第9章 空气管路和制动系统

24199空气管路与制动系统是HXN5型机车的重要组成部分之一。空气管路与制动系统由风源系统、电空制动系统、辅助用风系统等组成。风源系统和辅助用风系统向机车的用风设备提供清洁、干燥的压力空气；电空制动系统向机车发送制动与缓解指令，实施机车和车辆的制动与缓解。空气管路与制动系统原理图如附图1所示。9.1风源系统风源系统由空气压缩机、压力传感器、后冷却装置、总风缸及自动排水阀、J1安全阀、空气干燥器、单向阀及空气滤清器等组成，如图9-1所示。图9-1风源系统空气管路与制动系统HXN5242和谐5型内燃机车9.1.1空气压缩机空气压缩机（又称风泵）是全列车制动系统和机车上其它气动装置的压力空气源，它的作用是把压缩空气提供给第一总风缸。在HXN5型机车上采用GardnerDenver旋转式螺杆空气压缩机。GardnerDenver螺杆空压机利用啮合螺旋转子来实现压缩。每一对转子由安装在压缩室外侧的高容量耐磨耗轴承支撑。转子两端用单列圆柱滚子轴承来承受径向载荷。另外转子的排气端还安装有角接触球轴承来承受轴向推力载荷。主动转子与从动转子并排安装。9.1.1.1基本机构（1）2个交流电动机电动机按其磁极（或绕组）的不同可以以2极或4极运转。机车控制系统通过选择功率接触器确定特殊操作。电动机可以以两倍柴油机速度或柴油机速度运转。两倍柴油机速度工作能够在柴油机空转时允许空气压缩机为空气系统输送空气，从而节约燃油。电动机布置图见图9-2。（2）空气滤清器两个纸质滤芯空气滤清器在空气送往空气压缩机的两个螺旋泵之前对出口空气进行过滤，并在靠近滤清器壳体处设节流显示器用作自检。空气滤清器布置图见图9-2。图9-2空气压缩机布置（一）（3）空气压缩机前、后端的油气分离器每台空气压缩机前后端均有1个由相互啮合的两个螺旋齿轮组成的油气分离器。它将机油/空气混合物经螺杆压缩，使机油从压缩空气中分离出来。布置图见9-4。（4）机油盒HXN52439空气管路与制动系统空气压缩机机油盒有两个重要的用途：A储存一定量的干净润滑用机油和使空气压缩机能有效工作所需的压缩机油；B在压缩空气进入机车空气系统前，扮演从压缩空气中分离机油的重要角色。机油盒的布置图见图9-3。(5)机油滤清器空气压缩机的机油滤清器用于将机油中微粒直径大于27微米的杂粒滤出。螺旋型滤清器位于机油盒之前。机油滤清器的布置图见图9-4。(6)机油检查孔位于机油盒上的机油检查孔可以从机车的左侧看到，并可直接观察机油油面的高低。机油检查孔的布置图见图9-3。(7)机油采样阀机油采样阀靠近机油检查孔，必要时用来采样。机油采样阀的布置图见图9-3。图9-3空气压缩机布置（二）HXN5244和谐5型内燃机车图9-4空气压缩机布置（三）9.1.1.2基本原理通过主动转子与从动转子在一个风筒里同步啮合实现空气压缩。主动转子有四个螺旋凸型齿（每90度一个）与从动转子的五个螺旋凹型齿（每72度一个）啮合。进气口位于空压机风筒的顶端驱动轴端边上。排气口位于空压机风筒底部边上，见图9-5。压缩循环开始时两转子在进气口未啮合，空气进入主动转子的凸型齿和从动转子的凹型齿组成的空腔内（如A图所示）。当两转子继续转动，进风口关闭，空气聚集在齿片空腔内并随着转子的转动沿轴向流动（如B图所示）。转子继续啮合，更多的主动转子齿进入从动转子齿沟，容积减小，压力升高。润滑油进入风筒可以带走压缩热量并密封腔体缝隙。容积减小，压力持续升高直到聚集在转子形成的腔体中的气油混和物经排风口排出（如C图所示）。每一个转子空腔都在高速连续地进行着同样的吸气、压缩、排气循环，释放出来的空气流持续、平稳且无冲击。压缩循环中的空气流-空气进入空滤器，经过进气止回阀后进入空压机进口法兰。经过压缩后油气混和物进入储油腔，在这里大部分汽化油通过改变流向和碰撞被分离出来。更多的汽化油通过离心运动被分离出来进入储油腔。空气和剩余的汽化油进入凝结元件中，在这里分离油气并经过一个排油管路派到空压机的低压区域。洁净的（几乎无油）的空气通过低压阀进入后冷却器、气水分离器，最后进入空气管路和控制系统。HXN52459空气管路与制动系统图9-5风筒润滑、冷却和密封-储油腔的油被差动压力压入，然后经过由冷却器、伺服油混和阀、油过滤器，再进入空压机。一部分油直接进入空压机内部润滑轴承和形成轴油封。其余的油喷入空压机转子间以便带走压缩热量、密封腔体间隙并润滑转子。9.1.1.3工作参数每个空压机由一个大转矩感应电机驱动。电机通过接线方法可实行2极和4极驱动。感应电机的额定电压和频率由机车辅助交流电机提供，使得压缩机和电机装配能释放相应的压缩空气来满足机车空气系统的需求。空压机和电机装配主要工作参数见表9-1：表9-1空压机和电机装配主要工作参数柴油机转速(r/min)交流电压（V）频率（Hz）电机接线电机轴转速（r/min）电机输入功率（kW）压缩空气流量（CMN）330126.4332极190016.11.52440168.5442极2560222.22580222.1582极340030.23.12330126.4334极9618.20.65440168.5444极129210.60.93580222.1584极171213.91.33888340.188.84极263621.72.311050402.21054极312226.12.899.1.2压力传感器总风缸空气压力传感器（MR1和MRR）测量第一总风缸出口处的压缩空气压力，工作压力范围101～1480kPa（0～200磅力/英寸2），机车控制系统利用该压力信号来开或关空气压缩机电动机，同时对空气压缩机加载或卸载时进行控制。最终结果是调节系统内的空气压力。总风缸空气压力传感器安装在空气压缩机控制板上，控制板位于冷却室右侧。HXN5246和谐5型内燃机车9.1.3空气压缩机后冷却系统在风源系统中，一个独立的后冷却系统用以冷却空气压缩机产出的压缩空气（如图9-6所示）。该冷却系统分为空气冷却。空气压缩机后冷却系统由下列主要部件组成：安全阀（图9-7）、四根翅片管（图9-8）、风缸和排污阀（图9-9）。四根翅片管大约连成1676.4mm×1371.6mm的矩形结构，布置在机车冷却室内，冷却风扇下方，形成空气冷却。排污阀用来排除风缸中所收集的水气。当来自排水阀电磁阀的压缩空气流经排污阀时，水气会被排出。排水阀电磁阀由计算机控制。图9-6空气压缩机后冷却系统1-后冷却器；2-低压安全阀；3-进气软管；4-翅片管（4根）；5-出气管；6-风缸。HXN52479空气管路与制动系统图9-8翅片管的位置图9-7水冷式后冷却器和安全阀HXN5248和谐5型内燃机车图9-9风缸和排污阀9.1.4总风缸与自动排水阀9.1.4.1总风缸总风缸的作用是储存压缩空气。HXN5型机车有两个直径为406.50mm长度为3952.5mm的总风缸。第一总风缸（称为总风缸1）装在机车的左侧上方，靠近管路端。第二总风缸（称为总风缸2）装在第一总风缸下侧，如图9-10所示。2个总风缸总容积为965.58L。如图9-1-11所示，总风缸外表面上有预先钻好的深度为1.60mm的故障警示孔，每个总风缸共有70个这样的故障警示孔。当压缩空气冷却时湿气会冷凝在风缸内，如果总风缸生锈或有破裂趋势，警示孔就有可能首先指示泄漏，并帮助防止风缸爆裂。机车总风缸安装时均稍微倾斜，以使水气集聚在风缸的一端。HXN52499空气管路与制动系统图9-10第一总风缸及自动排水阀图9-11总风缸故障警示孔9.1.4.2自动排水阀每个风缸倾斜的较低端均安装有一个自动排水阀，用于排出水气，如图9-12示。自动排水阀有加热、消音和过滤装置。HXN5250和谐5型内燃机车图9-12自动排水阀1-总风缸；2-执行空气管；3-排气口；4-阀体；5-阀座；6-手动旋钮；7-手动排水口。自动排水阀原理见图9-13。在总风缸压力传感器的每个工作循环中，自动排水阀可以自动排出总风缸中的水分。排水阀进口B与风缸上对应的法兰相联。排水阀自动执行入口A与总风相连。见视图1。当压缩空气进入入口A，推动活塞E向阀座F方向移动。随着活塞的移动，阀口C开启，冷凝水从出口D排出。见视图2。当活塞E移动到行程末端时，活塞端面与阀座F密合，关闭出口D，停止排水。见视图3。当进入入口A处的压缩空气排气时，入口A处压力降低，活塞E移动，使阀座F开启，冷凝水再一次从出口D排出。由于受节流孔G的限制，活塞E的移动延缓，阀座F的开通时间延长。这种延迟有助于确保风缸中的冷凝水全部从出口D排出。见视图4。当活塞E完成一次循环时，阀再一次在阀口C处关闭。见视图1。自动排水阀也可以进行手动排水，手动排水时，顺时针旋转手柄直至按钮抵住手柄，即可打开手动排水口（见图9-14）。HXN52519空气管路与制动系统图9-13自动排水阀原理图图9-14自动排水阀手动排水自动排水阀的执行空气管与阀座相连，这样，就可以将阀体组件从阀座上拆下来而不必排空总风缸的空气或拆下任何管路。HXN5252和谐5型内燃机车9.1.5J1安全阀J1安全阀安装在总风缸1和空气干燥器之间的管路上，是防止总风缸空气压力超压的安全装置，见图9-15。此安全阀监视总风缸压力，如果总风缸空气压力超过1034kPa，安全阀将会开启，使空气压力降至规定压力以下。HXN5型机车J1安全阀的下方管路上还安装有一截止阀，当J1安全阀故障，不能及时排出过高的压力空气时，可以打开此截止阀排出压力空气。J1安全阀的结构如图9-16示。图9-15J1型安全阀HXN52539空气管路与制动系统图9-16J1安全阀9.1.6空气干燥器空气干燥器主要作用是清除压缩空气中的水分，避免机车车辆的后续空气部件及空气管系发生冻结和锈蚀。HXN5型机车采用GW994型空气干燥器。1.基本机构GW994型空气干燥器采用模块化设计，由一个聚结式滤清器、一个遥控液体排放和自动调节排污阀、一个进口分流/排气阀、一个出口往复/排污单向阀、一个控制箱和一对干燥塔等组成，如图9-17所示。空气干燥器还带有一个湿度指示器以了解空气干燥器的运行状况。蓝色表示干燥器工作正常。其它颜色，如淡紫色、白色、黄色或棕色，表示干燥器需要进一步检查。1-护帽；2-阀杆；3-调节螺纹衬套；4-调节螺纹衬套锁紧螺母；5-弹簧上垫圈；6-调节弹簧；7-标识带；8-上腔体；9-阀销；10-弹簧均衡器；11-阀；12-行程环锁定销；13-行程环锁定螺钉；14-锁定弹簧；15-行程环；16-阀座；17-阀体；18-铅封；19-护帽螺钉。HXN5254和谐5型内燃机车图9-17GW994型空气干燥器2.工作原理GW994型系列空气干燥器的工作原理用图9-20到图9-22的空气流动图来说明。空气流动图例在图9-18中表示。干燥器有两种周期：非记忆周期和记忆周期。两种周期的时间都为130秒。每个完整的周期有4个阶段，见下面的表9-2。半个完整周期先是是17秒的干燥再增压过程，接下来是48秒的干燥和再生过程，。从表9-2中可知整个完整循环的第一个阶段是A塔再增压过程，持续17秒。这个过程在循环时间开始通电的时候就已经完成。表9-2：994系列空气干燥器循环周期4阶段2.1基本工作原理通过最初两个阶段后，过滤器已经除去了大部分的油、水和杂质。通过干燥气的压缩空气现在只含有水蒸气。水蒸气在压缩空气通过干燥后被除去。“湿”空气通过进口分流阀直接进入2个干燥剂室。空气向上经过第1干燥室，向下经过第2干燥室。干燥剂是装在一个布袋中，在需要时方便更换。干燥剂被紧紧地固定在一个气动活塞上，活塞装载每个干燥室顶部的一个可移动的圆盘上。从第2干燥室出来的干燥空气经过出口往复阀后向机车和客车空气系统提供干燥无油和洁净的压缩空气。循环阶段1234A塔再增压干燥干燥再生B塔干燥再生再增压干燥阶段时间17秒48秒17秒48秒HXN52559空气管路与制动系统当压缩空气经过干燥床时，水蒸气被干燥床吸收。在一个干燥周期内，进口分流阀控制空气进入两个相对的干燥室。已经吸附水气的干燥剂可以再生，吸附的