摘要：针对HXN3机车冷却系统在高温大功率牵引工况下散热能力不足的问题，在不改变机车原设计尺寸的基础上，通过改造散热单节、清洗散热单节、提前开启冷却风扇、刷新机车CPM板油水温度控制程序、利用CMD系统远程监测机车油水温度的办法，达到优化机车冷却效果的目的。
关键词：HXN3内燃机车；冷却系统；散热单节改造；刷新CPM板程序；CMD系统远程监测
一、前言
冷却系统是内燃机车的重要组成部分，是保证机车正常、可靠工作必不可少的部分。内燃机车上的冷却问题是个极重要的问题，它直接影响着柴油机和传动装置的功率发挥、工作效率、可靠性以及零部件的使用寿命。冷却系统的主要任务是保证内燃机在最适宜的温度状态下工作。为了维持这样的温度状态，冷却系统的散热能力必须与内燃机的使用工况和气候条件的变化相适应。随着我国铁路朝“高速、重载”方向发展，列车的牵引速度和牵引吨位不断提高，内燃机车柴油机功率不断提升，对冷却系统的要求也越来越高。HXN3机车冷却系统在高温大功率牵引工况下散热能力不足的问题凸显，由于油水温度高导致的动力组故障多发，尤其在气温陡然升高时，集中爆发现象明显，严重干扰运输秩序，造成巨大经济损失。
二、HXN3机车冷却系统的组成
HXN3机车冷却系统为密闭的水循环系统，分别为高温、低温冷却水循环系统。高温冷却水循环系统主要为柴油机动力组气缸套及机油提供冷却，低温冷却水循环系统主要为燃烧空气提供冷却。两个离心式冷却水泵安装在柴油机自由端辅助传动箱上，由辅助传动齿轮驱动。右侧高温水泵将冷却水泵入分流器后沿水管路分流到柴油机每一侧，通过机体内部的通路流向每个动力组气缸套的上部及气缸盖，通过各个出水支管进入总管，再返回散热单节散发热量并进行再循环。左侧的中冷水泵将冷却水送往四个中冷器装配，用来冷却进入气缸盖之前的空气。柴油机和中冷器流出的冷却水通过一个外部冷却系统，散去从柴油机中吸收的热量。这个系统包括冷却水箱、水位表、温度表、散热器和连接管路。
1-缸套水散热器；2-中冷水散热器；3-冷却风扇（2 个用于EPA 0 级；3 个用于EPA 2 级）；4-安全阀；5-水箱；6-主水泵；7-机油冷却器；8-主吸气器；9-中冷水泵；10-中冷吸气器；11-燃油预热器；12-16V265H 柴油机；13-排水；14-表示中冷水循环；15-表示柴油机冷却水循环；16-表示燃油预热器加热管路；17-表示冷却水放气管路。
三、冷却系统需优化问题的提出
针对HXN3型机车动力组故障频发问题，通过现场解体检查、发生区域统计、发生时间统计、故障部位统计等方式对问题进行统计，确定导致油水温度高的的主要因素如下：
（1）环境因素：高温高寒大风沙运用条件。
（2）本身设计因素：机车冷却系统效果不良，导致动力组工作温度过高。
在环境因素不易更改的前提下，针对机车水温高原因进行排查，发现国产HXN3机车散热单节结构较EMD机车不同，为上下分体式结构，中间位置有30mm缝隙，并且散热器片为开口式，春季飘柳絮时，容易导致散热单节堵塞，进而引起水温高，使柴油机工作环境恶化，拟对机车冷却系统进行优化改进，同时制定强化措施，减少环境因素影响，达到降低动力组热熔拉伤故障的目的。
四、优化方案
1.改造机车散热单节，增加冷却系统散热效果。采用原单节设计尺寸，在原结构中间隔层位置增加散热胀，改造后散热面积增加16%，总容水量增加24%，理论上可有效增强机车散热效果。
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（1）改造单节材质要求
散热管采用H96铜材制作，散热片采用H90铜材制作，散热芯主板采用Q295A钢板制作，其余零部件采用Q235A钢板制作。
（2）改造单节性能要求
改造后散热单节能够改善机车冷却效果，解决柴油机水温过高的问题。要求改造后散热单节散热面积增加250㎡以上，容水量增加140 L以上，整体冷却效果增加25%以上。
（3）改造单节工艺要求
散热单节制造工艺及要求按JB/T8577-2005执行，散热管和散热片使用S-Sn65PbSb焊锡进行焊接，散热芯主板镀锌、喷防腐漆进行防腐处理。
（4）设计尺寸要求
散热单节安装位置与原有一致；散热器法兰接口尺寸、位置与原有一致。散热单节整体外形尺寸为：长x宽x高=4905x1250x310mm；散热单节法兰接口尺寸分别为：1：长x宽x高=490x203x38；2：长x宽x高=381x178x33；3、4：长x宽x高=140x136x35。
2.在机车EM2000控制回路增加1000Ω电阻，改变冷却风扇开启动作值，使冷却风扇提前开启，增加冷却系统热平衡时间。机车原设计在水温达到85度时高温风扇全转速开启，加入电阻后，使高温风扇在75度时全转速即开启，在夏季环境温度高时，可有效改善机车动力组工作温度。
3.对HXN3机车水温、油温保护电喷程序进行修改，优化柴油机工作环境。原电喷程序冷却水温96度降功，滑油温度107度降功，修改为冷却水温90度降功，滑油温度95度降功。通过限制机车牵引功率，降低动力组作功产生的热能，降低活塞环所受的热负荷，减少因散热不良导致的动力组缸套拉伤故障。
4.制定散热单节吹扫办法，检查散热单节通透性，不良的下车整治。在春季对HXN3机车散热单节进行清洗，使用专用工具，垂直于单节利用高压风对单节散热进行吹扫，清除板翅式芯片组内部堆积的柳絮、沙尘等杂物，整治后检查单节透光度，透光度不良的重复整治，重复整治后透光度不良的更换散热单节。
5.利用机车远程监测与诊断系统（CMD），时时监测机车运行中的功率、机油温度、冷却水温度、曲轴箱压力、机油压力，对CMD反馈的各传感器数值低于标准值的，及时勾回检查，检测机车冷却系统性能。
运行中各传感器数值检查标准如下：机油温度不高于90度，0位手柄曲轴箱压力数值不高于0，滑油进口油压不低于140kpa，右侧增压器进口油压不低于45kpa，8位手柄曲轴箱压力数值不低于-12，滑油进口油压不低于600kpa，右侧增压器进口油压不低于350kpa。
五、优化方案实施进度
1.散热单节改造两台，分别为HXN30039、HXN30165机车，这两台机车散热单节改造前后，库内外负载实验对比机能实验数据，在日期、环境温度、牵引区段、牵引吨数相同的情况下，油水温度较改造前降低了5度左右，改造效果明显。目前正在跟踪运用效果，计划大批量进行更新改造。
2.冷却风扇提前开启加装10台，改造后机车没有发生油水温度高故障。计划全部进行加装。
3.更新CPM程序，全部机车已更新。
4.吹扫机车散热单节，全部机车已整治。
5.CMD数据分析，累计勾回油水温度超高机车55台，提前防止机车故障。
六、冷却系统优化后取得的效果
通过采取的制定的技术措施，2017年全年动力组发生故障发生32件，2016年全年动力组发生故障发生135件，减少比例达到75%，说明冷却系统优化措施采取得当，取得效果良好。
论文作者:李浩然
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/25
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