HXN3B型高原调车机车柴油机自起停功能设计

HXN3B型高原调车机车柴油机自起停功能设计

周洺宇 ,孙阳 ,黄露

中车大连机车车辆有限公司     辽宁大连     116022

摘  要  本文详细介绍了HXN3B型调车机车高原适应性改造项目中，微机控制系统柴油机自起停的设计方法，对其微机程序与显示屏交互进行了详细介绍。自起停功能可以免去机车在低温环境下需人工打温等低效的繁琐的工作流程，在节约成本的同时，丰富该车型功能提高市场竞争力。

关键词 HXN3B型调车机车 柴油机 高原 自起停功能

1  前言

今年是青藏和平解放70周年，国家对青藏的基础设施投资连年不断增长，其中对高原铁路发展尤为重视。现配属于青藏路局的7台调车机车且均为上一代直流机车，其设计功率、技术先进性均有所不足，急需大功率的高原型调车机车，提高编组站的调运能力。

中车大连公司现有HXN3B型调车机车技术成熟，为适应高原特殊的运用环境与运行工况环境，需要对原有HXN3B型调车机车进行高原适应性改造。本次HXN3B型高原调车机车项目采用了基于分布式微机网络控制系统的设计方案，并针对机车物理拓扑结构的调整与修改进行程序上优化。添加了可以自适应环境温度变化的柴油机保温自起停功能。

2  自起停功能原理

原有HXN3B型调车机车不具备柴油机自起停系统功能，需要路局使用维护人工进行定期打温操作，或采用加热保温设备，保持柴油机与机车的正常使用，尤其是需要柴油机手动起、停等操作，造成能源的浪费，耗费了大量人力物力。HXN3B型高原调车机车为解决此类问题，参考中车大连公司以往高原HXN3、FXN3J等高原机车的成熟经验，增加可实现智能温度保持功能的柴油机自起停功能。

自起停是指在满足特定条件时柴油机可自动起动与停止。具体是指此功能激活且柴油机未运转的工况下，机车可以根据周围环境的变化，让柴油机自动起动，通过柴油机自身的运转产生的热量，加热车上设备；当停机条件满足时，柴油机可由微机控制自动停机，防止能源的浪费。自起停需在显示屏单元进行手动激活，微机在接收到激活此功能后，会在运行状态下自主控制完成上述功能。

3  自起停功能程序设计

3.1  自起停功能初始化

在激活自起停功能之前，微机会初始化程序功能块内的变量，需要验证柴油机是否已经正确起动一次，检测条件为柴油机转速达到过280Rpm以上。若柴油机未达到要求，则自起停功能无效，无法激活功能，继续等待条件满足。若柴油机已经完成过正确起动，转速达到预置条件，微机则认为柴油机可以正常起动，可以进入自起停手动激活界面。

图 1自起停初始化流程图

当司机显示单元判断微机信息“自起停状态”为无效时，界面显示。

图 2自起停无效界面

当司机显示单元判断微机信息“自起停状态”为未激活状态时，界面显示如图3所示。

图 3自起停未激活界面

3.2  自起停功能激活

自起停功能的激活条件需要全部满足，以保障HXN3B型高原调车机车的运行安全。当任意条件不满足时，自起停功能会自动禁止；当条件全部满足，可以手动激活功能。

柴油机自起停功能是通过微机内的程序自适应控制的，需要机车控制断路器需要处在闭合状态，保障微机一直处在正常工作状态下。同时在柴油机起动后，加热车上设备，机车方向手柄需处于零位，不能使机车发生位移，车速必须时刻为零，防止造成危险。机车制动风缸压力也需充足，保障可以进行有效的制动。柴油机在运行后，电气间内不能有工作人员，电气间门应当关闭，避免在辅助发电机充电时，发生人员触电事故。

因此自起停功能手动激活与运行中均需满足以下条件：

1.机车本车控制断路器闭合

2.方向手柄在零位

3.机车处于静止状态

4.机车电气间门锁关闭

5.制动风缸压力充足

当司机显示单元判断微机信息“自起停状态位”为运行状态，“自起停标志位”为禁止状态时，通过对输入量依次映射对应的柴油机起动条件1-5，从而来判断是否满足自动停机功能的五个条件。当满足则为绿色，不满足则为红色。

图 4自起停禁止界面

3.3  柴油机自动起动

当自起停功能激活后，柴油机处于待机状态，机车微机可以根据网络上的数据，判断机车运行工况，来决定是否起动柴油机。其具体包含以下5个条件，检测机车制动总风缸压力小于最低有效制动压力、柴油机温度或柴油机中冷水温度低于正常运行温度、机车外部运行环境温度过低、蓄电池电压不足。若满足任意条件，同时柴油机未运转，机车则需要进行打温，微机发出柴油机起动指令，在运行时发出倒计时2分钟信息。倒计时结束后，微机自动发出起机指令。随后微机会检测是否起机成功，若柴油机无法正常起动，则报出“自动起停功能-起机失败”故障。

图 5自起停起动流程图

当司机显示单元判断微机信息“自起停状态位”为运行状态，“自起停标志位”为起动状态时。通过对输入量依次映射对应的柴油机起动条件1-5，从而判断来判断是否满足自动停机功能的五个条件：“总风缸压力小于724kPa”、“柴油机温度低于26°C”、“中冷水温度低于15°C”、“环境温度低于-12°C”、“蓄电池电压低于54V”，满足则为绿色，不满足则为红色，显示屏倒计时为输入量“自起停时间”。

图 6自起停起动界面

3.4  柴油机自动停止

当自起停功能激活后，柴油机处于运转状态，机车微机可以根据机车实时数据，判断机车运行工况，来决定是否关闭柴油机。其具体包含以下4个条件，检测机车制动总风缸压力可以有效制动压力、柴油机温度处于正常运行温度、机车外部运行环境温度未过低、蓄电池电压足够。若满足所有条件，柴油机已正常运转，机车打温操作需要结束，微机发出柴油机停机指令，在运行时发出倒计时2分钟信息，当倒计时至30秒时可以点击延时（延时会重新倒计时），倒计时结束后自动发出停机指令。随后微机会检测是否停机成功，若继续柴油机运转，则报出“自动起停功能-停机失败”故障。

图 7自起停停止流程图

当司机显示单元判断微机信息“自起停状态位”为运行状态，“自起停标志位”为自动停机状态时。通过对输入量依次映射对应的柴油机起动条件1-4，从而判断来判断是否满足自动停机功能的四个条件：总风缸压力高于758kPa”、“柴油机温度高于49°C”、“蓄电池电压高于70V持续10分钟”、“环境温度高于-10°C”,满足则为绿色，不满足为红色，显示屏倒计时为输入量“自起停时间”。

图 8自起停停机界面

4  结语

本文详细介绍了HXN3B型调车机车高原适应性改造项目中，微机控制系统柴油机自起停的设计方法，对其微机程序与显示屏交互进行了详细介绍。该功能将使得HXN3B型高原调车机车满足青藏铁路公司高原场景的使用需求，可以免去机车在低温环境下需人工打温等低效的繁琐的工作流程，节约了大量生产成本.此设计丰富了HXN3B型调车机车功能配置，提升公司产品的市场竞争力。

参考文献

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[2]  任从美,王振宏,魏宏.JZ-7型制动机空气制动与动力制动联合控制方案的设计[J].铁道机车与动车，2015,(1).

[3]  陆璐,陈吉超,宋扬等.基于Linux Qt的D45型南非内燃机车显示屏设计[J].铁道机车与动车，2017,(1).