HXN5B型内燃机车的6A系统安装方案及应用研究

张耀伦, 冷洁枫, 周建东, 李　劼

(南车戚墅堰机车有限公司　产品设计部， 江苏常州 213011)



HXN5B型内燃机车的6A系统安装方案及应用研究

张耀伦, 冷洁枫, 周建东, 李劼

(南车戚墅堰机车有限公司产品设计部， 江苏常州 213011)

HXN5B型大功率交流传动调车内燃机车是为解决我国目前各编组站与铁路干线牵引定数不相匹配而研制的新一代调车机车。基于HXN5B型机车结构和运用特点，设计了HXN5B型内燃机车的机车车载安全防护系统(6A系统)安装方案，介绍了空气制动、防火监控、走行部监测和视频监控的安装方案；分析了6A系统在HXN5B型机车安全运用中发挥的作用，通过实时监测、故障预警和综合分析3个方面介绍了6A系统的安全防护作用。

6A系统， HXN5B型机车， 安全防护

HXN5B型调车机车是南车戚墅堰机车有限公司研制的首台交流传动内燃调车机车，做好机车车载安全防护系统(6A系统)(以下简称“6A系统”)的应用设计，是该车研制必不可少的一个重要环节。6A系统是针对机车的制动系统、防火、走行部、视频等危及安全的重要事项、重点部件和部位，采用实时检测、监视、报警并可实现网络传输、统一固态存储和智能人机界面，整体研究设计而形成平台化的安全防护装置。

HXN5B机车6A系统主要由中央处理平台、空气制动安全监测子系统、防火监控子系统、走行部故障监测子系统一、自动视频监控及记录子系统组成，并可实现与机车微机系统、列车运行监控装置(LKJ监控)进行通讯，获取、记录。机车运行状态信息以及机车运行安全信息，其系统拓扑图如图1所示。

图1　HXN5B机车6A系统拓扑图

1　HXN5B型机车及其运用特点分析

1.1HXN5B型机车简介

HXN5B型机车采用经典的前鼻室+单司机室外走廊结构的模块化设计，整体式燃油箱车架承载结构。

车架上部布置有7个室，分别为辅助室、司机室、辅变流柜和电器柜室、主变流柜室、主发室、柴油机室、冷却室。车架下部安装有车钩缓冲器、蓄电池、总风缸以及相应的管路及电缆。车架底部安装有前后转向架，转向架通过牵引销进行牵引。

1.2HXN5B型机车运用特点

目前HXN5B型机车主要用于调车作业和货车编组作业。编组站编组线多、道岔多、机车需要频繁的进行启停、挂车、换向的操作，连续作业时间长。车辆编组和调车对调车机车的要求是，有较大的启动加速度，便于通过道岔及半径较小的曲线，司机室的设置须便于反复换向，能够为司机提供良好的视野。大型编组站人员动向随机性大、容易造成瞭望的死角。

2　HXN5B机车6A系统装车方案设计

结合HXN5B型机车的结构和运用特点，对6A系统的人机交互装置、各监测子系统传感器安装位置、线缆布置和主机箱安装位置进行统一设计，避免了6A系统设备与机车设备的相互干涉，提高了6A系统运行稳定性和可靠性。

2.1主机平台方案

HXN5B机车的主机平台主要包括6A系统主机以及音视频显示终端，其主要功能是对各子系统进行数据集中、数据管理、综合诊断、人机交互等。6A系统主机安装在司机室后端生活柜内，在司机室内即可实现对6A系统主机日常巡检、维护以及数据下载，两个音视频显示终端分别安装在司机室前后墙上，方便乘务员查看、操作，如图2所示。

图2　HXN5B机车6A主机安装示意图

2.2空气制动安全监测子系统安装方案

空气制动安全监测子系统主要功能是：结合车载微机系统提供或触点传递的"弹停制动阀被隔离"信息，监测机车运行过程中停放制动非正常施加状态；充排风结束后，检测列车贯通辆数，发现折角塞门关闭后，将报警信息发送给中央处理平台。

HXN5B机车制动系统管路主要分布在机车司机室地板下方以及辅助室内，列车管压力变送器、停放缸压力变送器、均衡缸压力变送器以及流量变送器均安装在机车辅助室地板上相关空气管路上，日常维护、检修以及更换传感器时，无需拆装其他设备或地板。

2.3防火监控子系统方案

防火监控子系统的基本功能是火情监测，通过感应烟雾、温度、光线等火灾物理量，检测是否发生火情，及时发出报警。HXN5B机车防火监控子系统防护的区域包括辅助室、电气室、主变流柜以及动力间，其中动力间是HXN5B机车防火监控的重点区域，各防护区域探测器布置方案如图3所示。

图3　HXN5B机车防火监控子系统防护区域示意图

(1)辅助室、电气室、主变流柜防火监控方案

辅助室、电气室、主变流柜为半封闭空间，安装机车各种电气设备及其连接电缆，电气设备及电缆初期火灾特点通常是散发浓烈烟雾，因此在辅助室、电气室、主变柜均选择安装感烟探测器。

(2)动力间防火方案

HXN5B机车动力间内部即存在高压燃油管、回油管等易燃物，又存在增压器、柴油机排气总管等火源，主发电机冷却风源源不断排到动力间(助燃作用)，动力间一旦发生火灾，火灾发展迅猛，且危害严重，因此动力间是HXN5B内燃机车重点防火区域。动力间探测器选择应优先考虑即快速探测火灾特征的类型，减少动力间火灾造成的损失，又适用在动力间恶劣环境下长期稳定工作。新型的紫外、红外复合火焰探测器即可快速对火灾明火响应(3 s内响应)，又具备较强抗干扰性能，适合选择作为HXN5B机车动力间火灾探测器，同时，保证火焰探测器在高温环境稳定工作，HXN5B机车火焰探测器安装位置选择在柴油机输出端上方两侧，如图4所示，避开增压器周围的高温区域。

为提高火焰探测器在动力间高温、油气较浓烈等恶劣环境下可靠性，提高火焰探测器的抗干扰能力，在柴油机输出端上方两侧设计了一个耐高温隔热安装箱，安装箱内安装了火焰探测器以及视频摄像头，并利用主发电机冷却风进行冷却，安装箱结构如图5所示。

图4　HXN5B机车动力间火焰探测器安装图

2.4走行部故障监测子系统方案

走行部故障监测子系统主要功能是检测轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴轴承、齿轮箱轴承、主/从齿轮、轮对踏面的温度、振动异常，判断机车走行部运行是否异常。复合传感器的安装位置的设计原则是：安装在轴承的承载区，尽量避免机械故障信号在传递途径中损耗。复合传感器采用螺纹方式安装，采用自带的M12的螺栓安装。

图5　HXN5B机车动力间火焰探测器安装箱结构示意图

(1)传感器安装方案

在进行轴箱体设计时，在传感器安装位置预留凸台，并按照要求加工安装孔，如图6所示，这样不仅能够提高监测诊断效果，而且能保证轴箱体的结构稳定可靠。抱轴箱轴承安装在抱轴箱两端，抱轴承传感器的安装采用加工螺纹孔的方式。电机的齿端安装位置在轴承座上，非齿端传感器安装位置在轴承的端盖上，保证了冲击信号能够传递到传感器。

(2) 转向架布线方案

HXN5B机车走行部布线和前置数据处理器布置方案如图7所示，传感器走线基本上沿着转向架上部边沿和电机上部边沿，可以减轻车下对传感器的污染，便于检修和维护，数据前置处理器布置在转向架横梁的侧面，正对齿轮箱，避开了车轮。

图7HXN5B机车走行部故障监测子系统转向架布置图

2.5自动视频监控及记录子系统方案

其中摄像头包括司机室摄像头2个、前后路况摄像头各1个、辅助室摄像头1个、电气室摄像头1个、主变流柜摄像头2个、动力间摄像头2个以及前后车钩摄像头各1个，共计12个摄像头，各探测器布置位置如图8所示。

图8　HXN5B机车自动视频监控及记录子系统摄像头布置图

路况摄像头和车钩摄像头实际安装位置如图9所示。路况摄像头安装在机车车头顶部，这样的位置能够获得更广阔的视角，减小了监控死角；车钩摄像头安装车钩旁边，镜头正对车钩，司机视频图像就能够掌握车钩连挂情况。

图9　HXN5B机车路况和车钩摄像头安装效果图

3　6A系统对于HXN5B型机车安全运用的作用

3.1实时监测

HXN5B型机车6A系统对机车空气制动、走行部和主要部件的状态进行监控，监控数据通过安装在司机室的音视频显示终端实时反馈给司机，以便司机及时了解各部件状态。

空气制动监测子系统对机车停放制动状态和列车管贯通状态进行实时监测，一旦出现停放制动未缓解的情况，音视频显示终端便会发出语音提示，提醒司机缓解停放制动，避免车轮擦伤。6A系统防火监控子系统能够对火灾进行报警，并且音视频显示终端自动将视频切换到相关的区域，提醒司机及时处理。走行部故障监测子系统实现了对HXN5B型机车电机轴承、抱轴箱轴承、轴箱轴承的温度和冲击状态的实时监测，提醒司机及时查看处理，避免故障恶化。

6A系统视频监控对于机车各个重点区域进行监控，尤其是前后车钩和路况，其中，司机室摄像头记录司机室各设备状态；前后路况摄像头记录机车运行时的路况信息；前后车钩摄像头记录机车与车辆编组和解编时车钩状态；辅助室、电气室、主变流柜以及动力间摄像头主要功能是监控各监视区域的电气设备。

3.2故障预警

6A系统对机车进行实时监测，并将数据记录保存，在监测数据地面分析系统中能够通过监测数据的变化对故障进行早期诊断和预警。例如，走行部监测子系统能对机车走行部的关键旋转部件，如轴承、传动齿轮和轮对踏面的早期故障进行预警，从而既为杜绝机车走行部恶性事故提供了可靠的技术保证，又前移了行车安全防线；同时，还能通过它所提供的大量监测信息，为地面维修提供科学依据，为设备定期修向状态修的过渡创造了条件。能够对存在损伤部件的振动、冲击信息跟踪采集、自动分析诊断，从而实现提前预警，防止事态扩大。故障分析界面如图10所示。

3.3综合分析

6A系统不仅记录了自身采集的数据，而且与机车LKJ和车载微机通信获取了部分机车信息，例如时间、里程、速度、车次、牵引工况等数据，为故障或事故的综合分析提供了数据基础。

图10　走行部监测子系统数据分析界面

自动视频监控及记录子系统各摄像头的视频图像均叠加监控区域、车次、机车号、时间、公里标、机车速度和火灾报警等信息，方便后续事故分析。机车视频数据可通过6A主机对应的USB接口或以太网接口下载，还可通过直接拔出存储介质的方式，获取整个存储音视频数据，方便日常维护。存储的视频文件截图如图11所示。

图11　HXN5B机车车钩和电气室视频图像

4　结　论

HXN5B型机车在设计之初，对6A系统主机箱、线缆、各类传感器的安装位置、布局、安装方式做了深入研究和统一设计，使得6A系统与机车其他部件形成了有机的融合，提高了6A系统设备的运用可靠性，为充分发挥6A系统的作用提供了保障。

(1)安装方案整体设计

HXN5B型机车6A系统在进行安装方案设计时，充分考虑设备的可靠性、可用性、可修护性和安全性。

(2) 监测子系统方案针对性设计

根据HXN5B型机车结构和运用特点，采取针对性设计：增加车钩摄像头、提高两端路况摄像头安装位置，动力间摄像头增加保护箱；根据机车不同舱室火灾特征选取防火探测器。

(3)监测报警功能完善

6A系统具有实时监测、故障预警、事故、故障综合分析的能力，危及行车安全的故障和事件，音视频显示终端会立刻提示司机及时处理，6A系统还记录了LKJ和车载微机部分数据，为事故、故障综合分析提供了丰富的具有统一时间基准的数据。

[1] 延九磊、王强,等. 机车车载安全防护系统(6A系统)中央处理平台技术条件[S].2014,(3):1-5.

[2]苗勇，臧玉军,等. 机车车载安全防护系统(6A系统)机车空气制动安全监测子系统技术条件[S].2014,(2):1-5.

[3]刘峰，申宇燕,等. 机车车载安全防护系统(6A系统)机车防火监控子系统技术条件[S].2014,(2):1-5.

[4]延九磊，黄成荣,等. 机车车载安全防护系统(6A系统)机车走行部故障监测子系统一技术条件[S].2014,(3):1-5.

[5]张瑞芳，李群锋,等. 机车车载安全防护系统(6A系统)机车自动视频监控及记录子系统技术条件[S].2014,(2):1-5.

[6]黄贵，张建勤,谢经广.HXN5B型大功率交流传动调车内燃机车[J].铁道机车与动车，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，工程师(

2015-08-26)

U262

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.21