出口阿根廷貝爾格拉諾內(nèi)燃機(jī)車平臺(tái)化研究

劉建華 齊志剛 謝經(jīng)廣 龔和娣

(中車戚墅堰機(jī)車有限公司 江蘇 常州 213011)

1 概述

2014年12月中車戚墅堰機(jī)車有限公司(以下簡稱戚墅堰公司)與中國機(jī)械設(shè)備工程股份有限公司(以下簡稱CMEC)簽訂了“阿根廷貝爾格拉諾貨運(yùn)鐵路改造項(xiàng)目鐵路內(nèi)燃機(jī)車采購合同”，該合同是隸屬于CMEC與阿根廷內(nèi)政和交通部簽署的CMEC2010C6010《貝爾格拉諾貨運(yùn)鐵路改造項(xiàng)目修改和重述合同》主合同項(xiàng)下的鐵路內(nèi)燃機(jī)車采購，包括100臺(tái)3種軌距內(nèi)燃機(jī)車的設(shè)計(jì)制造[1]，用于圣馬丁線路、烏爾基薩線路、貝爾格拉諾線路的貨物運(yùn)輸。

本文從用戶需求出發(fā)，以國內(nèi)成熟的直流機(jī)車設(shè)計(jì)平臺(tái)為基礎(chǔ)，統(tǒng)一了機(jī)車設(shè)計(jì)思路和主要部件技術(shù)方案，搭建了適用于阿根廷等南美國家的3 000 Hp高速柴油機(jī)的貨運(yùn)直流內(nèi)燃機(jī)車平臺(tái)。

2 機(jī)車技術(shù)方案

出口阿根廷貝爾格拉諾機(jī)車主要擔(dān)任阿根貝爾格拉諾鐵路貨物公司運(yùn)輸任務(wù)，針對用戶的需求，CMEC組織各主機(jī)廠明確了3種不同軌距機(jī)車的主要平臺(tái)及設(shè)計(jì)思路。機(jī)車主傳動(dòng)系統(tǒng)采用交-直流傳動(dòng)，單司機(jī)室外走廊結(jié)構(gòu)，裝用16V4000R43型柴油機(jī)、JF219F型主發(fā)電機(jī)、ZD109T(寬軌/標(biāo)軌)、ZD126G(米軌)型牽引電機(jī)、三軸滾抱單拉桿轉(zhuǎn)向架、CCBⅡ空氣制動(dòng)機(jī)，采用微機(jī)控制技術(shù)、輔助交流電傳動(dòng)技術(shù)，具有雙機(jī)重聯(lián)功能，機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 3種機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)

3 產(chǎn)品平臺(tái)及總體布置

本項(xiàng)目基于同型號(hào)的機(jī)車動(dòng)力裝置柴油機(jī)，進(jìn)行了不同限界、不同軸重、不同軌距的3種機(jī)車設(shè)計(jì)及選型配套，搭建高速柴油機(jī)的交-直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車平臺(tái)。主傳動(dòng)系統(tǒng)方面，對柴油機(jī)輸出端主發(fā)電機(jī)、萬向軸、輔助發(fā)電機(jī)、起動(dòng)發(fā)電機(jī)接口進(jìn)行了統(tǒng)一；冷卻系統(tǒng)方面，散熱器、冷卻風(fēng)扇及電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了模塊化；制動(dòng)系統(tǒng)方面，制動(dòng)機(jī)、喇叭、空氣壓縮機(jī)等采用了標(biāo)準(zhǔn)化零部件。

由于3種機(jī)車運(yùn)用線路不同，每個(gè)線路限界、軸重、軌距均不相同，機(jī)車所能發(fā)揮的牽引及制動(dòng)性能也不同。從機(jī)車牽引需求著手，3種機(jī)車所需的牽引電機(jī)、整流柜、主發(fā)電機(jī)、電阻制動(dòng)裝置等主傳動(dòng)系統(tǒng)部件的功率、電流、電壓等參數(shù)需要重新核算；從線路軸重需求要求來看，機(jī)車轉(zhuǎn)向架、車體架等須采用輕量化設(shè)計(jì)；從限界要求來看，機(jī)車的斷面圖須適應(yīng)限界設(shè)計(jì)，包括車體斷面及轉(zhuǎn)向架斷面結(jié)構(gòu)。

經(jīng)過分析之后，該平臺(tái)3種機(jī)車的電傳動(dòng)系統(tǒng)部分部件參數(shù)需要調(diào)整，主要零部件的物理接口需要簡化統(tǒng)一。車體及轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)物理接口需進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，其余部件均可按標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化接口設(shè)計(jì)。柴油發(fā)電機(jī)組、制動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)主要部件可在同一平臺(tái)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)。另外，考慮到用戶的使用及維護(hù)，該產(chǎn)品平臺(tái)在電氣系統(tǒng)原理、運(yùn)用操作接口、部件互換性、檢修及整備接口、安全及生活設(shè)施等方面均進(jìn)行了簡化統(tǒng)一。

3.1 機(jī)車各室布置

機(jī)車上部從前端到后端分別布置了：司機(jī)室、電器室、傳動(dòng)室、動(dòng)力室、冷卻室、輔助室共6個(gè)室，其中米軌機(jī)車在司機(jī)室前端布置了制動(dòng)柜等附件。機(jī)車下部有2個(gè)C0-C0轉(zhuǎn)向架、燃油箱及總風(fēng)缸等。

(1)司機(jī)室

司機(jī)室內(nèi)部主要布置有操縱臺(tái)、司乘人員座椅、照明燈、刮雨器、熱水器、遮陽簾、通風(fēng)扇、滅火器安裝筒等部件。在滿足機(jī)車駕駛操作的基礎(chǔ)上，充分考慮了司乘人員的日常駕駛必備用品。整個(gè)司機(jī)室具有良好的視野，司機(jī)室結(jié)構(gòu)還具有抗撞擊的功能。司機(jī)室頂部布置有冷暖空調(diào)，提高內(nèi)部舒適性。

(2)電氣室

電氣室的主要設(shè)備有：高壓電器柜、低壓電器柜。在司機(jī)室和電器室間壁上設(shè)有內(nèi)門，以便使用及維護(hù)。

(3)傳動(dòng)室

傳動(dòng)室內(nèi)裝有電阻制動(dòng)裝置、主硅整流柜、前轉(zhuǎn)向架通風(fēng)機(jī)、變速箱以及起動(dòng)電機(jī)和輔助發(fā)電機(jī)，在主發(fā)電機(jī)的上部裝有柴油機(jī)空氣濾清器。傳動(dòng)室兩側(cè)門都為百葉窗結(jié)構(gòu)，滿足該室進(jìn)風(fēng)的要求。

(4)動(dòng)力室

動(dòng)力室裝有MTU16V4000R43型柴油機(jī)、主發(fā)電機(jī)、膨脹水箱、燃油泵等輔助設(shè)備。其中主發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)通過彈性聯(lián)軸節(jié)直接驅(qū)動(dòng)。

(5)冷卻室

冷卻室上部裝有頂置板式散熱器，在散熱器下部裝有一個(gè)由輔助變流柜控制的交流冷卻風(fēng)扇電機(jī)，按照柴油機(jī)出水口溫度的高度來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，保證柴油機(jī)的正常工作。冷卻室下部裝有2個(gè)空氣壓縮機(jī)、后轉(zhuǎn)向架牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)等制動(dòng)輔助設(shè)備。

(6)輔助室

輔助室裝有輔助變流柜、閥類安裝柜等，其中寬軌機(jī)車與米軌機(jī)車的閥類柜及空氣干燥器由于整車布置的要求而有所不同。

3.2 機(jī)車總體技術(shù)方案

基于本項(xiàng)目柴油發(fā)電機(jī)的功率需求，同時(shí)兼顧3種車型的不同軌距、不同限界、不同軸重的要求，3種機(jī)車方案如圖1～3所示。

1—空調(diào)；2—電氣柜；3—整流柜；4—電阻制動(dòng)裝置；5—空濾箱；6—柴油發(fā)電機(jī)組；7—膨脹水箱；8—冷卻裝置；9—總風(fēng)缸(二)；10—排障器；11—制動(dòng)柜；12—空氣壓縮機(jī)；13—轉(zhuǎn)向架；14—車架；15—油箱；16—總風(fēng)缸(一)；17—起動(dòng)電機(jī)；18—輔助發(fā)電機(jī)；19—變速箱；20—前通風(fēng)機(jī)；21—手制動(dòng)；22—司機(jī)室；23—車鉤。圖1 寬軌機(jī)車總體布置

1—司機(jī)室；2—電阻制動(dòng)裝置；3—燃油箱；4—散熱器；5—通風(fēng)機(jī)；6—空氣壓縮機(jī)；7—車架；8—輔助變流柜；9—轉(zhuǎn)向架。圖2 標(biāo)軌機(jī)車總體布置

1—閥柜；2—司機(jī)室座椅；3—電器柜；4—硅整流柜；5—變速箱；6—輔助交流發(fā)電機(jī)；7—柴油機(jī)進(jìn)氣裝置；8—柴油機(jī)；9—牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)電機(jī)組；10—總風(fēng)缸；11—空氣壓縮機(jī)； 12—空氣干燥器；13—閥架；14—輔助變流柜；15—空氣壓縮機(jī)；16—轉(zhuǎn)向架；17—總風(fēng)缸；18—燃油箱；19—主發(fā)電機(jī)；20—啟動(dòng)發(fā)電機(jī)；21—通風(fēng)機(jī)電機(jī)組；22—轉(zhuǎn)向架；23—操縱臺(tái)；24—手制動(dòng)；25—緊急制動(dòng)閥；26—電阻制動(dòng)裝置；27—柴油機(jī)排氣裝置；28—膨脹水箱；29—冷卻裝置。圖3 米軌機(jī)車總體布置

4 關(guān)鍵技術(shù)

(1)平臺(tái)化設(shè)計(jì)

滿足了用戶對不同軌距、不同限界、不同軸重機(jī)車柴油發(fā)電機(jī)組、制動(dòng)電阻裝置、變速箱等52項(xiàng)部件的簡統(tǒng)要求，降低了機(jī)車制造及運(yùn)維成本。

(2)簡統(tǒng)化設(shè)計(jì)

開展了4個(gè)廠家3種機(jī)車的設(shè)計(jì)、工藝、采購、制造、質(zhì)保、試驗(yàn)驗(yàn)收的簡統(tǒng)工作。開創(chuàng)了“聯(lián)合設(shè)計(jì)、資源共享、優(yōu)勢互補(bǔ)”的合作模式，搭建了內(nèi)燃機(jī)車降本增效、共享優(yōu)勢技術(shù)的互通平臺(tái)。

(3)長端視野評(píng)價(jià)及試驗(yàn)研究

首次在單司機(jī)室外走廊機(jī)車上開展了長端視野的評(píng)價(jià)及試驗(yàn)研究，通過司機(jī)室設(shè)備布置、冷卻室及輔助室結(jié)構(gòu)優(yōu)化，滿足了用戶對視野的要求。

(4)司機(jī)室人機(jī)工程學(xué)提升通過優(yōu)化司機(jī)室空調(diào)進(jìn)出風(fēng)口布置、裝用玻璃鋼與多孔鋁板的組合式內(nèi)裝、采用抗沖擊側(cè)窗和司機(jī)室防護(hù)網(wǎng)等措施，提高了司乘人員的舒適性及安全性。

(5)性價(jià)比高的冷卻系統(tǒng)

機(jī)車采用頂置板式散熱器配1個(gè)大直徑(1 800 mm)冷卻風(fēng)扇的方案。該種冷卻形式結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，減少了雙風(fēng)扇冷卻裝置存在的死角，效率更高。

(6)性價(jià)比高的輔助交流系統(tǒng)

機(jī)車輔助交流傳動(dòng)系統(tǒng)采用成熟可靠的400 kVA交流輔助發(fā)電機(jī)、1臺(tái)冷卻風(fēng)扇電機(jī)、2臺(tái)牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)。在滿足用戶要求的前提下，既符合技術(shù)發(fā)展的方向，又有效降低了系統(tǒng)成本。

(7)模塊化設(shè)計(jì)

機(jī)車上部采用單司機(jī)室外走廊結(jié)構(gòu)，主要各室及部件采用螺栓連接結(jié)構(gòu)，便于組裝及檢修。

5 結(jié)束語

出口阿根廷貝爾格拉諾機(jī)車是為阿根廷用戶設(shè)計(jì)的交-直流電傳動(dòng)干線貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車，可滿足寬軌、標(biāo)軌、米軌線路的使用，整車具有較高的性價(jià)比，其中寬軌、米軌機(jī)車已逐步交付阿根廷使用，機(jī)車自投入運(yùn)用以來極大地提升了當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸效率，目前為止已累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售107臺(tái)。

該項(xiàng)目搭建的3 000 Hp功率等級(jí)內(nèi)燃機(jī)車平臺(tái)，基于中國既有機(jī)車的成熟經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合阿根廷用戶的個(gè)性化需求，開展了一系列符合用戶使用習(xí)慣的設(shè)計(jì)研究，不僅滿足了阿根廷鐵路市場的運(yùn)用，也可適用于南美、非洲、亞洲等部分鐵路市場。