HXN3型机车柴油机启机故障探究
摘要:本文详细介绍了HXN3型机车空气启动系统的基本构成原理及其内部风路控制系统原理以及柴油机自动启机系统原理,并针对交验过程中暴露出的启机故障问题进行主要原因分析,制定措施,彻底消除质量隐患。
关键词: HXN3型机车；辅助空压机；启动马达； 1 HXN3型机车介绍
HXN3型机车主要是大功率采用交直交流电传动、25轴重的新型干线重载货运机车,装用EMD公司的16V265H型柴油机、TA20/CA9型主发电机和A2938-5型牵引电动机。柴油机制动装车功率6250英制马力、采用EM2000微机网络控制系统、采用FIRE显示屏、采用EMDEC电喷系统和CCBII电空制动系统,具有全功率带自负荷试验功能的电阻制动等先进技术。
HXN3型机车传动采取交直交传动,即一台柴油机通过带动发电机组发出三相交流电,由整流柜整流转换成为直流电,再经逆变器调压变为可调频调压(VVVF)的三相交流电流、带动牵引电动机驱动轮对进行转动。
16V265H型柴油机为16缸45°排列的四冲程大功率柴油机,机上配有采用高压比的增压器和电控喷油系统。在全负荷工作状况下,空气压力可达到约3个大气压。
2 原理介绍 2.1空气启动系统
HXN3型机车空气启动系统由辅助空压机、第3风缸(即启动风缸)、启动马达(左、右各1个)、启动马达小齿轮(共有11个齿)、齿圈(共有265个齿)、中继阀、过滤器、电磁阀(4个)、塞门以及相应风管路构成。
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辅助空压机(阿特拉斯科普柯生产的无油活塞压缩机)由机车蓄电池经小型逆变器直流变交流后供电泵风,为第3风缸充风,构成 HXN3型机车空气启动系统的风源。停机时间不久的机车,该风缸由机车第1风缸经逆止阀供风且保压,当风压高于500kPa(临界工作压力为434kPa)基本不需要辅助压缩机泵风即可满足启机需要。
英格索兰生产的999型空气启动马达是专门为长曲轴大负荷应用设计的风动力旋转马达。在一般操作条件下,启动马达不需要维护。然而,如果启动器重复啮合失败,则需要更换小齿轮。
中继阀特点是动作反应迅速,确保空气启动器的啮合与分离,并防止小齿轮和齿圈的损坏。过滤器在压缩空气进入空气启动器之前提供最后的过滤。小齿轮与齿圈,外端面和齿上必须覆盖美孚375NC型润滑油,以确保小齿轮与齿圈间啮合的可靠性。
2.2风路控制原理
根据美国EDM公司提供的《JT56ACe 型机车运用手册》,HXN3型机车采用空气风路启动系统的整个风路启动控制开放原理,当空气启动操作程序系统初始化工作完成,微机(EM2000)电机输出启动指令后即使左、右侧的空气通过启动系统电磁阀( MVASER和MVASEL)得到断电将整个风路控制开放,来自第3风缸的大量压缩空气通过风路过滤器( DL)流向启动设备,推动启动器的小齿轮与柴油机齿圈啮合。一旦齿轮、齿圈啮合,启动器内部将因齿轮推杆的移动形成一个敞开的风道,流进启动器的风将顺着该风道从出风口流向压力开关,当风压高于434kPa时,压力开关闭合,给微机提供启动器准备工作已就绪的反馈信号。微机第2次同时输出启动指令就是使左、右风缸空气通过启动耦合作用通过电磁阀(MVASAR和一个MVASAL)之后得电将另一条启动风路关闭开放,将大量来自第3风缸的直流压缩总风空气启动作用在这个中继阀上,从而将这个中继电磁阀关闭开放,使大量小流量的压缩总风经过空气过滤器(STRAINER)之后流进一个启动马达,通过这个启动马达的一个旋转齿轮盘动一个曲轴即可启动一台柴油机。当流向压力开关的风压低于407kPa 时,压力开关断开,微机得不到反馈信号,柴油机不能正常启动。
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2.3柴油机自动启机原理
①按下放在操纵台前端可让司机坐在操纵台上方的启机启动按钮,微机开始工作。如果想完全中止该启动程序,则只需按下紧急停止断开引燃油门的按钮。
②确保燃油泵正常运转,建立泵引起一台燃油泵的压力,此运转过程或者可以持续1min,或者持续直到燃油压力足以支持使一台柴油机完全启机时运转为止。如果是燃油初始泵和循环泵在进行中按下了柴油机快速停机启动按钮,可停止该工作。
③电机动力室内的一台柴油机出现启机启动报警,对电机工作人员停机进行声响警示,报警机在声响30s后立即允许该台柴油机继续启动。如果30s之内燃油初始压力还未完全建立启动起来,则显示信息：怠速启动缸式柴油机初始压力循环加油失败,检查燃油系统。
④当燃油压力在工作限定值内,提示信息：启动柴油机燃油初始循环完成。 ⑤在微机控制下,按照空气启动系统风路控制原理,由启动马达带动柴油机转动。如果一个小齿轮没有完全与小啮齿结合,或者整个柴油机车的启动程序失败,那么柴油机车启动微机在继续等待0.5s之后它就会重新启动试着开始进行该启动程序。如果在测试了3次之后,启动马达依然没有完全停止啮动闭合,或者此时启动马达风扇气缸内进入空气中的压力依然不足,那么启动微机就会中断此启动程序,并没有记载该系统故障相关信息。
⑥当高速启动柴油机马达启动转速速度达到额定超过350r/min,启动马达齿轮自动停止脱开,完成高速柴油启动马达程序。在整个启机过程中,任意环节没有满足要求而导致的柴油机启动失败,微机均会记载相应的故障信息。
3故障分析
导致柴油机不能正常启机的可能因素有(故障率由高到低排列):
①第3风缸无压缩空气或压力低。该故障经常发生在对HXN型机车不太熟悉的操作者身上；
②柴油机启机控制电路故障。该故障多发生在调试过程中,问题往往因布线人员工作疏忽所致,故障率较高；
③启动马达风路存在漏泄。该故障多发生在交验与后期运用过程中,故障率较高；
④启动马达风路各部件故障。该故障多为压力开关、电磁阀、中继阀等外购件自身质量问题,理论上讲故障率略高,但目前装车的产品均为进口件,暂时并没有暴露出太多质量问题；
⑤启动马达故障。该故障多为启动马达自身质量问题,由于该产品目前还没有国产化,所以故障率较低,在前期调试、交验中更换的几个启动马达,最终分析也全因维修人员故障判断错误,误更换；
⑥启动马达小齿轮与齿圈啮合不良。该故障多发生在后期运用过程中,由于启动马达小齿轮在设计上有自动啮合调整功能,问题一旦发生,或者是段方在维修或维护保养中没有对齿轮、齿圈涂抹润滑油,或者是因组装原因导致的齿轮对中不良,在新造机车交验过程中发生该故障的可能性较小;
⑦柴油机等其他原因导致的故障。 4采取的解决措施
控制柴油机的进气质量：①为了增加内部空滤器的进气更换检修频次,保证内部进气滤芯质量按照EMD公司要求给定的和谐型柴油机车进气检修处理工艺,年底检修时为了更换柴油机车内部空滤器进气滤芯而减少通辽铁路机务段为为了减少机车粉尘直接侵入机车柴油机内部进气道口而造成涡轮动力柴油组合器故障的发生可能性；②在季修以上新型机车进行修程时逐台对新型机车内部中冷器室和中热进气道以及凹槽粉尘进行彻底清除检查对机车中冷器室进气道以及凹槽内的所有新型机车内部粉尘直接进入积聚的新型柴油机车彻底清除进行粉尘清扫彻底清除中冷进气道和中冷弯道粉尘可以有效防止新型机车内部沙尘直接积聚进入新型机车内部燃烧室；③该型机车每次月度检修修程以上,次次定期检查机车空
滤器清洁工作状态和空气增压器两侧进气口的密封和护圈清洁状态,如发现不良的及时重新调整进行更换。
参考文献：
[1]文庆.HXN_(3B)型机车柴油机无法启机的故障原因及处理[J].铁道机车车辆,2020,40(06):112-114.
[2]赵俊,周国强.HX_N3型机车柴油机动力组故障原因分析及解决措施[J].铁道机车与动车,2015(05):41+44.
[3]陈强.HXN_3型机车柴油机启机故障分析[J].铁道机车车辆工人,2012(04):40-42.
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