荊丹丹

（中車北京二七機車有限公司，北京100072）

一種內(nèi)燃軌道車電氣系統(tǒng)設計

荊丹丹

（中車北京二七機車有限公司，北京100072）

設計內(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、微機控制電路、柴油機控制電路、變扭器控制電路、干燥器及風笛控制電路、冷卻風扇控制電路、速度顯示及火災報警電路以及照明電路和刮雨器電路等組成。該電氣系統(tǒng)滿足了整車的運行要求，工作可靠、高效、經(jīng)濟。

DC24V；內(nèi)燃軌道車；電氣系統(tǒng)原理；設計

軌道車是一種比較實用的車型，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、正線運營的事故列車的救援牽引，設備、物資的運輸車輛及其它無動力工程車輛的牽引作業(yè)，還可以裝載其他檢測設備及維修設備，作為工程車使用。

我國內(nèi)燃軌道機車電氣系統(tǒng)大多采用直流110 V作為供電制式，起動后將起動電機轉(zhuǎn)換成發(fā)電機進行直流發(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供電方式應用于內(nèi)燃軌道機車設計領(lǐng)域，采用柴油發(fā)動機自帶直流24 V發(fā)電機作為電源，給全車設備及控制系統(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)動機、傳動箱，來實現(xiàn)機車的牽引功能。電氣系統(tǒng)由交流380 V供電，直流供電電路，微機控制電路，干燥器及風笛控制電路，冷卻風扇控制電路，柴油機控制電路，傳動箱控制電路，速度顯示及火災報警電路，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)電機組、AC380 V輸入電源插座、斷路器、接觸器、輔助交流負載及插座等組成。

檢測車配置1臺AC380 V/50 Hz/40 kW輔助發(fā)電機組，發(fā)電機組給4個空調(diào)機組、380 V電動工具插座、司機室電源插座、檢測裝置等負載提供電源。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，閉合自動開關(guān)，使用地面交流AC380 V/50 Hz電源給檢測車供電，進行檢測車的交流電路調(diào)試。

注：輔助發(fā)電機組與外供電源插座具有電氣互鎖保護功能（發(fā)電機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)電機組。通常情況下始終閉合輔助柴油發(fā)電機組斷路器，通過Ⅰ端操縱臺上的發(fā)電機組控制器進行發(fā)電機組起/停操作，Ⅰ端控制屏能正常進行相關(guān)參數(shù)的顯示。發(fā)電機組發(fā)動后，發(fā)出AC380 V/50 Hz交流電，閉合斷路器給輔助交流負載供電。

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

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

（4）司機室電源插座。兩端司機室操縱臺上各設有一個交流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型免維護鉛酸蓄電池組和柴油機上自帶的140 A的直流發(fā)電機組成，作為直流供電系統(tǒng)的電源，包括柴油機起動電源、控制電路、儀表、司機室風扇、雨刮器及照明電路等。

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

注：為防止蓄電池組虧電，在起機前，應盡量少用蓄電池組供電。

（2）柴油機供電及起動。司機控制器的換向手柄置“0”位，傳動箱換擋開關(guān)置“0”位后，方可起動柴油機，閉合主臺或副臺控權(quán)開關(guān)，使柴油機起動保護繼電器得電。將起動鑰匙開關(guān)從“0”位置“運行”位。柴油機診斷燈亮，等柴油機診斷燈滅，自檢正常后，將鑰匙開關(guān)置“起動”位，不要放手，起動繼電器K15得電，起動馬達動作，柴油機轉(zhuǎn)速達550 r/min后，起動鎖止繼電器K24切斷啟動信號，柴油機起動，放開手，起動開關(guān)自動回到“運行”位，啟動完成。如起動失敗，將起動鑰匙回到“0”位最少保持2 s，再將起動鑰匙置運行位。這時鎖止繼電器強制延時6S后，再將起動鑰匙開關(guān)置“起動”

（3）供電的狀態(tài)顯示和保護

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

2）采用斷路器來替代保險絲，以免行車過程中找保險絲，更換保險絲。

3）通過斷路器對各個24 V電路進行過流、過載保護。

（4）微機供電電路。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，通過微機開關(guān)及斷電延時繼電器給微機主機、顯示器供電。微機控制系統(tǒng)主要包括觸摸顯示屏、微機控制裝置（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。微機控制裝置根據(jù)司機命令及柴油機和傳動箱控制器完成對柴油機和傳動箱的控制，完成走行牽引控制、冷卻風扇控制及安全聯(lián)鎖控制及故障保護等，微機顯示屏顯示機車運行狀態(tài)。

4 控制電路

（1）操縱臺控權(quán)控制。兩端司機室內(nèi)均設有操縱臺，I端為主操縱臺，II端為副操縱臺。司機在主操縱臺操作時，閉合主臺控權(quán)開關(guān)，主臺有權(quán)，副臺無權(quán)，副臺司控器及啟動開關(guān)、停車制動等走行相關(guān)開關(guān)無效，反之也一樣。兩個操縱臺通過控權(quán)開關(guān)實現(xiàn)有效操作，開關(guān)閉合的一端為有效操縱臺，如兩端同時有控權(quán)，微機報警、卸載。司機控制器、傳動箱選擇、換擋開關(guān)、冷卻風扇開關(guān)受控權(quán)控制，其中司機控制器換向手柄機械鎖定控制手柄。

（2）冷卻系統(tǒng)保護信號。微機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)訊器信號來顯示“吸油過濾器堵塞”、“回油過濾器堵塞”；當液位低時，液位報警器輸入高電平，微機報警；溫度傳感器信號可以將溫度信號傳遞到微機，通過顯示屏顯示液壓油溫。膨脹水箱液位過低時，水箱上的液位開關(guān)輸入低電平，微機報警。

（3）彈停制動電路。彈停開關(guān)SA5（SA6）信號進微機，微機控制彈停脈沖電磁閥，實現(xiàn)彈停。彈停壓力開關(guān)信號反饋給微機，微機控制顯示燈，顯示彈停制動和緩解。施加彈停（停放）制動時，不允許機車加載，司機強制掛擋時有“停放制動施加”報警提示，蜂鳴器報警。無火回送或彈停制動故障時被切除，彈停切除塞門閉合，在微機顯示屏上顯示切除信號。

（4）緊急制動。機車運行工況，按下緊急按鈕，緊急制動電磁閥得電，列車管排風，柴油機卸載，8號管補風電磁閥得電，總風不給列車管補風，機車制動。

緊急制動后，機車速度大于0 km/h，緩解無效。

（5）信息顯示燈。主、副操縱臺上各設有一組故障信息顯示燈，包括充電指示燈、柴油機診斷、控權(quán)顯示、停放制動及緩解、傳動箱故障報警。

（6）故障報警蜂鳴器。微機報警輸出信號，使安裝副操縱臺上的蜂鳴器鳴響，發(fā)出警告。

（7）超速保護。當機車車速超過75 km/h時，報警。若此時司機仍不采取措施，機車升速超過80 km/h時，微機控制機車卸載。

（8）卸載保護控制。

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

2）柴油機水溫度達到108℃以上、柴油機進氣溫度達到85℃以上，柴油機燃油溫度高時，微機控制柴油機卸載并降至怠速。

3）靜液壓油溫度達到90℃以上時，微機控制柴油機卸載并降至怠速。

4）傳動油溫度達到120℃以上時，微機控制柴油機卸載并降至怠速。

（9）冷卻風扇控制電路。

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

2）冷卻風扇自動控制。冷卻風扇轉(zhuǎn)換開關(guān)置“ZD”位時，微機根據(jù)表1的四種介質(zhì)溫度控制中間繼電器動作，從而控制冷卻風扇的高、低速運行。

表1 冷卻系統(tǒng)風扇介質(zhì)溫度控制表

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

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

（10）干燥器排污及強制打風控制

當風壓高于（900±20）kPa時，空壓機停止供風，壓力開關(guān)閉合，干燥器排污閥工作。當需要強制泵風時，通過強制打風按鈕手控供風。

（11）柴油機控制。

1）閉合相應操縱臺控權(quán)開關(guān)，將柴油機起動鑰匙開關(guān)置“運行”位，柴油機控制器上電。柴油機控制器EMR接收微機控制裝置或司機的控制指令，來控制柴油機起動/停機、調(diào)速等功能，及實現(xiàn)溫度、油壓、超速等保護。微機通過CAN通訊線將柴油機的相關(guān)參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、水溫及柴油機負載量等信息）在微機觸摸屏進行顯示。

2）柴油機故障時，紅色診斷燈亮，微機顯示屏上會顯示故障信息。

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

4）柴油機在運行中調(diào)速。傳動箱選擇開關(guān)置“自動”位，檔位開關(guān)置“4”檔。或傳動箱選擇開關(guān)置“手動”位，檔位開關(guān)置相應檔位。司控器換向手柄置“前”位或“后”位，操縱司機控制器控制手柄，微機通過通訊控制柴油機調(diào)速，司機控制器置“升”位時，柴油機轉(zhuǎn)速在（750±15～2100±15）r/min呈線性變化，置“?！蔽粫r，柴油機轉(zhuǎn)速保持當前轉(zhuǎn)速不變。

5）柴油機故障調(diào)速。通過故障調(diào)速電位計SG1（SG2）進行升降速調(diào)節(jié)。

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

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

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

5 機車速度顯示

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

6 照明電路

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

7 結(jié)束語

本文將設計的電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，操作簡單方便。應用本文所介紹的內(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]劉達德.東風4B型內(nèi)燃機車[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

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

[3]伏軍鋒.汽車電氣系統(tǒng)設計[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，學士，研究方向：工程機械產(chǎn)品電氣系統(tǒng)。