，同时将油回流到曲轴箱内。四.放油回路:滤清器回油阀油底壳放油阀作用：柴油机更换机油时，需将各部件内的机油回流到油底壳后放出。,润滑油冷却器(热交换器),润滑油冷却器的作用是带走润滑油中的热量，将机油的热量传递给冷却水。使机油温度降低，冷却水再经过散热单节将热量散发到大气内。机油的热量来自柴油机内部的燃烧和摩擦而产生。润滑油冷却器为板式热交换器设计。与DF4B机车管式不同。润滑油冷却器壳体中的金属隔板将润滑油和冷却水分隔开，润滑油从隔板一个方向流过，而冷却水从隔板的另一方向流过。金属隔板不仅隔开两种流体，而且它们还构成润滑油与冷却水之间的传热介质。润滑油冷却器位于机车B侧的冷却室内，紧靠润滑油滤清器尾部。,润滑油滤清器,润滑油滤清器位于机车两侧的冷却室内，紧靠柴油机尾部。滤清器的作用是滤除掉机油中的颗粒状杂质，保证供给柴油机优质机油。它是机油系统中重要部件。取消了DF4B机车的离心精滤器和增压器滤清器，所有机油全由一个滤清器进行滤清，滤清精度可以满足机车上所有润滑部件的要求。,润滑油滤清器中装有14个滤芯，