一种内燃轨道车电气系统设计

荆丹丹

（中车北京二七机车有限公司，北京100072）

一种内燃轨道车电气系统设计

荆丹丹

（中车北京二七机车有限公司，北京100072）

设计内燃轨道车采用DC24V作为控制电源，全车直流电采用单一DC24V，主要介绍此种内燃轨道车电气系统的组成和控制原理。内燃轨道车电气系统由交流供电电路、DC24V供电电路、微机控制电路、柴油机控制电路、变扭器控制电路、干燥器及风笛控制电路、冷却风扇控制电路、速度显示及火灾报警电路以及照明电路和刮雨器电路等组成。该电气系统满足了整车的运行要求，工作可靠、高效、经济。

DC24V；内燃轨道车；电气系统原理；设计

轨道车是一种比较实用的车型，其不仅直接作为地铁车辆段、停车场内地铁列车调车作业、区间车站、正线运营的事故列车的救援牵引，设备、物资的运输车辆及其它无动力工程车辆的牵引作业，还可以装载其他检测设备及维修设备，作为工程车使用。

我国内燃轨道机车电气系统大多采用直流110 V作为供电制式，起动后将起动电机转换成发电机进行直流发电，经过电压调整器调压，得到稳定直流110 V的电压，给全车设备及控制系统供电。为了节约空间和降低整车成本，此种轨道车的电气系统采用汽车的电气系统供电理念，把直流24 V供电方式应用于内燃轨道机车设计领域，采用柴油发动机自带直流24 V发电机作为电源，给全车设备及控制系统供电。

1 系统组成

此种轨道车电气系统采用DC24V作为主要用电制式给其他系统供电，主要控制发动机、传动箱，来实现机车的牵引功能。电气系统由交流380 V供电，直流供电电路，微机控制电路，干燥器及风笛控制电路，冷却风扇控制电路，柴油机控制电路，传动箱控制电路，速度显示及火灾报警电路，照明电路和刮雨器电路等组成，见图1.

图1 系统框图

2 交流供电

交流供电系统由辅助发电机组、AC380 V输入电源插座、断路器、接触器、辅助交流负载及插座等组成。

检测车配置1台AC380 V/50 Hz/40 kW辅助发电机组，发电机组给4个空调机组、380 V电动工具插座、司机室电源插座、检测装置等负载提供电源。另外，也可以通过车下两端左、右侧的AC380 V输入电源插座供电，闭合自动开关，使用地面交流AC380 V/50 Hz电源给检测车供电，进行检测车的交流电路调试。

注：辅助发电机组与外供电源插座具有电气互锁保护功能（发电机组接触器与外供电接触器互锁），只能由先闭合的接触器电路供电。

（1）辅助发电机组。通常情况下始终闭合辅助柴油发电机组断路器，通过Ⅰ端操纵台上的发电机组控制器进行发电机组起/停操作，Ⅰ端控制屏能正常进行相关参数的显示。发电机组发动后，发出AC380 V/50 Hz交流电，闭合断路器给辅助交流负载供电。

（2）空调。两端司机室各安装有1台、检测间安装有2台顶置整体空调，空调主回路电源为AC220V，闭合空调主回路电源的自动开关，分别给司机室、检测间空调供电。

（3）电动工具插座。检测间内安装有1个电动工具插座，电源为AC380 V.

（4）司机室电源插座。两端司机室操纵台上各设有一个交流220V电源插座，用于工作人员使用。

（5）检测装置。检测装置工作电源为AC220 V，闭合自动开关，给检测装置供电。

3 直流供电电路

直流24 V供电由安装在车下的2节N220型免维护铅酸蓄电池组和柴油机上自带的140 A的直流发电机组成，作为直流供电系统的电源，包括柴油机起动电源、控制电路、仪表、司机室风扇、雨刮器及照明电路等。

（1）供电。柴油机起机前，蓄电池组通过单极开关向全车照明、控制系统等供电。柴油机起动后，柴油机上自带的140 A直流充电发电机发电，给蓄电池充电及给各直流24 V电路供电。无论柴油机转速多少，发电机端电压都稳定在28 V±1 V范围内。

注：为防止蓄电池组亏电，在起机前，应尽量少用蓄电池组供电。

（2）柴油机供电及起动。司机控制器的换向手柄置“0”位，传动箱换挡开关置“0”位后，方可起动柴油机，闭合主台或副台控权开关，使柴油机起动保护继电器得电。将起动钥匙开关从“0”位置“运行”位。柴油机诊断灯亮，等柴油机诊断灯灭，自检正常后，将钥匙开关置“起动”位，不要放手，起动继电器K15得电，起动马达动作，柴油机转速达550 r/min后，起动锁止继电器K24切断启动信号，柴油机起动，放开手，起动开关自动回到“运行”位，启动完成。如起动失败，将起动钥匙回到“0”位最少保持2 s，再将起动钥匙置运行位。这时锁止继电器强制延时6S后，再将起动钥匙开关置“起动”

（3）供电的状态显示和保护

1）两端操纵台都安装了双针电压/电流表，显示控制电压和蓄电池的充电电流，微机显示屏也同时可以监视控制电压情况。使用熔断器来对供电电路进行过载、过流保护。

2）采用断路器来替代保险丝，以免行车过程中找保险丝，更换保险丝。

3）通过断路器对各个24 V电路进行过流、过载保护。

（4）微机供电电路。由电源开关给电源、交流电压变送器、交流电流变送器等供电。经电源稳压后，通过微机开关及断电延时继电器给微机主机、显示器供电。微机控制系统主要包括触摸显示屏、微机控制装置（包括CPU、CAN通信模块、数字量输入/输出模块、模拟量输入）及电源等装置。微机控制装置根据司机命令及柴油机和传动箱控制器完成对柴油机和传动箱的控制，完成走行牵引控制、冷却风扇控制及安全联锁控制及故障保护等，微机显示屏显示机车运行状态。

4 控制电路

（1）操纵台控权控制。两端司机室内均设有操纵台，I端为主操纵台，II端为副操纵台。司机在主操纵台操作时，闭合主台控权开关，主台有权，副台无权，副台司控器及启动开关、停车制动等走行相关开关无效，反之也一样。两个操纵台通过控权开关实现有效操作，开关闭合的一端为有效操纵台，如两端同时有控权，微机报警、卸载。司机控制器、传动箱选择、换挡开关、冷却风扇开关受控权控制，其中司机控制器换向手柄机械锁定控制手柄。

（2）冷却系统保护信号。微机通过静液压油箱上的吸油过滤器和回油过滤器的堵塞发讯器信号来显示“吸油过滤器堵塞”、“回油过滤器堵塞”；当液位低时，液位报警器输入高电平，微机报警；温度传感器信号可以将温度信号传递到微机，通过显示屏显示液压油温。膨胀水箱液位过低时，水箱上的液位开关输入低电平，微机报警。

（3）弹停制动电路。弹停开关SA5（SA6）信号进微机，微机控制弹停脉冲电磁阀，实现弹停。弹停压力开关信号反馈给微机，微机控制显示灯，显示弹停制动和缓解。施加弹停（停放）制动时，不允许机车加载，司机强制挂挡时有“停放制动施加”报警提示，蜂鸣器报警。无火回送或弹停制动故障时被切除，弹停切除塞门闭合，在微机显示屏上显示切除信号。

（4）紧急制动。机车运行工况，按下紧急按钮，紧急制动电磁阀得电，列车管排风，柴油机卸载，8号管补风电磁阀得电，总风不给列车管补风，机车制动。

紧急制动后，机车速度大于0 km/h，缓解无效。

（5）信息显示灯。主、副操纵台上各设有一组故障信息显示灯，包括充电指示灯、柴油机诊断、控权显示、停放制动及缓解、传动箱故障报警。

（6）故障报警蜂鸣器。微机报警输出信号，使安装副操纵台上的蜂鸣器鸣响，发出警告。

（7）超速保护。当机车车速超过75 km/h时，报警。若此时司机仍不采取措施，机车升速超过80 km/h时，微机控制机车卸载。

（8）卸载保护控制。

1）总风缸风压低于500 kPa，列车管压力低于350 kPa，微机控制卸载并降至怠速。

2）柴油机水温度达到108℃以上、柴油机进气温度达到85℃以上，柴油机燃油温度高时，微机控制柴油机卸载并降至怠速。

3）静液压油温度达到90℃以上时，微机控制柴油机卸载并降至怠速。

4）传动油温度达到120℃以上时，微机控制柴油机卸载并降至怠速。

（9）冷却风扇控制电路。

1）闭合相应端的控权转换开关，闭合冷却风扇转换开关。

2）冷却风扇自动控制。冷却风扇转换开关置“ZD”位时，微机根据表1的四种介质温度控制中间继电器动作，从而控制冷却风扇的高、低速运行。

表1 冷却系统风扇介质温度控制表

3）冷却风扇手动控制。根据质温度手动控制冷却风扇的低速、高速和停止。冷却风扇应由低速起动后，再转入高速，不允许直接起动高速。高、低速转换过程中，在低速和高速都要至少停留15 s.闭合相应端的控权开关，将冷却风扇转换开关置“低”位，低速电磁阀失电动作，风扇低速转动。当需要风扇高速运行时，将冷却风扇转换开关置“高”位，低速电磁阀失电动作、高速电磁阀有电动作，风扇高速转动。

4）冷却风扇保护控制。冷却风扇故障时，将冷却风扇转换开关置“0”位，冷却风扇不转动，才可检修，防止风扇转动伤人。

（10）干燥器排污及强制打风控制

当风压高于（900±20）kPa时，空压机停止供风，压力开关闭合，干燥器排污阀工作。当需要强制泵风时，通过强制打风按钮手控供风。

（11）柴油机控制。

1）闭合相应操纵台控权开关，将柴油机起动钥匙开关置“运行”位，柴油机控制器上电。柴油机控制器EMR接收微机控制装置或司机的控制指令，来控制柴油机起动/停机、调速等功能，及实现温度、油压、超速等保护。微机通过CAN通讯线将柴油机的相关参数（如转速、水温及柴油机负载量等信息）在微机触摸屏进行显示。

2）柴油机故障时，红色诊断灯亮，微机显示屏上会显示故障信息。

3）柴油机空载调速。将传动箱选择开关置“0”位，司机控制器换向手柄置“前”位或“后”位，操纵司机控制器控制手柄，微机通过通讯控制柴油机空载调速。司机控制器控制手柄置“0”位或“降”位时，柴油机降速，最后稳定在750 r/min；置“升”位时，柴油机转速在（750±15～2100±15）r/min呈线性变化，置“保”位时，柴油机转速保持当前转速不变。

4）柴油机在运行中调速。传动箱选择开关置“自动”位，档位开关置“4”档。或传动箱选择开关置“手动”位，档位开关置相应档位。司控器换向手柄置“前”位或“后”位，操纵司机控制器控制手柄，微机通过通讯控制柴油机调速，司机控制器置“升”位时，柴油机转速在（750±15～2100±15）r/min呈线性变化，置“保”位时，柴油机转速保持当前转速不变。

5）柴油机故障调速。通过故障调速电位计SG1（SG2）进行升降速调节。

（12）传动箱控制。液力传动箱根据柴油机转速与机车速度的关系，可以自动控制换挡。也可根据情况，手动控制换挡，通过传动箱选择开关SX5（SX6）选择自动和手动换挡控制。

1）自动换挡。传动箱选择开关SX5（SX6）置“自动”位（正常工作时），传动箱换档开关SX7（SX8）置“4”位（正常工作时），司机控制器换向手柄置“前”位（或置“后”位），提司机控制器控制手柄，传动箱控制器根据柴油机转速和机车车速自动控制传动箱的相应变扭器工作，实现自动换挡。

2）手动换挡。当行车过程中，如发现自动换挡失效，参考自动换挡采用手动换挡控制，将传动箱换档开关SX7（SX8）置“1”位、“2”位、“3”位、“4”位，相应变矩器工作。传动箱选择开关SX5（SX6）置“0”位时传动箱变扭器均不充油，机车无动力。

5 机车速度显示

在机车的2轴左侧装有一个双通道光电速度传感器，机车速度在微机显示屏上显示。在主操纵台上装有一只指针式速度表（带里程），副操纵台上装有一只指针式速度表，用于显示机车运行速度。

6 照明电路

照明电路包括：各个间内照明灯、车下照明灯和车梯灯、作业警示灯、操纵台仪表灯、电器柜内照明灯、机车前照灯、辐照灯、标志灯等。各个灯都由各自开关控制供电。所有照明控制开关均安装在操纵台上。机车设有前、后端前照灯各1组；前、后端标志灯各4个，2个标志红灯，2个标志白灯，其中标志白灯可作为近照灯用；车上照明灯共8个（动力间内有4个照明灯、检测间内有4个）；车下照明灯共6个、车梯灯4个；标志灯可在同侧操纵台上手动控制，也可置到“自动”位，前照灯开关同时控制本端的前照灯及另一端的标志灯。两端司机室内各设有2个照明灯；电器柜内有1个照明灯；各仪表上设有仪表灯。

7 结束语

本文将设计的电气系统运行稳定可靠，操作简单方便。应用本文所介绍的内燃轨道车加装轨道检测装置已经完成组装及调试，本车电气系统应用性能稳定可靠。此轨道车已交付用户使用，得到了用户的好评。

[1]刘达德.东风4B型内燃机车[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2]杨春杰.CAN总线技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3]伏军锋.汽车电气系统设计[J].汽车电器，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

荆丹丹（1981-），女，黑龙江人，工程师，学士，研究方向：工程机械产品电气系统。