作者：《铁路机车乘务员专业培训教材》编委会
出版社：中国铁道出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
HXN5型内燃机车乘务员试读：
前言
本书以交通运输部国家铁路局制定的《2016年铁路机车车辆驾驶人员资格考试大纲》为依据，参考近几年铁路机车车辆驾驶人员资格考试主办单位发布的复习考试要求，在沈阳铁路局铁路机车车辆驾驶人员资格考试考前培训多年使用、积累教材的基础上编写而成。
本书共十章，内容包括HXN 5 型内燃机车简介、车体、转向架、GEVO16型柴油机、机车辅助系统、牵引电机传动系统、辅助电器系统、微机控制及网络通信系统、空气管路与制动系统、HXN 5 型内燃机车运用与操纵等。
本书编写的总体目标是：内容符合考试大纲、贴近实际，让师生教与学有所遵循，提高培训质量和学习效果；使学员掌握考试大纲规定专业知识与技能，提高学员分析与解决问题的能力，能够扎实、熟练、灵活地应对资格考试；本书内容兼顾机车乘务员岗位应知应会内容，通过培训提高其岗位适应能力，更好地满足工作需要。
在编写过程中，我们查阅了大量的参考资料，多次到铁路机车运用现场调研，多次开展专题交流与研讨。在内容编排上，主要考虑适用于资格考试所需知识，同时兼顾机车乘务员岗位工作需要，理论知识与实践内容相结合，突出分析问题、解决问题能力的培养；在章节组织上，注重逻辑性、层次性并兼顾系统性；在文字表述上，力求准确、精炼、通俗易懂。部分章附有复习思考题，巩固学员所学知识。
本书由张宗延、王广涛、王大文（辽宁轨道交通职业学院）主编，祝曦、韩宝松主审。第一章由黄中元编写，第二、三章由黄中元、王大文编写，第四章由黄中元、程威编写，第五章由张宗延、王志成编写，第六、七、八章由王广涛编写，第九、十章由黄中元、边振志编写。
由于编者水平有限，不足之处在所难免，恳请读者批评指正。
编者二〇一六年六月第一章HXN 5型内燃机车简介第一节HXN 5 型内燃机车总体概述
一、HXN 5 型内燃机车与传统的交—直电传动内燃机车的主要区别
1.传动方式为交—直—交流电传动；
2.柴油机采用电喷技术，取消了联合调节器；
3.轴重为25t，总重为150t；
4.启动方式为主发电机启动，不设置启动变速箱；
5.机车电气柜空气经过一级滤清，增压器采用三级滤清；
6.牵引发电机、辅助发电机为一体式结构；
7.空气制动系统为电空制动，不设置中继阀、分配阀等；
8.燃油箱与机车底架为一体式结构；
9.散热器在机车顶部，冷却风扇在散热器下部，停机状态下冷却水回流到水箱；
10.设有独立卫生间；
11.控制系统采用CCA集中网络控制；
12.油耗低：198×（1±3％）g/（kW·h）；
13.排放低：柴油机排放指标达到美国Tier2标准；
14.检修方便：机车采用模块化设计和制造，便于维护和检修。
二、HXN 5 型内燃机车布局
机车被划分为几个主要区域。图1-1描述了主要的区域和机车部件。
警告：只有有资格的人员可以接触高压柜/电气室、柴油机室、主发电机室和冷却室，因为存在高压电及其他危险。如果不这样做，将会导致设备损坏和/或严重的人身伤害。
图1-1 机车布置
司机室位于机车最前部。机车的所有操作和控制部件都位于司机室。电子空气制动系统（EAB）的电子和风动部件位于司机室地板下，可从机车右侧接近。
高压柜（HVC）/电气室包含电气牵引系统的主要部件，包括牵引功率控制和电阻制动系统（装在电气室顶部）。
主发电机室包含主发电机。通风机对控制部件和主发电机通风。排尘风机将惯性滤清器中的灰尘和碎屑吸出，并将气体排出机车。风机和排尘风机由电机驱动，用不同的控制器控制。风机和排尘风机可按系统需要打开和关闭。主发电机连接到柴油机，为牵引电机和控制部件（包括风机和排风机）供电。
柴油机室包含柴油机、机油滤清器、燃油滤清器、热交换器等部件。柴油机的功能是转动主发电机，产生机车系统需要的电力。通常的柴油机检查（例如油位检查），可通过检查孔进行，无需进入柴油机室。柴油机型号为GEVO16，V形排列，单水泵，双增压器、双中冷器均布置在柴油机前端。发火顺序：先右后左，按1-3-7-5-8-6-2-4缸顺序爆发。
冷却室位于机车后端。柴油机散热器和散热器风扇位于冷却室顶部。散热器下面是空气压缩机、1～6牵引电机通风机、排尘风机、机油热交换器和机油滤清器。空气压缩机、散热器风扇、牵引电机通风机和排尘风机由电机驱动。
HXN 5 型内燃机车电气柜内有计算机、继电器、接触器和机车控制系统控制面板，如图1-2所示。
图1-2 机车电气柜位置
电气柜1（CA1）位于司机室的后壁。高压柜（HVC）/电气室包含电气柜2、3、4和5（CA2、CA3、CA4和CA5）。这些区域受门互锁设备保护。电气柜6（CA6）位于机车左侧，可以从地面检修。电气柜9（CA9）在冷却室后部。
转向架设置为两组，采用C —C 三轴，单独驱动。采用三点00承载，牵引方式为牵引中心销传递，牵引中心销既承担转向架与车体的连接，又传递牵引力。
机车制动方式为踏面制动，停车制动采用单元制动方式。
三、交流传动原理
1.工作过程
柴油机带动主牵引发电机旋转，发出三相交流电，经过整流模块整流后变为直流电，进入牵引变频器后逆变成调频调压的三相交流电，供交流牵引电动机，如图1-3所示。
图1-3 交流传动原理
2.主要优势
HXN 5 型内燃机车的核心技术之一就是采取了“交—直—交”传动方式，与传统机车的“交—直”传动方式相比，具有如下明显优势：（1）逆变器驱动开关采用了IPM智能功率模块（该车由IGBT充当），具有驱动功率低、开关频率高、开关损耗小、动作可靠性高、无需配置吸收电路等优点。（2）三相交流异步牵引电动机较之直流牵引电动机具有结构简单、功率大、黏着性能好等一系列重要优点：
一是没有换向器、碳刷，实现了无火花通断电流；
二是工作可靠性高、维修工作量少；
三是质量轻、体积小；
四是转速高、恒功范围宽；
五是功率大；
六是黏着控制性能好，不容易发生空转。
四、电器设备布置
1.CA1
CA1位于司机室后部。它的一部分在柴油机控制板后面，绝大部分位于司机室后部折叠柜门内。CA1内装有蓄电池开关、控制电源滤波器、若干继电器、接线端子板、重联线电子装置和集成输入/输出（CIO）板。
CIO（集成输入/输出单元）插件板是“智能显示器”的输入/输出装置。通过CIO，插件板伸出去感知HXN 5 型内燃机车的操纵条件，并控制牵引和辅助系统中各种电气设备的操作。CIO位于CA1，在智能显示器的指挥下输入下列来自机车周围的数据：（1）辅助交流发电机、电动机供电相电流；（2）动力制动电阻栅的通风机电机转速；（3）牵引和辅助电源接地检测电路的状态；（4）柴油机控制面板开关状态；（5）重联线状态；（6）大气温度和总风缸1压力。
CIO还执行下列主要输出控制任务（未列出全部数据）：（1）启动柴油机；（2）启动辅助发电机（AA）供电；（3）控制电阻制动栅工作电流；（4）控制空压机的运行；（5）控制散热器百叶窗的工作；（6）控制流经散热器的冷却水流量。
2.CA2
CA2位于机车辅助室前面，在副司机座椅一侧，是一个装有多种电气部件的分隔间。牵引电动机控制器（TMC）以及为CIO和TMC供电的电源都放置于此。CA2还含有接地故障检测电路、三个为牵引系统六台逆变器供电的电源、用于控制电子燃油喷射系统ECU的计算机、一个控制牵引发电机励磁电流的电子板和一个用来控制牵引电动机冷却的通风机运行的电子板。
CA2以及TAC、TMC、ECU和TBC的位置，如图1-4所示。
图1-4 TAC、TMC、ECU和TBC的位置
TMC（牵引电动机控制器）位于CA2。它包括六块带输入/输出接口的CPU板（CPU-I/O）和两块光纤驱动板（F/O）。每块板接受来自“智能显示器”的指令，并将其转换成控制信号，该信号是插件板通过其中一块F/O板发送给逆变器的。由于逆变器决定了如何把功率传输到牵引电动机（TM），故CPU-I/O插件板就控制了TM的运行。六块CPU-I/O插件板与HXN 5 型内燃机车的六台牵引电动机（TM）一一对应。
ECU（柴油机控制单元）接收来自“智能显示器”的柴油机转速命令，并将其转变为控制信号，从而在命令的柴油机转速下控制柴油机燃油输送和定时过程。为此ECU还从位于柴油机上以及柴油机周围的21个压力、温度和转速传感器采集柴油机操作信息。ECU位于CA2。
牵引发电机励磁控制板（TAC）——位于CA2。TAC将来自辅助发电机（AA）的交流电转换为直流电，并调节其电流值以控制牵引发电机输出的电功率量。
牵引设备通风机电机（TMB）——位于散热器室内。该电机给牵引设备通风机供电，牵引设备通风机为HXN 5 型内燃机车上的牵引电机提供冷却空气。该电动机由“智能显示器”通过牵引通风机控制器（TBC）控制，后者是一块电子板，其用来将具有一定频率和电压的交流电转换为不同频率和电压的交流电。TBC位于CA2。
3.CA3
CA3中装有位于电气室内CA2的左侧（从机车背面看）。CA3中装有HXN 5 型内燃机车上共计六台逆变器中的四台和用于显示牵引系统电容的充电状态的电路系统。CA3位于辅助室内CA2的左侧（朝向机车的后面）。
4.CA4
CA4是一个位于辅助室司机一侧的分隔间。此处装有四个电子板。一个用于控制蓄电池充电电压和HXN 5 型内燃机车（BCC）低压电路；第二个用于控制辅助交流发电机AAC的励磁电流；第三个用于调整1号冷却风扇RFC1的交流辅助电源，使其正确运行；第四个用于调整2号冷却风扇RFC2的交流辅助电源，使其正确运行，如图1-5所示。此外还装有三个动力制动接触器，一个柴油机启动接触器，两个蓄电池动车接触器，一个燃油泵接触器以及一个柴油机预润滑接触器。该控制区内的其他装置包括两个牵引系统滤波电容放电继电器以及前转向架内的三台牵引电动机电流测量装置。
图1-5 BCC、AAC、RFC1和RFC2的位置
蓄电池充电：AA的另一个输出绕组是蓄电池充电器供电绕组。该绕组提供AC输入电源到一个电子开关板——蓄电池充电控制器（BCC）。在“智能显示器”控制下，该装置将来自AA的交流电转换为直流电，并调节其输出电压值以控制蓄电池充电速率。蓄电池充电器控制板还为HXN 5 型内燃机车工作时提供低压电路工作电源。蓄电池充电控制器（BCC）位于控制区4（CA4），有一个车载微处理器并以与TAC和AAC相同的方法接收它的操作指令。实际上，TAC、AAC和BCC具有相同的零件号，假如他们用同样的软件编程，那么所有三个板可以互换。
辅助发电机励磁控制板（AAC）——位于控制区4（CA4）。AAC将来自AA的交流电转换为直流电，并调节其电流值以控制辅助发电机输出的电功率量。这意味着AA采取自励磁方式。
每个励磁控制板都有一个可与“智能显示器”通过串行数据通信链路通信的车载微处理器，接收操作指令，并提供工作状态反馈信息。
散热器风扇电机（RF1、RF2）——位于散热器室，顾名思义，它们给两个散热器风扇供电。由DS3通过RFC1和RFC2——散热器风扇电机控制器1和散热器风扇电机控制器2控制。这两个电子板，硬件与TBC可以互换，位于CA4内，把某一电压和频率的交流输入信号转换为不同电压和电流的交流输出信号，RFC1和RFC2以及TBC都有微处理器，执行输入—输出频率和电压转换，并与智能显示器通信用于显示。
5.CA5
其余的两台逆变器，以及主整流器，牵引系统所有主要部件，都安装在CA5内，CA5位于辅助室司机座椅一侧CA4的右面。CA5内还装有测量牵引电动机电压的部件和装于后转向架上的牵引电动机电流测量装置。安装在该控制区内的其他装置是用于柴油机启动的两个继电器。
整流器模块（RMA、RMB、RMC）——位于控制区5（CA5）；这些整流器将TA输出的交流电（AC）转换为直流电（DC）并通过直流环节提供给逆变器，在这里直流电被转换回交流电提供给牵引电动机。如图1-6所示。
图1-6 RMA、RMB和RMC的位置
6.CA6
CA6位于司机室下面，沿机车的副司机座椅一侧。其内装有司机室加热装置、一个地面蓄电池充电电感器，用于滤掉BCC供电的蓄电池充电电流中的变化，还有两个限制电流用的电阻器，这两个电阻器是后头灯电路的一部分。
7.CA9
CA9位于散热器室的后面，其长度从机车的左侧延伸到机车右侧。
CA9的一部分面对HXN 5 型内燃机车的后面，这部分从后平台可以接近。其内安装了4个端子板，7个对外连接器，控制两台驱动空压机的电机转速的6个接触器，以及一个排气机的断路器。
CA9的另一部分面向机车正面，从散热器室的里面可以接近。它装有两个控制散热器百叶窗的电磁阀，两个操纵水流换向阀的电磁阀，两个撒砂控制电磁阀以及一个操纵总风缸排水阀的电磁阀和两个监控1号总风缸的压力传感器。7个对外连接器从CA9的这部分可以接近。
CA9前部的设备布置
主风缸1号传感器和总风缸1号冗余传感器（MR1、MRR）——位于CA9的前部，从散热器室后面可以接近。MR1、MRR检测MR1内的压力，并把数据传送给CIO，在此进入智能显示器DS3以便确定何时需要启动压缩机工作。
FSMV1和FSMV2：水流控制电磁阀。
SMV1和SMV2：百叶窗电磁阀。
五、HXN 5 型内燃机车主要系统和部件
HXN 5 型内燃机车主要系统有：电子控制系统，牵引系统，润滑油系统，分流式冷却水系统，燃油系统，燃烧空气系统，压缩空气系统和辅助电源系统。（一）通用控制体系结构
这种通用控制系统或体系结构就是被称作通用控制体系结构或CCA。CCA采集来自司机的命令和来自HXN 5 型内燃机车上其他系统的数据，并用其来调整电功率的产生和分配，以使机车能够牵引客车或货车。由于这些任务的复杂性，所以CCA包含下列主要部件：
1.三台机车控制计算机，称作智能显示器。在原理图中分别以DS1、DS2和DS3表示。
三台“智能显示器”根据司机命令承担着对HXN 5 型内燃机车的运行控制任务，它们是主控计算机。“智能显示器”还控制所有其他电子控制系统部件的工作，并协调第三方设备执行的功能，如电子空气制动、事件记录、燃油液面监测和全球定位。
智能显示器——其主要功能是显示机车牵引列车时的运行信息。在维护和修理状态时，“智能显示器”能用来显示机车和柴油机运行数据（称作监测参数）以及禁止机车运行的异常/故障信息。“智能显示器”还可用来要求HXN 5 型内燃机车对设备各个部件的工作状态进行检查（称作自测试）。DS1和DS2位于司机室的司机操纵台上，而DS3位于副司机操纵台上。
2.一组计6块计算机插件板，分别用来控制6个逆变装置/牵引电动机组，其统称为牵引电机控制器或TMC。
3.一个用于控制柴油机燃油喷射控制的计算机板，其被称为柴油机控制单元或ECU。
4.CIO，一个微处理器控制板，用来综合必须由智能显示器执行的输入/输出操作。（二）牵引系统
牵引系统从电子控制系统获得控制指令，并且执行以下任务：由柴油机产生5900马力的机械功率，将其转换为4400kW的电功率，再将此电功率分配给6台牵引电动机，最终又转换回机械功率以牵引客运/货运列车运行。该系统的主要部件如下：
1.柴油机——位于柴油机间。它是原动力或称动力源。如图1-7所示。
图1-7 GEVO16型柴油机轮廓
GEVO16型柴油机是由涡轮增压器驱动，16缸45°排列，四冲程的大功率柴油机，自由端不固定，柴油机功率为4660kW，柴油机上两个增压器、两个中冷器均设在自由端，采用双排气总管，每个总管驱动一个增压器；采用单水泵循环。
GEVO16型柴油机采用电子控制燃油喷射系统，电子控制高压柱塞式燃油喷射泵，取消了联合调节器和供油拉杆装置；柴油机启动方式为蓄电池逆变为交流电后供给牵引发电机启动。曲轴箱内为负压，曲轴箱内压力低于大气压。
2.牵引发电机（TA）——位于交流发电机室，紧靠柴油机后端。TA的转子与柴油机曲轴相连接。TA将机械功率转换为电功率。
3.整流器模块（RMA、RMB、RMC）——位于控制区5（CA5）；这些整流器将TA输出的交流电（AC）转换为直流电（DC）并通过直流环节提供给逆变器，在这里直流电被转换回交流电提供给牵引电动机。
4.功率调节设备——由一排计36个电子开关以及一套动力制动接触器（位于CA4）构成，前者又称为相位模块，由此构成6个逆变器（位于CA3和CA5内）。该设备用于控制与牵引电动机之间往返的功率传递，以此决定机车地面行驶速度和行驶方向，或者提供电阻（动力）制动。
5.牵引电动机（TM1～TM6）——这些电动机用于将电能转换为机械运动以牵引货车运行。在HXN 5 型内燃机车上，牵引电动机由交流电源供电。
具有以下优点：（1）电机单位体积和单位重量下功率大。采用无专门机座的轻量化结构以及由专用铜合金的导条和专用铜合金的端环焊接而成，转子没有线圈，大大减少了转子的故障率。（2）适应性能强。在恶劣的风沙、雨雪气候、酸碱性气体影响侵蚀以及沿海多雨潮湿的环境下能可靠应用。（3）匹配性能高。能够消除机车本身布置时的轴重不等、牵引时的轴重转移、机车轮径的差异、电机制造中的特性差异、逆变器输出的差异等因素造成的影响。（4）没有换向器及电刷，便于日常于保养维护。（三）润滑油系统
润滑油系统通过减少柴油机内部所有运动部件间的摩擦而为柴油机提供良好的工作条件。润滑油系统还带走了柴油机内部摩擦和燃烧所产生的热量。润滑油流向如图1-8所示。
在此将不讨论关于润滑油系统的所有部件，而主要关注与通用控制体系结构的接口部分：柴油机润滑油温度传感器、柴油机润滑油入口温度传感器、柴油机润滑油供油压力传感器、柴油机润滑油入口压力传感器和曲轴箱过压传感器。
1.柴油机润滑油温度传感器（ELOT）——插在柴油机润滑油泵与润滑油冷却器之间的管路内。ELOT传感器测量的是柴油机出口润滑油温度。该信息由柴油机管理软件传送至柴油机控制单元（ECU），为其他水温传感器和润滑油温度传感器提供支持。
图1-8 HXN 5 型内燃机车润滑油流向图
2.柴油机润滑油入口温度传感器（ELIT）——插在柴油机前端盖的润滑油进油管内。ELIT传感器的用途是测量柴油机入口润滑油温度。该信息由ECU检测，管理软件采用该信息以保护柴油机避免在温度过高或过低的环境中工作可能出现的损坏。
3.柴油机润滑油供油压力传感器（ELIP）——位于柴油机的右上方，就在左8动力组的后面，ELIP传感器用于测量到达左-9凸轮轴承的润滑油压力，该信息由ECU检测，防止柴油机因润滑油压力低而损坏。
4.柴油机润滑油供油压力传感器（ELSP）——安装于润滑油滤清器的输出管内与柴油机润滑油入口相连。ELSP测量柴油机入口处润滑油的压力，该信息由ECU检测，防止柴油机因润滑油压低而损坏，ELSP还可以作为ELIP故障时的备用。
5.曲轴箱过压传感器（COP）——安装于柴油机的上方，左侧和后方，就在左8动力组的后面。COP传感器用于测量曲轴箱内的压力，并将此状态信息传送给ECU以确定曲轴箱压力是否超限。若曲轴箱压力过大，柴油机控制软件将要求柴油机停机，保护其曲轴箱不产生破坏性爆炸。
由于GEVO16型柴油机的设计结构中采用了精密公差，柴油机启机前通常需要预润滑，为此在HXN 5 型内燃机车上添加了一台预润滑泵。预润滑泵电机（PLM）是一台直流电机。当GEVO16柴油机需要预润滑时，DS3就命令CIO启动一个预润滑泵电机接触器（PLC），把PLM与蓄电池接通。PLC装在控制区5（CA5），PLM安装在散热器室内。（四）柴油机冷却水系统
柴油机冷却水系统用于保证柴油机在合适的温度下运行。在“智能显示器”控制下，经散热器冷却的水被输送到柴油机，以使其保持在适当的温度下工作。如图1-9所示。
图1-9 HXN 5 型内燃机车冷却系统及相关零部件
HXN 5 型内燃机车冷却系统的特点：
1.只有一个水泵，流向阀控制冷却水流向。
2.冷却水有两种模式，排放控制模式和热机控制模式。
3.单节分为三部分：主散热单节，子散热单节1，子散热单节2。
4.低温冷却水参加高温冷却。
5.空压机为水冷。
6.设有一个手动排水阀，两个自动排水阀，保护柴油机。
7.单节为顶置式，采用干冷式，柴油机在停机或低转数时单节内水流回水箱，有利于对冷却水保温。
8.冷却风扇采用电机驱动。
9.百叶窗为电磁阀控制，压缩空气驱动，顶置式。
10.冷却水系统采用密封式。
在此我们讨论通过ECU和CIO与控制系统接口有关的部件：两个柴油机水温传感器，一个柴油机水压传感器，一个水位传感器，两个水流量控制电磁阀，以及两个散热器百叶窗电磁阀。
1.柴油机进水温度传感器（EWIT）——安装在柴油机前端盖和柴油机水泵之间的水管内，在涡轮增压器正下方从机车B侧可以接近。EWIT测量进入柴油机的冷却水温度并送至ECU，由柴油机管理软件来保护柴油机免受因工作温度过高引起的损坏。
2.柴油机出水温度传感器（EWOT）——安装在柴油机和散热器之间的连接水管内。从水箱之间和水箱正上方的散热器室可以接近。EWOT用于测量柴油机出口冷却水温度并输入至ECU，如果EWIT出故障，这个数据作为备用。
3.柴油机进水压力传感器（EWIP）——安装于柴油机后上方，就在左-8动力组的后面。EWIP测量供给柴油机左-8动力组的冷却水压力，并将信息发送ECU，柴油机管理软件用此压力信息防止柴油机因水压过低而损坏。
4.柴油机冷却水位1号传感器——位于柴油机与水箱的连接管内。EW1L是一种光学传感器，检测冷却系统中有水存在，并将数据发送到ECU，防止柴油机在无冷却水的条件下运行。
当有必要时，正如上面所列传感器和其他传感器提供的信息显示的那样，DS3可以操纵用来控制HXN 5 型内燃机车从散热器到柴油机之间水流量的两个电磁阀。在一种设定值下，冷却水用于控制GEVO的排放——冷却水被引入燃烧空气中冷器，降低进气总管内的空气温度；在另一种设定值下，冷却水用于控制GEVO的温度——冷却水被引向柴油机对其进行进一步冷却。DS3通过CIO操纵水流控制电磁阀FSMV1和FSMV2。DS3还可以通过打开和关闭百叶窗，控制空气流量来调节冷却效果，然后DS3有输出驱动器，通过CIO启动SMV1和SMV2，百叶窗电磁阀1和2开启和关闭百叶窗。（五）燃油系统
燃油系统主要设计用于为柴油机提供恒定的供油量。当燃油温度过低而不适合柴油机工作时，该系统将自动采用来自柴油机冷却系统的热水来加热燃油。燃油系统的另一作用是利用尚未送给柴油机燃烧的燃油为高压燃油设备提供冷却和润滑。系统累积了这些未曾燃烧的燃油并将其返回燃油箱以备后用。燃油流向如图1-10所示。
图1-10 HXN 5 型内燃机车燃油流向图
在燃油系统中，我们将特别关注经ECU与CIO与控制系统接口的四个部件。
1.燃油供油压力传感器（EFP）——EFP传感器用于测量GEVO16柴油机燃油的供油压力，并将该数据送至ECU，在这里柴油机管理软件用此信息来检测柴油机初始状态并实现低压燃油系统诊断。EFP位于柴油机左侧一个内装有调节阀的箱体的回油管内。
2.燃油泵接触器（FPC）——FPCCIO和ECU的控制输出信号启动，这两种信号必须同时接通。启动后，FPC使蓄电池给燃油泵电机供电。FPC装在CA4内。
3.燃油泵电机（FPM）——FPM将燃油输送到低压燃油供油管，它是一种交流装置，由蓄电池供电，因此它有一个集成的逆变器。FPM安装在散热器室内。（六）燃烧空气系统
燃烧空气系统用于提供经过滤清、加压和温度调节的空气源以保证柴油以一种清洁有效的方式在燃油机气缸内燃烧。ECU对提供的燃烧空气的温度和压力进行监视，并据此调节柴油机的燃油供油量。ECU将这些信息送至“智能显示器”，在必要时，它利用CIO来调节燃烧空气系统的温度。控制系统采用5个温度传感器和1个压力传感器来监控燃烧空气系统的运行。5个温度传感器分别是：环境温度传感器，进气管空气温度传感器，涡轮前排气管温度传感器（左、右侧各一个）和热电偶补偿温度传感器；1个压力传感器是进气管空气压力。
1.环境温度传感器（ATT），又称涡轮增压器入口温度传感器（TAI），也叫涡轮增压器进气温度传感器（TIA）——插入燃烧空气滤清器箱壁，在涡轮增压器风道之间。ATT（或TAI或TIA）测量进入涡轮增压器的空气温度，并把数据发送至ECU。该信息被用于计算空气密度和柴油机负荷率。
2.进气管空气温度传感器（MAT）——测量进气管内的空气温度并传给ECU，以便计算空气密度、优化供油和负荷率。MAT插在柴油机交流发电机端（后端）的进气总管端部。
3.涡轮前右侧排气管温度传感器（PTRT）——PTRT测量柴油机右侧排气管其进入涡轮增压器的涡轮部分内的排气温度，并将信息送至ECU。若排气温度过高，ECU将使柴油机降功率运行。PTRT安装在右侧排气管内与涡轮增压器的连接点处。
4.涡轮前左侧排气管温度传感器（PTLT）——PTLT测量柴油机左侧排气管其进入涡轮增压器的涡轮部分内的排气温度，并将信息送至ECU。若排气温度过高，ECU将使柴油机降功率运行。PTRT安装在左侧排气管内与涡轮增压器的连接点处。
5.热电偶补偿温度传感器（TCMP）——TCMP测量柴油机连接器A在热电偶连接点处的温度并将该信息送至ECU以使它能够消除PTRT和PTLT的读数误差。TCMP安装在GEVO16柴油机左侧的柴油机连接器A内。
6.进气管空气压力传感器（MAP）——与MAT相邻，在进气总管端部内，从柴油机的后部可以接近。MAP传感器向ECU提供测得的进气管空气压力，以用来计算最优燃油/空气比。当MAP传感器读数太低，柴油机功率将降低，有可能转速也降低。
当有必要时，正如上面所列传感器和其他传感器提供的信息显示的那样，DS3可以通过改变散热器到中冷器的水流量对燃烧空气的温度进行调节。DS3通过CIO操纵水流控制电磁阀FSMV1和FSMV2。考虑到季节变化，可以通过人工操纵冬季/夏季门对燃烧空气加热或冷却。（七）设备冷却空气系统
HXN 5 型内燃机车装有一些大型机电设备以实现牵引货车的功能。这些设备包括牵引发电机（TA）、辅助发电机（AA）和6台牵引电动机。所有这些设备在从机械能转换为电能然后再转换成机械能时都将产生大量的热量。HXN 5 型内燃机车需要一种手段来给这些设备散热，而设备冷却空气系统正是用来承担这一任务的。冷却空气系统还为辅助室的逆变器和电子部件等装置提供散热条件。因此DS3可以对设备冷却空气系统进行合理控制，它接收来自两个传感器的输入信息。
1.大气压力传感器（BAP），也就是大气压力变换器——安装在辅助室内控制区2（CA2）的壁上。BAP（BPT）用于测量大气压力，其信息送至ECU用以计算所有冷却系统的空气密度并提供柴油机保护。
2.环境温度传感器（AT）——位于控制区5（CA5）内。AT测量CA5内靠近逆变器的环境空气温度，其信息送至CIO板用以计算牵引设备通风机电机的正确转速，以便于为牵引电动机提供足够的冷却，与此同时通过将柴油机加载到尽可能低的程度，从而保持高的燃油效率。（八）压缩空气系统
HXN 5 型内燃机车采用几种不同方式为机车上的所有系统的部分装置供电。在本书所讨论的设备中，大多数是用电来带动其工作的。然而，某些重要设备需要比只由电提供的力更多的力。在这些情况下，HXN 5 型内燃机车保留了一个压缩空气源以驱动一些装置，如制动系统、柴油机冷却用的水流控制阀、冷却水系统中的散热器百叶窗等，这里仅举几个例子。DS利用CIO控制压缩空气系统的操作。CIO有输入信息，检测储存压缩空气的风缸何时需要重新充气，以及输出信息，操作电机给压缩机供电，通过压缩机启动气流。压缩空气系统工作时所涉及的传感器是：测量总风缸1压力的压力传感器（MR1、MRR），测量压缩机驱动电机（ACS、BCS）转速的速度传感器，以及测量空压机排气压力的压力传感器（CAP、CBP）。
空压机驱动接触器（CDC11、CDC12、CDC13和CDC21，CDC22、CDC23）为空压机驱动电机（CDM1、CDM2）提供电能，设置电机工作的转速。空压机旁通阀（CBPVA、CBPVB）每个空压机对空气进行压缩，在空压机加载前，需要对放油阀（CMV）进行加热时，该放油阀将空压机油再循环使用。
1.主风缸1传感器和总风缸1冗余传感器（MR1、MRR）——位于CA9的前部，从散热器室后面可以接近。MR1、MRR检测MR1内的压力，并把数据传送给CIO，在此进入智能显示器DS3以便确定何时需要启动压缩机工作。
2.空压机转速传感器（ACS、BCS）——位于空压机驱动电机和每个空压机机头之间。ACS和BCS把CDM是否工作以及工作转速的信息传送给CIO。CIO把这个数据发送到DS3，检查该数据，注意是否存在问题。
3.A侧压缩机排气温度传感器和B侧压缩机排气温度传感器（CAT、CBT）——位于每台空压机的出气管上，与空压机头相邻。CAT、CBT检查空压机出口温度，把数据发送给CIO，再到DS3进行分析。
每台空压机头有其自己的传感器，在一个传感器或空压机出故障时仍能使另一台空压机保持运行。
4.A侧压缩机排气压力传感器和B侧压缩机排气压力传感器（CAP、CBP）——位于每台空压机的出气管上，与空压机头相邻。CAP、CBP检查空压机出口压力，把数据发送给CIO，再到DS3进行分析。
每台空压机头有其自己的传感器，在一个传感器或空压机出故障时仍能使另一台空压机保持运行。
5.空压机驱动接触器（CDC11、CDC12、CDC13、CDC21、CDC22、CDC23）——如上所述，这些接触器给CDM1、CDM2供电，并设置其转速；所有六个接触器位于CA9内。
6.空压机旁通阀（CBPVA、CBPVB）——安装在各自空压机驱动电机的上方，CBPVA、CBPVB用来在无负载状态下启动其空压机驱动电机防止其失速。一台CDM启动后大约2s，相应的旁边阀为其空压机加载。
7.空压机放油阀（CMV）——安装在公共油缸的上方。CMV可以使油穿过整个空压机而不会把空气送至机车风缸。这样会把油加热，在空压机压缩空气以前优化其性能。（九）辅助电源系统
辅助电源系统提供驱动HXN 5 型内燃机车上所有其他系统的电源，也向“智能显示器”和其他系统设备之间提供一些接口。辅助电源系统由三个主要电源子系统组成：发电机励磁、蓄电池充电和辅助电机供电。
1.辅助发电机
在论述各子系统之前，先专门讨论辅助电源系统中的唯一最重要的设备——辅助交流发电机（AA）。AA为机车车载系统供电，所以它是辅助电源系统中所有3个子系统的主要部件。它位于牵引发电机（TA）后部，而TA位于柴油机后部。辅助发电机有三个输出绕组，每套绕组为以下将讨论的三个子系统之一提供电能。
2.交流发电机励磁
HXN 5 型内燃机车上有一台交流发电机，但它包含两个主要部件：牵引发电机（TA）和辅助发电机（AA）。两者产生的电能来自两个渠道：来自柴油机的机械能（旋转运动）和电气励磁（直流电流产生电磁场，再利用磁电效应在发电机输出绕组中产生电压）。
辅助发电机三个绕组之一的励磁供电绕组，提供交流（AC）电源给由“智能显示器”控制的两个电子板——TAC（牵引发电机励磁控制板）和AAC（辅助发电机励磁控制板）。这两个电子板分别将交流电转换为直流电以供主、辅发电机的磁场绕组励磁。（1）牵引发电机励磁控制板（TAC）——位于控制区2（CA2）。TAC将来自辅助发电机（AA）的交流电转换为直流电，并调节其电流值以控制牵引发电机输出的电功率量。（2）辅助发电机励磁控制板（AAC）——位于控制区4（CA4）。AAC将来自AA的交流电转换为直流电，并调节其电流值以控制辅助发电机输出的电功率量。这意味着AA采取自励磁方式。
每个励磁控制板都有一个可与“智能显示器”通过串行数据通信链路通信的车载微处理器，接收操作指令，并提供工作状态反馈信息。
3.蓄电池充电
AA的另一个输出绕组是蓄电池充电器供电绕组。该绕组提供AC输入电源到一个电子开关板——蓄电池充电控制器（BCC）。在“智能显示器”控制下，该装置将来自AA的交流电转换为直流电，并调节其输出电压值以控制蓄电池充电速率。蓄电池充电器控制板还为HXN 5 型内燃机车工作时提供低压电路工作电源。蓄电池充电控制器（BCC）位于控制区4（CA4），有一个车载微处理器并以与TAC和AAC相同的方法接收它的操作指令。实际上，TAC、AAC和BCC具有相同的零件号，假如他们用同样的软件编程，那么所有三个板可以互换。
4.辅助电机供电
AA的最后一个输出绕组是辅助电动机供电绕组。它向维持机车运行的一组7台感应式电动机提供交流电。这些电动机是：交流发电机通风机电动机、排风机、牵引设备通风机电动机、两台空压机驱动电机、两台散热器风扇电机。各电动机分述如下。（1）发电机通风机电动机（ABM）——位于辅助室内，在CA2和CA4的上方。该电机驱动交流发电机通风机，给牵引发电机TA和辅助发电机AA以及辅助室内电源变换设备供电。ABM单独工作——即只要AA发电，通风机电机就工作，不受外界控制。（2）排风机电机（EM）——位于散热器室内。该电机给排风机供电，为燃烧空气系统和牵引电机冷却空气系统的一级滤清器提供清洁空气。总之，只要AA发电，排风机电机就工作。（3）牵引设备通风机电机（TMB）——位于散热器室内。该电机给牵引设备通风机供电，牵引设备通风机为HXN 5 型内燃机车上的牵引电机提供冷却空气。该电动机由“智能显示器”通过牵引通风机控制器（TBC）控制，后者是一块电子板，其用来将具有一定频率和电压的交流电转换为不同频率和电压的交流电。TBC位于控制区（CA2）。（4）空压机驱动电机（CDM1、CDM2）——位于散热器室内。这些电机分别给其各自的空压机供电，为空气制动机及其风动装置提供压缩空气。DS3通过几个速度选择接触器来控制空压机驱动电机。（5）散热器风扇电机（RF1、RF2）——位于散热器室，顾名思义，它们给两个散热器风扇供电。由DS3通过RFC1和RFC2——散热器风扇电机控制器1和散热器风扇电机控制器2控制。这两个电子板，硬件与TBC可以互换，位于CA4内，把某一电压和频率的交流输入信号转换为不同电压和电流的交流输出信号，RFC1和RFC2以及TBC都有微处理器，执行输入—输出频率和电压转换，并与智能显示器通信用于显示。第二节机车总体布置
HXN 5 型内燃机车外形如图1-11所示，是大功率交—直—交电传动内燃机车，由额定功率为4660kW（海拔2500m、环境温度23℃）的GEVO16型柴油机、交流电传动和控制系统、车体、转向架、机车润滑系统、机车冷却系统、机车燃油系统、空气滤清系统、设备通风系统、CCBⅡ型空气制动系统等组部件及系统所组成。
图1-11 HXN 5 型内燃机车外形图
HXN 5 型内燃机车各组部件及系统的各项设备在机车内的布置情况，如图1-12所示。
图1-12 HXN 5 型内燃机车总体布置图
1—头灯；2—控制设备柜；3—牵引逆变器；4—功率装置柜；5—电阻制动装置；6—主发通风道；7—辅助发电机；8—CTS起机转换开关；9—主发电机；10—柴油机；11—空滤器；12—冷却水箱；13—低压燃油泵；14—启动机油泵；15—机油热交换器；16—牵引电机通风机；17—冷却风扇；18—电机通风滤清器；19—散热器百叶窗；20—散热器；21—空压机；22—车钩；23—机油滤清器；24—燃油滤清器；25—污油箱；26—燃油箱；27—蓄电池箱；28—转向架；29—牵引电机；30—空调；31—标志灯；32—砂箱；33—排尘风机；34—总风缸；35—逆变/主发通风机；36—卫生间；37—行车安全设备柜；38—座椅；39—取暖气；40—操纵台；41—冰箱；42—制动柜
机车为外走廊底架承载式结构。机车分上下两部分，上部为车体及安装在其上的设备，下部两端为转向架，中部设有承载式燃油箱。车体上面部分从前向后依次为：司机室（OP）、辅助/逆变室（AUX）、发电机室（ALT）、柴油机间（ENG）和冷却室（RAD）。如图1-13所示。
图1-13 HXN 5 型内燃机车工作室示意图
车体左、右两侧在辅助/逆变室中间部位和冷却室后端部位均设有供司乘人员上、下的扶梯；司机室后端墙左、右两侧设有通往机车外部的门。
车体车架前后两端都装有牵引车钩和橡胶缓冲器；车钩左、右两侧有制动管，空气重联管及重联电缆等。车架中部为承载式燃油箱，燃油箱右侧设有两个总风缸，两总风缸间装有高压安全阀；总风缸前端依次设有空气干燥器、辅助用风精滤器，后端设有制动用风精滤器；燃油箱左侧设有蓄电池箱。
一、司机室
司机室是机车司机、副司机工作的区域。
司机室前端壁下部左右两侧设有前转向架的砂箱；上部装有两块具有防霜、加热功能的PVB夹层玻璃的前窗，窗外设有气动刮雨器。前窗下面左右两侧设有标志灯。
两侧侧墙上部设有侧窗，侧窗下部有电热丝式加热器；两侧墙前外端还装有后视镜。顶棚前端中部为头灯。
司机室底板上部前端左侧和后端右侧分别设置有主操纵台和副操纵台，操纵台上安置了全部驾驶和信息控制设备。操纵台上布置有构成人—机接口的设备：司机主控制器、电子制动阀、智能显示器（Smart Displays）等；操纵台后端设有司机座椅。司机室前端前窗下部设有监控系统主机、信号系统主机、冰箱加热盘、电烤箱、灭火器和工具箱。司机室后端设有控制设备柜（CA1控制区），控制设备柜门外侧设置了折叠座椅。控制设备柜的后端右侧为卫生间，左侧为行车安全设备柜。司机室上部顶上设有天花板；天花板中间后顶部装有照明灯；前顶端右侧设有1个风扇，左侧装有1个风扇和1个司机控制台灯。
司机室底板下部为空气制动设备柜，其中还安装有空调等其他设备。
二、辅助、逆变室
辅助、逆变室内部以车顶底板将其分隔为上、下两部分：
上部前端为辅助通风机、主发电机通风机的进风区间，其车顶两侧设有V形滤网和离心式空气滤清器（空滤器栅），车顶前端中间设有排尘出风口；内部设置辅助通风机和排尘风机；后端为机车最前面一组电阻制动装置工作区间，两侧都装有制动电阻进风（下部）和排风（上部）百叶窗，内部安装有一组电阻制动装置。
下部为安装HXN 5 型内燃机车多个辅助、牵引和变流器控制设备的电气柜。电气柜内以中间隔板隔为前、后两室；前室为高压电气柜（牵引变流器）—左为CA5控制区、右为CA3控制区，后室为低压电气柜（功率装置柜）—左为CA4控制区、右为CA2控制区，在这些控制区内布置有2个计算机板和1个计算机电源；作为可调节的辅助电源，有3个AC/DC和3个AC/AC电源板。牵引系统的主要部件有主整流器、驱动牵引电机的变流器、变流器专用电源等。电气柜内还安装有一些电子控制板、传感器、接触器、继电器。低压电气柜内还设有变流器、主发电机通风机的通风道。
在辅助/逆变室与发电机间交界区设有变流器冷却用风出风管。
三、发电机间
发电机间分为上下两部分，上部为机车后面两组电阻制动装置工作区间，两侧都装有制动电阻进风（下部）和排风（上部）百叶窗，内部安装有两组电阻制动装置。下部安装有主发电机[牵引发电机（TA）和辅助发电机（AA）串联连接]以及用于启动柴油机的CTS起机转换开关。
四、柴油机间
柴油机间内安装有GEVO16型柴油机。柴油机输出端左侧设有盘车机构的接口。柴油机排气烟囱（消音器）安装于柴油机自由端增压器出口与后顶盖相关联。柴油机间中部顶盖外端安装有风喇叭。
五、冷却室
冷却室可分为前、后两部分：
前半部分上方装有冷却水箱、空滤器（柴油机空气滤清箱组件）；下方为集成的柴油机支持系统，其中包括机油滤清器、机油热交换器、燃油加热器、燃油滤清器、启动机油泵和低压燃油泵。
后半部分上面为冷却系统冷却装置封闭作业区，冷却装置上方设有由压缩空气驱动的散热器百叶窗，百叶窗下方为散热器，散热器下部装有冷却风扇；其左右两侧安装有供散热器进风的V形滤网。在冷却装置封闭作业区下部空间内，前端为牵引电机通风机、通风机滤清器及排尘风机；后端为空压机及供空压机冷却用的翅片管式冷却器。
冷却室后端墙上装有CA9控制箱，左右两侧还装有供后转向架用砂的砂箱。第三节机车主要技术参数
一、机车总体
1.型号 HXN 5 型
2.用途 客、货运
3.传动方式 交流传动（AC—DC—AC）
4.操纵方式 单司机操纵（保留副驾驶座椅）
5.机车具有电气和空气系统重联功能（同型号机车之间）
6.限界 符合GB146.1—1983
7.轨距 1435mm
8.轴式 C —C 00
9.机车整备重量 150×（1±3％）t
10.轴重（标称） 25×（1±3％）t
11.车轮 整体碾钢车轮
12.轮径 新轮1050mm，全磨耗950mm
13.额定功率（主发输入功率） 4400kW AAR标准状态
14.牵引（轮周）功率 4003kW AAR标准状态
15.牵引力（1）启动牵引力 620kN AAR标准状态（2）持续牵引力 565kN AAR标准状态
16.速度（1）最高运行速度 120km/h（2）持续速度 25km/h AAR标准状态（3）恒功率速度范围 22.3～120km/h AAR标准状态（4）最大恒功率速度 120km/h
17.最大电阻制动力 338kN
18.电阻制动功率 4004kW AAR标准状态
19.制动距离 ≤1100m（单机平直道，轨面状态良好，制动初速120km/h条件下，纯空气制动时的距离）
20.最小通过曲线半径 145m（三台机车重联，以5km/h速度通过）
21.最小摘挂曲线半径 250m
22.轴距 1850mm
23.转向架中心距 13298mm
24.机车尺寸（1）机车全长 21133mm±6mm（2）机车宽度 3119mm（司机室处）（3）机车高度 4770mm
25.车钩中心距 22295mm
26.燃油箱容量（可用） ≥9000L
27.砂装载量 500L
28.水装载量 1100L
29.机油装载量 1300L
30.车钩中心线距轨面高度 880mm±10mm
31.自负荷试验 电阻制动装置容量满足机车最大自负荷试验
二、机车主要组部件技术参数和结构特征（一）柴油机
1.主要技术参数（1）型号 GEVO16（2）型式 45°V形排列，16缸，4冲程，涡轮增压，中冷（3）缸径与冲程 250mm×320mm（4）燃烧室压缩比 16.8∶1（5）气缸总排量 251.3L（6）柴油机转速
①额定转速 1050r/min
②正常怠速转速 440r/min
③最低怠速转速 440r/min（7）活塞平均速度 11.2m/s（额定转速1050r/min）（8）在UIC标准大气条件下，额定功率时的平均最大爆发压力 19.5MPa 各缸间压力差不大于 1MPa（9）在UIC标准大气条件下，额定功率下平均有效压力 2.12MPa（10）在UIC标准大气条件下，最低工作转速的压缩压力 5.1MPa 各缸压缩压力差小于 0.25MPa（11）润滑油消耗 小于燃油消耗率的0.35％（12）外形尺寸（长×宽×高） 5105mm×1771mm×2603mm（13）柴油机质量 24857kg
2.结构特征（1）机体 带加强筋和角撑的单件铸铁结构（2）气缸套 离心铸铁，全加工（3）曲轴 硬化高质量钢材锻造，轴颈表面精磨（4）杆 锻钢，连杆并排安装、结合面带倾角（5）减振器 黏性减振器（6）涡轮增压器
①增压方式 恒压
②型式 单级离心式（7）中冷器 铜制管和散热鳍片、钢制壳体（8）主机油泵 曲轴齿轮驱动、正排齿轮泵（9）电子控制燃油控制系统
①型式 单体喷油泵、喷油器
②控制方式 速度调节
③喷油器结构 全机械式
④喷油泵结构 电子控制高压燃油喷射泵（10）冷却水泵 曲轴齿轮驱动、离心式叶轮水泵（二）交流电传动和控制系统
1.主发电机（柴油机额定转速1050r/min时）（1）型号 GE5GM201（2）容量 4690kVA，功率因数为0.955（3）输出电压（整流后） DC1400V（4）输出电流（整流后） DC3100A（5）励磁绕组电压 74V（6）励磁绕组电流 400A（7）重量 7806kg
2.辅助发电机（柴油机额定转速1050r/min时）（1）容量 480kV·A（2）输出线电压 三相 68V（励磁绕组） 201V（蓄电池充电绕组） 402V（通风机绕组）（3）输出电流 三相 330A（励磁绕组） 390A（蓄电池充电绕组） 580A（通风机绕组）（4）重量 1152kg
3.牵引变流器（1）型号 17KG530（2）重量 4540kg
以下为单个逆变器稳态数据（1）输入电压（最大值） 1400V（2）输入电流（最大值） 410A（3）输出电压（基波有效值） 1100V（4）输出电流（基波有效值） 850A（5）功率模块参数
模块数量 共36个，每轴3（+）、3（-）
型号 17FM789（+），17FM7790（-）
冷却方式 强迫风冷
冷却风量（最小值） 5.9m 3 /min，柴油机转速1050r/min时
模块重量 24.9kg
模块体积 432mm×356mm×127mm
4.牵引电动机（1）型号 GE5GEB32（2）功率 693kW（3）持续电流（基波有效值） 647A（4）最大启动电流（基波有效值） 851A（5）最高转速 3560r/min（轮径950mm、机车速度120km/h）（6）冷却方式 强迫风冷（7）重量 2450kg
5.电阻制动装置（海拔2828m，20℃自负荷）（1）型号 3个电机，3个风扇，6栅格1组，共3组（2）输入电压 1430V（3）输入电流（最大值） 2960A（4）持续功率 4233kW（5）重量（整个组件） 2554kg
6.散热器冷却风扇电机（1）型号 5GYA30（2）输入电压 402V（柴油机额定转速1050r/min）（3）输入电流 120A（4）功率 90kW（5）重量 757kg
7.辅助室、逆变器冷却风机电机（1）型号 5GDY89（2）输入电压 402V（柴油机额定转速1050r/min）（3）输入电流 112A（4）功率 30kW（5）重量 886kg
8.牵引电机通风机电机（1）型号 5GDY91（2）输入电压 402V（柴油机额定转速1050r/min）（3）输入电流 108A（4）功率 67kW（5）重量 1007kg
9.制动电阻冷却风扇电机（1）型号 5GY72（2）输入电压 247V（3）输入电流 101A（4）功率 25kW（5）重量 175kg
10.蓄电池（1）蓄电池电压 DC64V
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]