HXN5机车概述
HXN5机车起机原理及典型故障分析
HXN5机车起机原理及典型故障分析1、概述HXN5机车是中国南车戚墅堰机车有限公司与美国GE公司合作研发的大功率内燃机车，采用交流传动。
机车具有良好的牵引、制动的性能。
机车的启动方式，与我们厂生产的DF系列机车不同。
东风系列机车启动是通过一个启动电机带动柴油机起动；而GE机车是通过给逆变器供直流电使其产生交流电驱动交流发电机带动柴油机爆发启动。
本文主要介绍柴油机启动过程及典型故障分析。
2、HXN5机车柴油机起动过程简介机车控制面板上的柴油机控制开关（EC开关）置于“启机”位，按下起机按钮，智能显示器DS跳出启机界面，起机警铃响起，智能显示器DS同时向集成输入输出控制板CIO 发出接通滑油泵和燃油泵的指令。
通过压力传感器感应返回的数据来确认管路里滑油和燃油是否达到起机要求。
智能显示器DS同时还通过CIO来启动转换开关CTS，选择5位牵引电机还是6位牵引电机的逆变器，使牵引电机的逆变器与主发电机的定子3相绕组连接，再通过CTS其他触点接通主发励磁线。
主发电机3相定子绕组与主发励磁绕组成串联，主发电机变成交流启动电机。
智能显示器DS确认以上动作完成后，发出指令闭合蓄电池正极接触器，断开滑油泵。
蓄电池正极接通后，智能显示器DS向牵引电机控制器TMC发出指令，TMC再指示5位或6位的逆变器投入，把直流电转变成交流电压，所产生的电流施加在牵引电机的输出绕组上，同时直流电流流进主发电机的励磁绕组。
主发电机做为启动电机旋转起来。
智能显示器DS通过柴油机控制单元提供的曲轴速度传感器来获取转速，当转速到30转时，智能显示器DS要求CIO控制板闭合柴油机启动程序接触器GSS，让启动电路电流增加，使柴油机转速增加，达到柴油机能够爆发的转速。
当柴油机爆发后，转速达到200转分后，ECU通过网络把数据传输给智能显示器DS，智能显示器DS就终止柴油机启动程序。
与柴油机起动相关的控制系统如下图（图1）：HXN5机车启动程序是复杂的。
HXN5型大功率交流传动内燃机车
效率 ９６％
质量 ７８０６ ｋｇ
限界 符合ＧＢ１４６．１－８３
轨距
１ ４３５ ｍｍ
轴式 轴距
Ｃ０ － Ｃ０ ２×１ ８５０ ｍｍ
１ 机车主要技术参数
Ｈ Ｘ Ｎ５ 型机车主要技术参数如下：
传动方式 交流电传动
操纵方式 单司机操纵
作者简介：郝金伟（１９７８－）， 男，工程师，主要从事铁路 机车产品的研究开发工作。
HXN5 High-power AC Drive Diesel Locomotive
ＨＡＯ Ｊｉｎ－ｗｅｉ
(Technical Center, CSR Qishuyan Locomotive Co.,Ltd., Changzhou,Jiangsu 213011,China)
柴油机的主要技术参数如下：
缸径与冲程 ２５０ ｍｍ×３２０ ｍｍ
压缩比 １６．８：１
限值（７ ￣ ２ ５ ℃＠ ０ ｍ ， ７ ￣ ２ ２ ℃＠ １ ０ ０ ０ ｍ ） ０．４０ ｇ／ｋＷ·ｈ
２．０ ｇ／ｋＷ·ｈ
７．４ ｇ／ｋＷ·ｈ
０．２７ ｇ／ｋＷ·ｈ
HXn5型机车-5
电气原理图见图5-4。由图中可见整流器是由三个二极管整流桥臂构成，分别是RMA、RMB、RMC。逆变器一共有6台，分别是INV1、INV2、INV3、INV4、INV5和INV6，它们的电气结构完全一致。
图5-5是INV1详细电气原理图，主要由支撑电容（C11、C12）、IGBT器（P1AP～P1CP、P1AN～P1CN）、电流传感器（CM1A、CM1B）、电压传感器（VAM10）、快速熔断器（F1A1～F1C2、F1A2～F1C2）、IGBT驱动电源（GDP1）、牵引控制器（TMC）构成。支撑电容的作用是稳定中间直流电压，防止逆变器开关动作时直流电源的浪涌电流和尖峰电压。IGBT是逆变器的核心开关器件，按照一定的顺序开关相应的IGBT器件，就能产生驱动牵引电机的三相电压。电流传感器用来检测2个桥臂的电流，也即是牵引电机的2相电流，该电流信号经过牵引控制器TMC计算后，产生控制逆变器工作的PWM调制信号。电压传感器（VAM10）测量两处电压，中间直流电压和牵引电机三相线电压，中间直流电压信号主要用于保护，牵引电机线电压信号则通过牵引控制器TMC产生控制逆变器工作的PWM调制信号。桥臂快速熔断器主要用于保护IGBT 器件，当逆变器任一桥臂发生短路故障时，所在桥臂电流快速增大，快速达到快速熔断器的整定值，快速熔断器断开该桥臂，避免该桥臂上的IGBT器件被短路电流损坏。IGBT驱动板电源（GDP1）将机车蓄电池电压74V转化为100V、25Hz的方波电压为IGBT的门极驱动板提供工作电源。牵引控制器（TMC）是这个逆变器的核心控制单元，主要由6块微机插件板和2块光纤驱动板构成，它将电压传感器、电流传感器和速度传感器等输送的信号经过数模转化后，按照矢量控制的算法产生PWM调制信号，通过光纤驱动板将信号传送给IGBT驱动板，以控制相应IGBT器件的通断，产生满足司机指令要求的三相交流电压，驱动牵引电机工作。表5-1列出6个牵引逆变器中各关键部件的代号（与INV1对照）。
GE机车总体教材(HXN5)
ES59ACi------- ES：GE公司改进型59：5900马力AC：交流电机ES59ACi——E，GE公司；S,单司机室；59，5900马力AC，交流传动；I,改进型机车号: 50001 — 50300关键性能要求环境温度: -40℃ ~ +45 ℃海拔: 0m ~ 2500m(不和最高温度同时发生)机车总重: 150T +/- 3%名义轴重: 25T +/- 3%轴-轴平衡: +/- 2%(关于平均轴重)轮-轮平衡: +/- 4%(关于同一轴平均轮重)轨距: 1435 mm机车限界:符合GB146.1-83重联机车数: 3 maximum（最多）轮径界限: 1050 mm (新) 950 mm (磨损)轴式: CO-CO机车结构：承载车底架，外走道，单司机室，双操作台，两个方向机车柴油机功率: 4660 kW 额定功率能随海拔高度变化自动修正额定牵引功率: 4400 kW(标准工况下输入到牵引发电机)最大时速: 120 km/hr最大启动牵引力: 620 kN (在计算轮径情况下)持续牵引力: 559 kN (在45℃海拔303米计算轮径情况下)最大紧急制动距离: 1100m (时速120km/h在清洁平直轨道上)油箱容积：可用9000L蓄电池：密封铅酸蓄电池空压机：两台螺杆式压缩机机车用途：客运和货运操作：单司机，有助手座重量：150吨+/-3%轴重偏差：所有轴：平均轴重偏差+/-2%单轴轮重偏差：平均轮重偏差+/-4%高：4774.60mm(4.7m) 宽：3119.12mm(3.1m) 长：22.3m机车布置图设备位置（第1部分,共2部分）在整个机车中分布有各种电气、风动、电子和机械系统。
下图描述了主要部件的位置,以供读者熟悉。
设备位置21 262130423013 222444 23 17 29 33 12 16 7 28 32 1342414237 20 31 132325 24 44 482914 1 40 34 13 18 26 35 20 48 29 41912 46 36 27 2 1 7 28 8 51 50 6 32 11 39 6 26 18 21 42 2113434238 47 3 14 15 47945 40 10 29 31 38 5A A34 52411 柴油机2 主发3辅发4 逆变器室5 空气压缩机6 冷却风扇7 烟囱8 柴油机水箱9 润滑油滤清器10 润滑油冷却器11 百叶窗12 电阻制动13 砂箱14 蓄电池箱15 燃油箱16 主风缸17 厕所18 控制区919 电气室20 控制区121 加砂口22 空气制动设备23 司机控制台24 座椅25 座椅26 头灯箱27 风笛28 柴油机进气滤清器29 旋转滤清器30 标志灯31 牵引电机通风机32 牵引电机通风机滤清器33 辅助通风机34 排风机35 天线36 启动转换开关37 冰箱38 牵引电机39 散热单节40 纳污箱41 灭火器42 车钩43 空调44 侧壁加热器45 燃油加热器46 主发通风道47 转向架48 电台室49 燃油滤清器50 润滑油预润滑油泵51 低压油泵52 电炉子和烤箱设备位置（第2部分,共2部分）LHT 后转向架 OCN 主司机顶操纵台 OCL 司机室左侧 OCO 司机室顶部 OCR 司机室右侧 OHN 副司机顶操纵台 PLH 后车底架 PSH 前车底架 RAD 冷却室 RAL 冷却室左侧 RF1 冷却风扇1 RF2 冷却风扇2 RLA 电台室 ROO 顶端室 SHC 前端 SHT 前转向架 TOA 厕所 TMB 牵引电机通风机 TM1-6 牵引电机AB1-2 空气制动柜 ABM 辅助通风机电机 BL1-3 电阻制动通风机 CA1 控制区1 CA2 控制区2 CA3 控制区3 CA4 控制区4 CA5 控制区5 CA6 控制区6 CA9 控制区9 CDM 空压机电机 CON 主司机操纵台 CTS 启动转换开关 DBG 电阻制动电阻栅 ECP 柴油机控制面板 ENL 柴油机左侧 ENR 柴油机右侧 FOD 冰箱区 HCN 副操纵台 PLH RADRF2 RF1 ENL ENR ALT CA2 CA4 CA3 CA5 AB1 OCRFODPSH SHCOCL CA6PSHOCN SHCCON CA6TM1 TM2TM3 SHT CA1 OHN ABMCA4 CA5 BL1 BL2 BL3 DBGALT CTS BATT TM4 TM5 TM6 LHT RF1 RF2TMB PLHCA9 CDM AB2 图 2.机车电气柜位置。
HXN5机车总体
气动电源控
燃油 泵继 电器
制继电器
响铃 继电 器
司机带式加热器继电器
C
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
曲轴设 置继电 器
AB
空调关闭 继电器
A 1
入/输出操作
中
紧急打磨 继电器
警报继 电器
的
备份气动切 CMV摄像 断继电器 头关闭开关
设 备
HXN5(ES59ACi)机车
前
双向单司机室 卫生间
电阻制动单元
通风机
GEVO柴油机室
A侧（右）
电气 设备柜
辅助室
发电机室
散热器室
B侧（左） 蓄电池
牵引电机 通风机
GEB32
后
牵引电机
机车上的工作间
辅助室[高压柜（HVC）/电气室]
蓄电池移车：
机车在柴油机停机状况下可通过车上蓄电池进行低速移动。
下列数据适于单机、平直轨道。
测量总风缸#1 压力的压力传感器(MR1&MRR）
RSCV1 FSCV2
MRR 撒砂切断塞门
总风缸切断塞门
CA9 内部的设备布置
RSCV1 FSCV2 后后 端端 后前 撒撒 砂砂 电电 磁磁 阀阀
总风缸排水
阀电磁阀 DVMV
FSMV1
保
护 二
流向控制阀
极
管
FSMV2
SMVI
百叶窗电磁阀
SMV2
水流选择切断塞门 百叶窗切断塞门
布
通信管理单 元继电器
端 子 板
置
端
T
子
B
板
联动 线电
控制电源 滤波器
HXN5型机车技术参数
型号HXN5备注传动方式交流传动机车全整备重量150t +3% -3%两端车钩牵引面距机车总长（两端面间）21133±6 mm3119±6 mm机车高度4770±6 mm4400KW4003KW620KN565KN最高运行速度120Km/h25Km/h22.3-120Km/h最大电阻制动力338KN4004KW≦1100m最小通过曲线半径145m最小摘挂曲线半径250mm砂箱容量500L柴油机外形尺寸质量24857Kg燃油箱可用容积9000L水箱总容量1125L整个水系统容量1550L水装载量1100L机油装载量1300L柴油机型号GEVO16型式缸径与冲程250mmX320mm压缩比气缸总排量251.3L柴油机转速最高额定转速1050r/min正常怠速转速440r/min最低怠速转速440r/min活塞平均速度HXN5型机车技术参数22295±6 mm机车宽度（司机室处）额定功率(AAR标准状态)轮周功率((AAR标准状态)最大起动牵引力(AAR标准状态)持续牵引力(AAR标准状态)持续速度(AAR标准状态)恒功率速度范围(AAR标准状态)电阻制动功率(AAR标准状态)制动距离(单机平道,制动初速120Km/h,纯空气制动)5105mmX1771mmX2603mm45oV型排列16缸4冲程涡轮增压中冷16.8：111.2m/s(额定转速1050r/min)在UIC标准大气条件额定功率下平均最大爆发压力19.5MPa,各缸间压力差不大于1MPa平均有效压力2.12MPaHXN5型机车技术参数发火次序功率燃油消耗率燃油消耗率KW排放优先模式油耗优先模式g/kwhg/kwh4660214± 3%200± 3%4480-200± 3%0/454550-206± 3%700/404660-204± 3%2500/23中冷器增压器额定增压比3.35:1额定流量3.75kg/s压气机额定效率81%最大允许转数27500r/min柴油机技术参数2.12Kpa总管排气温度575±5%℃烟囱排遣气温度420±5%℃支管排气温度515±5%℃柴油机冷却水工作温度60-110℃冷却水正常工作压力310Kpa润滑油进口温度74-91℃润滑油出口温度83-102℃加载时最低润滑油温度60℃200Kpa650Kpa最低启动油水温度5℃增压器最高允许转速27500rpm增压器涡轮前最高温度732℃额定功率时中冷器效率89%-92%在UIC标准大气条件额定功率下最低工作转速压缩压力5.1MPa，各缸间压力差小于0.25MPa（气缸号从自由端起，面向输出端，右排为右1～8，左排为左1～8）右1-左1-右3-左3-右7-左7-右5-左5-右8-左8-右6-左6-右2-左2-右4-左4海拔高度/环境温度°C标准环境/25在UIC标准大气条件下，最低工作转速时的燃油消耗率：18.5 ±3% kg/h。
HXN5机车总体
2机车总体2 .1 机车总体布置HX N5型机车（外形见图2-1）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GEVO 16型柴油机、交流电传动和控制系统、车体、转向架、机油润滑系统、冷却系统、燃油系统、空气滤清系统、设备通风系统、CCB Ⅱ型空气制动系统等组部件及系统所组成。
图2-1 HX N5型内燃机车外形图HX N5型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2-2 HX N5型内燃机车总体布置图所示。
67图2-2 H X N 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.C T S 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.起动机油泵 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H X N 5 8和谐5型内燃机车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。
车体上面部分为相对独立的4个室（图2-3）：司机室（OP ）、辅助/逆变室（AUX ）、动力室和冷却室（RAD ）；其中动力室分为两间，即发电机间（ALT ）和柴油机间（ENG ）。
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。
HXN5大功率机车LKJ2000安装手册
X38T:2 X38T:5
ZX9:2
线 5×0.75mm2
CANA_H CANA_L
J161A J162A
X38T:6 X38T:7
ZX9:11 ZX9:12
塑料护套屏蔽 线
CANB_H
J161B
X38T:8
ZX9:13
CANB_L
J162B
X38T:9
ZX9:14
显示 15V-
ZX9:8
ZX9:9 短接
自带电缆 1.5m
1
74V电源
10 电子标签及支架
双向
套1
自带电缆 9.9m
11
双针速度表
160量程 74V照 套
明
12 TSC1及安装支架 ZS765-110-000 套
2 从 120到 160为红色 1
13
车载通话器
RT-1型
套2
74V电源
14
TAL93接线盒
ZS370A-00-00 个 1
15 WLAN/GPRS二合一 900/2400HBNT 个
15V速度通道 2
J170 J131 J132 J179 J133
X34T:2 X34T:3 X34T:4 X34T:6 X34T:5
端子排----数模盒 端子排--（2轴数传） 端子排--（2轴数传）
端子排----数模盒 端子排--（5轴数传）
5× 0.75 mm2 塑料护套 屏蔽线 RVVP
屏蔽地 压力 15V+
图号：ZS447-001-000(2007-004)
装置线 起点
终点
导线规格 线长
号
名称
J195 J169
X30T:1
机车端子排 P1-J195/TB3C-A 机车端子排
HXN5机车介绍
端。司机侧称为B侧（左侧）,副司机侧称为A侧（右侧）。
前端， 也称短端
后端， 也称长端
• 从前端开始：依次为司机室－电器间－电阻制动间－柴油 机间-空气间－冷却间－下部走行部
1.司机室：
柴油机油尺
柴油机加油孔
柴油机加油 孔盖为涨塞 式，为日常 补油用。
柴油机动力组总成
特性:
• 动力组包括摇臂箱、气缸盖、缸套定 位装置、缸套、连杆、活塞、活塞销 ，统称为柴油机动力组。
• 气缸盖通过螺栓紧固在气缸套上，整 个动力组用液力张紧方式紧固，整体 为长动力组，摇臂箱盖、气缸盖、缸 套、定位座为短动力组，日常维修时 可根据需要，分别吊长动力组或短动 力组。
2.机车特性曲线（电阻制动特性）
在全功率下持续牵引力620KN，轮周功率3980KW。持续牵引力较比 国产机车DF4型435KN、 DF8型480KN高1.2-1.3倍，轮周功率较比 DF4型1985KW高2.0倍。
3.机车主要技术参数
限界：符合GB146.1-83，与国产机车相同 轨距：1435mm ，与国产机车相同 轴列式：CO—CO ，与DF4B机车相同 机车全长：22295mm，DF4B机车全长21100mm，比DF4B机车略长 额定功率（主发输入功率）：4400kW，DF4B机车主发输入功率：
通常使用 第六变频器 蓄电池组 启机及移车， 当第六电机 故障时，使 用第五变频 器，其它变 频器不具有 这两种功能。
启机 移动机车
第二部分：机车主要技术参数
1.机车特性曲线（牵引特性）
当机车运行速度达120km/h时，轮周功率为3440KW，制动力为 350KN。较比国产机车DF4B型轮周功率1950KW高1.7倍；制动力较比 DF4型212KN、 DF8型制动力240KN高1.4-1.6倍。
和谐5型内燃机车
和谐5型内燃机车美国中国中华人民共和国铁道部HXN5型柴油机车是中国铁路的柴油机车车型之一，由南车戚墅堰机车有限公司及美国通用电气公司（GE）共同研制，该型机车是在通用电气公司为北美市场提供的“创新”系列柴油机车和AC6000CW型柴油机车基础上，根据中国铁路技术规范改进设计而成6000马力交流传动货运柴油机车，机车轴式Co-Co，轴重25吨，采用单司机室外走廊车架承载结构车体、“GEVO-16”电子喷射柴油机、IGBT 牵引变流器、“CCA”微机控制系统等技术，可在平直线路上单机牵引5,000吨货运列车，最高运用速度为120公里。
发展历史背景自2003年刘志军出任中华人民共和国铁道部部长后，提出并实施铁路“跨越式发展”，以尽快缩小在铁路机车车辆装备上与国际先进水平的差距。
2003年11月，中国铁道部与中国南车、北车集团及其重点企业共同制定了《加快铁路机车车辆装备现代化实施纲要》，并选择了6家机车制造企业作为引进先进技术和自主创新依托的主体。
2004年1月，中国国务院常务会议通过了《中长期铁路网规划》；2004年4月，国务院常务会议研究通过的铁路机车车辆装备现代化实施方案明确指出，“加快我国铁路运输装备现代化，要按照引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌的总体要求，力争在较短时间内，使我国机车车辆生产能力达到世界先进水平”[1][2]。
根据国务院确立的上述方针，中国国家发改委与铁道部于2004年7月联合下达了《大功率交流传动电力机车技术引进与国产化实施方案》，正式开始了新型交流传动大功率机车的采购过程。
引进2003年，中国南车集团戚墅堰机车车辆厂被中国铁道部列为铁路装备行业技术引进重点扶持的六强企业之一，在铁道部的协调下，戚墅堰机车车辆厂选定了美国通用电气公司（GE）作为合作伙伴，并进行广泛接触和交流，在从技术转让到人员培训等种种细节方面达成共识。
2004年10月28日，中国技术进出口总公司《大功率交流传动内燃机车采购和技术引进项目》询价书正式发标。
HXN5型机车辅助发电机供电线圈故障数据诊断
0 引言HX N5型机车是大功率交-直-交电传动内燃机车，由额定功率为4 660 kW的GEVO 16型柴油机、交流电传动和控制系统、车体、转向架、机油润滑系统、冷却系统、燃油系统、空气滤清系统、设备通风系统、CCBⅡ型空气制动系统等部件及系统组成。
HX N5型机车的辅助交流发电机（简称辅助发电机）及辅助发电机励磁控制器（AAC）与牵引交流发电机安装在同一组件内，辅助发电机包括1个励磁绕组和3个独立输出绕组。
在柴油机运转和辅助发电机励磁绕组有电流的情况下，3个输出绕组为HX N5型机车的所有辅助系统提供必要电源，其中包括电子控制系统、柴油机冷却系统、压缩空气系统和蓄电池充电系统。
辅助发电机负载大，故障频发，因此辅助发电机的故障分析诊断尤为重要[1-3]。
1 辅助发电机结构原理及功能辅助发电机有3个完全独立的三相交流电输出，分别产生3个不同的输出绕组。
图1所示为辅助发电机的励磁绕组和3个输出绕组，分别为励磁供电绕组、蓄电池充电供电绕组、辅助电动机供电绕组。
1.1 励磁供电绕组在牵引发电机（TA）励磁供电电路中，除辅助发电机励磁供电绕组外，另外还有3个器件，即牵引发电机控制器（TAC）、牵引发电机保护板（TAP）和励磁绕组。
辅助发电机励磁供电绕组输出三相交流电，在柴油机第8手柄位时其达到AC 67 V的最大线电压。
该交流电被施加到TAC输入端。
在智能显示器3的控制下，HXN5型机车辅助发电机供电线圈故障数据诊断王涛（中国铁路哈尔滨局集团有限公司 佳木斯机务段，黑龙江 佳木斯 152004）摘 要：对HXN5型大功率交-直-交电传动内燃机车辅助发电机结构原理及功能进行介绍，通过对HX N5型机车运行数据的比对及典型案例的分析，得出HX N5型机车辅助发电机系统故障保护方式，可为机车辅助发电机故障诊断提供参考。
关键词：HXN5型机车；辅助发电机；励磁控制器；AAC；励磁绕组中图分类号：U262 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2018）06-0066-05 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2018.06.066作者简介：王涛（1985—），男，工程师。
HXN5机车总体
02.机车总体布置——司机室
LKJ-2000
DS2
DS1
电台 EBV
备用制动
撒砂
风笛
司控器
警惕按钮
12
02.机车总体布置——司机室
13
02.机车总体布置——司机室
14
02.机车总体布置——司机室
6
2 34
15
15
02.机车总体布置——司机室
23 1
16
02.机车总体布置——司机室
CA1（控制区1）
50
02.机车总体布置——冷却室
柴油机引射管 油气分离器
A侧
柴油机放水阀
离心式水泵
51
02.机车总体布置——冷却室
旗形放气阀 簧载式注水阀 紧急停机按钮
水箱
水表
注意：切勿将
冷却水加注满水 标记以上的位置。 否则低温时 ,会 造成柴油机严重 损坏并可能冻结 散热器。不要让 水位下降到缺水 标记以下,因为将 会发生水泵空泡, 从而引起低水压、 冷却不良和柴油 机过热。
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02.机车总体布置
司机室
辅助室
发电机室
柴油机室
冷却室
HXN5型内燃机车工作室示意图
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02.机车总体布置——辅助室
机车控制区（CA）是机车上的一个封闭区域，其中安放了由电子控制和电功率调节系
统组成的若干设备。各控制区如下图所示。
HXN5型内燃机车控制区示意图
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02.机车总体布置——辅助室
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.牵引电机 10.柴油机
11.空气滤清器箱 12.膨胀水箱 13.低压燃油泵 14.起动机油泵 15.机油热交换器 16.牵引电动机通风机 17.冷却风扇 18.通风机滤清器箱装配
hxn5型机车技术参数（TechnicalparametersofHXN5locomotive）
hxn5型机车技术参数（Technical parameters of HXN5 locomotive）ModelHXN5 remarksTransmission modeAC driveThe kerb weight of locomotive150t +3% -3%Traction distance between two ends of couplerTotal length of locomotive (between two ends)21133 + 6 mm3119 + 6 mmLocomotive height4770 + 6 mm4400KW4003KW620KN565KNMaximum operating speed120Km/h25Km/h22.3-120Km/hMaximum resistance braking force338KN4004KWLess than 1100mMinimum pass radius145mMinimum radius of pick and pull curve 250mmSand box capacity 500LOutline size of diesel engineQuality 24857KgFuel tank usable volume 9000LTotal capacity of water tank 1125LThe capacity of the whole water system is 1550LWater loading 1100LOil loading 1300LDiesel engine model GEVO16typeBore and stroke 250mmX320mmCompression ratioTotal displacement of cylinder 251.3LDiesel engine speedHighest rated speed 1050r/minNormal idle speed 440r/minMinimum idle speed 440r/minAverage speed of piston type HXN5 Locomotive technical parameter is 22295 + 6 mmLocomotive width (CAB room)Rated power (AAR standard condition)Wheel power ((AAR standard condition)Maximum starting tractive force (AAR standard condition) Continuous traction (AAR standard condition)Continuous speed (AAR standard condition)Constant power speed range (AAR standard state) Resistance braking power (AAR standard condition) Braking distance (single plane, brake muzzle velocity) 120Km/h, pure air brake)5105mmX1771mmX2603Mm45oV arranged 16 cylinder 4 stroke vortexWheel supercharging intercooler16.8:111.2m/s (rated speed 1050r/min)Under the UIC standard atmospheric condition rated powerThe maximum burst pressure is 19.5MPa, and the pressure difference between cylinders is notGreater than 1MPaFiring order of technical parameters of 2.12MPaHXN5 locomotive with average effective pressurePower fuel consumption rateKW emission priority mode fuel consumption priority modeG/kwhg/kwh4660214 + 3%200 + 3%4480-200 + 3%0/454550-206 + 3%700/404660-204 + 3%2500/23IntercoolerSuperchargerRated supercharging ratio 3.35:1Rated flow 3.75kg/sCompressor rated efficiency 81%Maximum permissible revolution 27500r/minTechnical parameters of diesel engine2.12KpaThe exhaust temperature of the manifold is 575 + 5%Over 420 chimney gas temperature of - 5% DEG CThe exhaust temperature of the branch pipe is 515 + 5%The working temperature of the cooling water of diesel engine is 60-110 degrees centigradeNormal working pressure of cooling water 310KpaThe inlet temperature of lubricating oil is 74-91 degrees centigradeThe lubricating oil outlet temperature is 83-102 degrees centigradeThe minimum lubricating oil temperature is 60 OC200Kpa650KpaThe lowest start-up oil temperature is 5 CMaximum allowable speed of turbocharger 27500rpmThe maximum temperature is 732 degrees before the turbocharger turbineEfficiency of intercooler at rated power 89%-92%Under the UIC standard atmospheric condition rated powerMinimum operating speed, compression pressure 5.1MPa, pressure between cylindersThe force difference is less than 0.25MPaThe cylinder number starts from the free end, faces the output, and the right rowRight 1~8, left row 1~8), right 1- left 1-, right 3- left3- right 7-, left 7-, right 5-, left 5-, right 8-, left 8-, right 6-, left 6-, right 2-, left 2-Right 4- left 4Altitude / ambient temperatureThe degree of CStandard environment /25Under the UIC standard atmospheric condition, the fuel consumption rate at the minimum operating speed is 18.5 + 3% kg/h.Lubricating oil consumption rate: less than 0.35% of fuel consumption rateUnder the UIC standard environmental conditions, the rated power of medium coolingEfficiency: 89% -92%Under the UIC standard environmental conditions, the rated power of medium coolingWater inlet temperature: 47 DEG CUnder the UIC standard environmental conditions, the rated power of medium coolingWater temperature at outlet: 70 CAverage efficiency at rated powerpressureFull speed range and correspondingLoad and powerWith the speed of diesel engine, the ringModerate water temperature changesturnThe power will be limited to secondHandle position, water temperature lower thanThe limit was fifth at 71Handle position440r/min lubricating oil pressure and oil temperature at 82Technical parameters of diesel engine parameters of 1050r/min lubricating oil pressure type HXN5 locomotiveThe inlet water temperature of intercooler is 47 centigrade The outlet water temperature of intercooler is 70 centigrade Overspeed protection value of diesel engine 1150r/min Output flow of main lubricating oil pump 2175L/min1050r/min Output flow of main lubricating oil pump 961L/min440r/minCrankcase pressure protection valueFuel pump output flow 56.8L/minThe output flow of cooling water pump is 2270L/min + 10%Low protection value of cooling water pressureLubricating oil low pressure protection valueRefrigerator state protection valueInlet oil temperature of diesel engineDiesel engine speed and lubricating oil pressurespeedOne hundred and sixteen thousand one hundred and sixteen176.5176.5389.5341.5Four hundred and twenty-nine thousand three hundred and sixty-sevenFour hundred and sixty-six point five three nine twoFour hundred and eighty-two point five four one three420-640kpaFuel safety valveLess than 24 degrees normally openTurn off at 24All closed more than 30 DEG CDiesel engine speed and hydraulic pressure limit335 no actionForty-four thousand and twenty-five point seven twoFifty-eight thousand and thirty-seven point zero nineEighty-eight thousand eight hundred and sixty-two Point Zero FiveNinety-two thousand five hundred and sixty-five point zero eightNinety-nine thousand five hundred and seventy point seven four One hundred and five thousand and seventy-five point two two 4 + 3 OCDiesel engine lubricating oil inlet temperature, diesel engine speed, diesel engine total power>498Pa0.5 seconds shutdownAt 290Kpa25kPa (440r/min)(75kPa) (1050)R/min)One hundred and elevenKPa (440r/min)482 kPa (1050)R/min)Inlet lubrication of diesel engineOil temperature is less than60 degree C, reducing workAt 91 CLubricating oil pressureLess than or equal to 85 DEG CLubricating oil pressureILIP is less than or equal to 110 DEG C440 rpm580 rpm888 rpm925 rpm995 rpm1050 rpmCoasting 440 RPM fuel pressure600-640kpa1050 RPM fuel pressureOpening pressure 900kpaThermostatic valve switch and main combustion oil temperature Degree relationAction of automatic drain valve of diesel enginevalueTemperature setting of lubricating oil inlet temperature of diesel engine over temperatureThe technical parameters of HXN5 locomotive are normalNormal at 88 -91 CCooling fan speed0 customs pass1.2.ThreeFour5 full speed6 full speed7 full speed at full speedSelf valve handle positionFreight car positionSet non dwell pressureSelf valve handle transferInitial braking position of self valveFull braking positionSlave valve inhibit bitSelf valve handle reconnectionEmergency brake position of self valve handleSingle valve phase braking to full braking positionSingle valve brake to full braking positionBrake cylinder pressure 440-460KpaBraking ratio 3.45Braking efficiency 0.96The opening pressure of the safety valve of the total air cylinder 1034kpaTemperature setting of lubricating oil inlet temperature of diesel engine over temperaturecountermeasureLess than 88 degrees centigradeScaling up (EMSControl)Higher than 91 degrees CScaling up (EMSControl)UMES reduces total powerFan requirements determined by software Fan A fan B1/4 speed1/2 speed1/2 speed 1/4 speed1/2 speed 1/2 speed1/4 speed1/2 speedBrake pipe air pressure 500KPa500KPa wind pressure of 500KPa brake pipeThe balance air cylinder, the train pipe decompression amount 34-55KPa, the brake cylinder pressure 83-117KPa;Hold pressure for 1 minutes, the brake tube leakage is less than 20 KPa per minute.3 to4 times to the full braking position, phase braking effect is good, brake cylinder pressure ratioThe pressure increased to 360 KPa and the brake cylinder pressure reached 345 - 375KPa. The single valve handle is placed in a single relief position, and the brake cylinder pressure drops to 0The action is slow and the action is good. The valve handle is shifted back to the carrier, balanced air cylinder and brake pipeRestoring constant pressure.The pressure of the balance air cylinder and the train pipe is reduced to 360kpa, and the pressure of the brake cylinder is increased to345-375KPa, self valve handle shift back, good relief.The equalizing air cylinder is reduced to 0kpa at normal speed,Brake pipe pressure is reduced to 55 ~ 85kpaThe pressure of the moving cylinder reaches 450kpa, and the valve handle is shifted back to the carrier.The pressure of the equalizing cylinder is 0kpa, the pressure of the brake pipe is reduced to 0kpa in 3 seconds, and the brake cylinder pressure is reducedThe force rises to 450KPa in 6 seconds, and the single valve handle is placed in a single relief position, the brake cylinderThe pressure should be reduced to 0 KPa, and the handle of the single valve will be taken after the pressure of the brake cylinder should be reduced to 0 KPaThe pressure of the brake cylinder should be recovered. Self valve handle stops at emergency brake positionAfter 60 seconds, the self valve handle is shifted back to the carrier, and the brake pipe pressure is 0 kPa in 9 secondsUp to 480kpa.The single valve handle is shifted from 3~4 times to the full braking position, and the braking function is checked at the check stageThe brake cylinder pressure is up to 300kPa, and the single valve handle is moved 3~4 timesThe effect of phase shift was good and decreased to 0kpa.The single valve handle rises from the running displacement to the full braking position, and the brake cylinder pressure rises to 2~3 seconds300kPa, transfer the single valve handle back to the shift, brake cylinder pressure in 5 seconds by 300kPaDown to 35kpa and continue to drop to 0kpa. Main fault parameters of air compressor for technical parameters of HXN5 locomotiveThree thousand three hundred and one point five twoHigh speed air blowing 4402.22Five thousand eight hundred and three point one twoThree thousand and three hundred point six fiveLow speed air blowingFour thousand and four hundred point nine threeFive thousand eight hundred and one point three threeEight thousand eight hundred and eighty-two point three oneTen thousand five hundred and two point eight nine Performance parameters of air dryerworking pressureworking voltageambient temperatureThe inlet air temperature is 37 degrees centigrade Pulling current, closing heaterTraction current, turn on heaterParameters of main air cylinderThe diameter of the air cylinder is 406.5mmThe length of the air cylinder is 3952.5mm965.58LFault warning holeDepth of fault warning hole 1.6mmUse limit:Diesel engine speed (r/min) compressed air flow (CMN)5171034KPa4585VOf-40 degrees... 70 C0.5A, DC 74V10A, DC 74VTotal volume of wind cylinder (two)701. wheelThe depth of more than 0.7mm 1.1 foot scuffing of wheel tread wear depth; using 7mm; defect or peeling length on wheelsMore than 40mm, and the depth of more than 1mm; vertical flange height more than 18mm; 23mm (gauge)1.2 wheel diameter (new wheel): 1050mm; disable wheel diameter: 950mm1.3. wheel diameter difference:New creation:Coaxial wheel diameter difference: less than 0.5 mm.The same bogie wheel diameter difference: less than 2 mm. With the locomotive wheel diameter difference: less than 8 mm. Coaxial wheel diameter difference: less than 2.4mm.The same bogie wheel diameter difference: less than 13mm. With the locomotive wheel diameter difference: less than 13mm.1.4. wheel inner distance: 1353 + 2 mm.2. coupler (AARE type)2.1. coupler openingLocking position: 112-130mm.Full open position: 220-250mm.2.2. coupler height: 820-890mm.2.3.: bilateral 74200mm swing coupler.The height of the 3. row barrier is 72mm, and the height of the rubber is 25mm. Technical parameters of HXN5 locomotive5GMG201E14690KVADC1380VDC3082A87.5Hz74V400A96%9069KgAxial forced ventilation480KVAThree-phaseThree-phase4. the thickness of any point on the brake shoes (including the backboard) has been less than 13 mm (0.5 inches), should be more in accordance with the provisionsChange the brake shoe and adjust the stroke of brake cylinder push rod.5. the clearance between brake shoe and wheel is 9 mm. If thegap adjuster can not reach this value, it should be removedThe clearance between the brake shoe and the wheel is 20 mm.6. bogie6.1 gauge 1435mm.6.2 wheelbase 2 x 1850mm.6.3 axle load 25T.6.4 two bogie center distance 12879mm.6.5 bogie self weight 21.8t.6.6 the lower weight of each shaft spring 4.35t.6.7 traction gear ratio 85/16.6.8 vertical stiffness of suspension (each spring) (430 + 20) N/mm.Vertical stiffness of suspension of 6.9 two series systemLateral bearing pads (each) (16 + 30%) KN/mm. Lateral span of bearing pads on left and right sides2400mm, longitudinal distance from middle shaft centerline 905mm.Fahrenheit = *9/5+32 Celsius 1, pound force. Foot ---b.ft 2, pound force / inch 2--PSI 3, cattle rice --N.m4, kilogram. Rice --Kg.m。
HXN5机车简介
机车前端（短端）部
短 端 长 端
A 侧
2
B 侧
机车后端（长端）部
CA9区 CA2区
CA3区
B 侧
A 侧
HXN5机车外形
头灯
雨刷器 司机 室门 外走廊 沙箱
近照灯
车梯
蓄电池
供风管
重联管
CA6区
CA4区
CA5区
一、机车总体概述
• • • • HXN5型机车设置为单司机室，交流牵引电传动的内燃机车，采用外走廊。 轴列式：C0－C0（三轴转向架、单独驱动）。 机车外形尺寸：21133×3119×4770mm 机车司机室方向为前端，也称为短端；机车冷却室方向为后端，也叫做长端。司 机侧称为B侧（左侧）,副司机侧称为A侧（右侧）。
机车走行部制动系统塞门
制动缸 均衡管塞门
设置在机车A侧前后端梁ຫໍສະໝຸດ 部主风缸 均衡管塞门列车制动管 塞门
GE机车与既有机车主要的区别
• • • • • • • • • • • • • • 传动方式为交流传动 柴油机采用电喷技术，取消了联合调节器 轴重为25t，机车总重为150t 启动方式为主发电机启动，不设置启动变速箱 机车电气柜空气经过一级滤清，增压器采用三级滤清 牵引发电机、辅助发电机为一体式结构 空气制动系统为电空制动，不设置中继阀、分配阀等 燃油箱与机车底架为一体式结构 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 设有独立卫生间 控制系统采用CCA集中网络控制 油耗低：198 ±3% g/kWh。 排放低：柴油机排放指标达到美国Tier 2标准 检修方便：机车采用模块化设计和制造，便于维护和检修
第二总风缸
自动排水阀
自动排水阀
第一总风缸
HXN5机车启机故障分析处理
HXN5机车启机故障分析处理发布时间：2021-06-10T14:52:36.837Z 来源：《探索科学》2021年4月作者：檀时东[导读] HXN5机车是中车戚墅堰机车有限公司与美国GE公司合作研发的大功率内燃机车，采用交流传动。
机车具有良好的牵引、制动的性能。
江苏常州中车戚墅堰机车有限公司檀时东 213011摘要：HXN5机车是中车戚墅堰机车有限公司与美国GE公司合作研发的大功率内燃机车，采用交流传动。
机车具有良好的牵引、制动的性能。
机车的启动方式，与东风系列（DF8B、DF11、DF11G等）内燃机车不同。
东风系列内燃机车启动是通过一个启动电机（QD）带动柴油机起动；而HXN5机车是通过给5位逆变器（或是6位逆变器）供蓄电池直流电使其产生交流电驱动主发交流发电机TA带动柴油机爆发启动。
关键词：HXN5机车启机故障分析处理0引言本操作法主要介绍柴油机启动过程及典型故障处理。
1、HXN5机车柴油机起动过程将机车EC控制面板上的柴油机控制开关（EC开关）置于“启机”位，按下起机按钮，智能显示器DS跳出启机界面，起机警铃响起，智能显示器DS同时向集成输入输出控制板CIO发出接通燃油泵的指令。
通过燃油压力传感器返回的燃油压力值确认是否达到起机要求。
智能显示器DS同时还通过CIO来启动转换开关CTS，默认选择6位牵引电机的逆变器（或是手动选择5位牵引电机逆变器），使牵引电机的逆变器与主发电机的定子3相绕组连接，再通过CTS其他触点接通主发励磁绕组线。
主发电机3相定子绕组与主发励磁绕组成串联回路，此时主发电机TA变成交流启动电机。
智能显示器DS确认以上动作完成后，发出指令闭合蓄电池正极接触器BJ+，同时CIO输出滑油泵接触器PLC 负驱动，滑油泵工作打滑由。
当滑油压力传感器返回的滑油压力值达到启机要求时，智能显示器DS向牵引电机控制器TMC发出指令，TMC 再指示5位或6位的逆变器投入，把蓄电池的直流电压转变成三相交流电压，所产生的电流施加在主发电机TA的定子的三相绕组上，同时直流电流流进主发电机的励磁绕组。
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铁道部在主干线项目之前已经2次购买GE的机车
•80年代购买了ND5机车，自今南京、大连仍在使用 •2006年购买了78台NJ2型机车，投入到青藏线使用
机车优点
外走廊 •机车司机室内的噪音小 •维护检查比较方便
控制系统采用CCA集中网络控制 •优化控制系统 •可靠性高 •对机车设备进行监控 •易于故障处理
MBD 蓄电池维修开关
74+
MBD
注意：长时间停放机车，需 要断开柴油机控制面板各断 路器，断开蓄电池维修开关， 防止蓄电池亏电。
CMU FTB RCB FTM CIR
D1CB D2CB D3CB
显示器1 显示器2 显示器3
CA3控制区
主要设备： IGBT 逆变器 滤波电容
CA4控制区： BCC AAC RFC1 RFC2
水泵
润滑油泵
加注润滑油
冷却室
冬夏季门
水箱及上水阀
柴油机加水
检查冷却水处于满水位
柴油机空转状态 停机运行状态
冷却室结构图
燃油、润滑油设备
冷却水选择阀
润滑油滤清器及热交换器
冷却室冷却风扇
冷却室牵引通风机
主要设备： 牵引通风机 旋转滤清器 排风机
冷却室排风机
冷却水排水阀
CA9控制区
车底架右
主风缸
空气干燥器
蓄电池箱
纳污箱
牵引电机
转向架
轴箱衬板
轴箱衬板不能有断裂
轴箱弹簧
单元制动器
中心销
纳污箱
总风缸排水阀
空气压缩机
备用空气制动
集中控制网络
智能显示器输入、输出
1. ARCNet网络连接 机车上13个控制 模块进行通讯
2. 以太网连接 连接ESW 与 SDIS1、SDIS2、 SDIS3进行通讯
3. 串行网连接
显示器
制动系统 •采用CCBII制动系统 •可靠性比较高
EVO柴油机
•橡胶堆结构，振动小 •12缸的EVO柴油机已 经在北美广泛使用 •排放满足Tier2标准
概述
•机车设备的命名 •机车的结构和参数 •机车的布局及分区 •各分区详述
机车结构
机车型号 ： ES59ACi 外走廊式车体 检查和维地板 下面 设备： 压力开关 电磁阀 空调通风道 空气管路及塞门 备用空气制动阀
电气室
电台间RLA
主要设备： RPS 电源 PTP协议转换器 ER事件记录仪 ESW 以太网转换器 DBM重联调制解调器 BIPM 集成处理器模块
CA2控制区
主要设备：TMC TAC ECU TBC LPS GPS MDB
CA5控制区
主要设备： IGBT逆变器 电容 整流器
电阻制动通风机
电阻栅
主发室布局
设备：主发通风道 辅发励磁电阻 R2、R2A 主发接线端子 警铃
主发室布局
柴油机启动转换开 关CTS 位置：主发上部 功能：启动柴油机
柴油机布局
16缸EVO柴油机
自由端
主要设备： 两台增压器 两台中冷器 水泵 润滑油泵
PSH
主要设备： 重联线 列车管 制动缸均衡管 总风缸均衡管 车钩
机车前端SHC
设备：头灯30V 标志灯74V 砂箱 头灯电阻 撒砂电磁阀 撒砂阀 雨刷
司机室的布局
主司机操纵台
主司机操纵台CON
设备： 显示器1，2 电子空气制动阀EBV 司机控制器 控制断路器 主发励磁断路器 电阻制动断路器 撒砂，风笛开关等
副司机操纵台HCN
主要设备： 与主操纵台相同
区别： 没有本机控制断路器 有手动紧急阀
柴油机控制面板ECP
位置：CA1右侧 断路器 起停机按钮 开关
蓄电池闸刀
智能显示器
智能显示器硬件技术规格：
液晶显示器 800×600象素 分辨率 6位彩色 1G硬盘存储器 带有一个USB接口 20个按键 由机车蓄电池供电74V
74+ MBD
D1CB D2CB D3CB
SDIS1 SDIS2 SDIS3
CA1控制区
主要设备： 集成输入输出设备CIO 继电器 MCU控制单元 端子排 负端电阻板
CA1明细
主要设备： 空调 蓄电池充电电感器 后头灯电阻 备用均衡风缸
CA6控制区
AB1控制区
主要部件： BP ER DBTV 16单元 20单元 BC 13单元 PSJB
单司机室双操纵台 可以两个方向操纵机车 通过操纵台转换开关进行转换
机车用途
客运和货运 需要对机车进行设置，改变客货运输模式
最大可以3台机车重联牵引
机车参数
本机车前端也称为短端,机车后端也叫做长端。 机车的A侧是副司机侧,B侧是司机侧。
机车布局
机车布局图
机车分区图
机车布局图左
机车布局图右