GK1D型內燃機車柴油機換型改造案例分析

梁濱

摘 要：文章針對GK1D型液力傳動內燃機車原12V180ZJC型柴油機因停產造成“配件缺貨、停修時間不確定”問題，介紹了將其換型為G12V190ZLJ型柴油機的改造案例，并對案例進行了分析。

關鍵詞：GK1D；內燃機車；柴油機；換型

引言

我單位GK1D型內燃機車原裝12V180ZJC型柴油機于80年代由中國與奧地利國合作開發。約10余年前，國家布署GK1D型機車生產廠家轉為制造鐵路動車，原產機車及配套柴油機停產，相關用戶漸處“柴油機配件缺貨、修復時間不確定、維修難”局面。為扭轉被動局面，我單位確定了機車改造方案，將12V180ZJC型柴油機替換為G12V190ZLJ型，并于2012年委托青島四方鐵路機電設備工程有限公司實施了一臺機車改造。換裝的新柴油機配件貨源充足、價格合理，達到了改造目的。

1 制定換型改造方案

改造方案著重考慮“新換柴油機有廠家生產，未來10年或更長時間不淘汰，配件供應有保障”等，并能滿足我單位鐵路運輸生產需求。

1.1 考慮我單位鐵路運輸生產需求

我單位機車以廠內鐵路調車作業為主、牽引運輸為輔，每個月數次向當地貨運車站運送新造鐵路貨車。按我單位慣例和鐵路部門要求，每列車至少送50輛新造鐵路貨車，不能分鉤牽引。故要求機車至少能一次牽引50輛新造貨車在我單位鐵路專用線行駛。

1.2 考慮柴油機及其機房情況

改造前后，柴油機機房尺寸均不可變，故要求新柴油機能在機房內放置，并留有一定檢修空間。為確保對機車速度性能影響不大，要求新柴油機標定轉速為1500r/min，最低空載穩定轉速600r/min。且新柴油機應選擇專業廠家仍在生產的產品，配件供應貨源充足、售價合理。

2 方案分析

本次改造含“柴油機總成及其輔件換新，調速系統改造，進排氣管道位置與走向改變，冷卻水管道改動，基座重新定位、制作，柴油機停機裝置改造”等內容，詳情分析如下。

2.1 柴油機選擇與對比

原12V180ZJC型柴油機在我單位機車的裝機功率為1000KW，即其在機車上最大功率為1000KW。這是因機車制造時考慮了平時運行環境條件較差，為延長柴油機使用壽命、減少修理，廠家就沒有用足1324KW，有意使其功率留有余地。既然1000KW功率能滿足我單位鐵路運輸需求，則本次改造就沒強求新柴油機標定功率接近1324KW，而只要求近1000KW。為方案切實可行，我們派專業人員到機車修理廠、柴油機制造廠調研，到機車用戶走訪。然后，進一步論證對比，最后選定G12V190ZLJ型柴油機為新換機型。表1為換型前后兩種型號柴油機對比。

2.2 柴油機機房空間尺寸驗證

人工簡測柴油機機房內腔尺寸（長×寬×高；mm）為3080×1900×（2370+400），而G12V190ZLJ型柴油機外形尺寸為2670×1588×2366。顯然，柴油機機房內腔尺寸空間能夠滿足新柴油機安裝要求。

2.3 機車牽引性能驗證

原12V180ZJC型柴油機裝機功率1000KW，機車在我單位的坡長500M左右、最大坡度9‰的鐵道線路上，以10Km/h左右速度行駛時，每次能牽引70輛高邊貨車，約70×23=1610t（注：空載列車，以鐵路高邊貨車來計重，每輛凈重23t）。

新G12V190ZLJ型柴油機標定功率900KW，裝機功率同為900KW。比較測算，換新柴油機后，機車每次能牽引63輛高邊貨車通過上述我單位鐵路專用線的最大坡度路段，遠超50輛車的牽引需求。

2.4 液力傳動箱與柴油機匹配性驗證

GK1D型內燃機車為液力傳動型機車，其柴油機與從動機械（注：液力傳動箱）的合理匹配尤為重要。通常其匹配性有3個基本要求：其一，從動機械所需求功率，應在柴油機允許工作范圍之內，不受其他條件限制。其二，充分利用柴油機功率，即在標定轉速下使從動機械盡可能全部利用柴油機的標定功率。其三，在允許工作范圍之內，柴油機有較好經濟性。

GK1D型機車用SF4010-2A型液力傳動箱，傳動箱主傳動變矩器吸收功率為880KW，輸入轉速為1500r/min，它通常與額定轉速為1500-1800r/min、功率為500-993KW的柴油機配套使用。而新柴油機標定功率900KW，持續功率800KW，標定轉速1500r/min。可見，G12V190ZLJ型柴油機與此型傳動箱能較好地匹配。

3 方案實施

3.1 柴油機換型改造

要求將機車原柴油機及其輔件、相關管線拆解，換裝G12V190ZLJ型新柴油機總成（注：含增壓器、調速器等）。

3.2 轉速操控系統配套改造

原12V180ZJC型柴油機采用單體式高壓油泵，裝用電子調速器。換裝G12V190ZLJ型柴油機后，采用整體式高壓油泵，裝用機械調速器，并采用RT-3H型柴油機調速驅動器與步進電機的調速方式。其調速原理：機車司控器將16檔編碼信號傳遞至PLC機，經PLC機處理并輸出24V信號，再經功率放大塊轉換成110V信號，然后供給RT-3H調速驅動器。這時，調速驅動器就能控制步進電機，讓步進電機隨著司控器的調速指令而轉動，而步進電機還可將電脈沖信號變換成角位移，即步進電機帶動扇形齒輪擺角，再通過拉桿來調節高壓油泵動作，實現對柴油機的燃油油門的開度調節，達到調節柴油機轉速目的。

3.3 柴油機停機裝置配套改造

改造前，柴油機停機指令是經由PLC機轉發給柴油機。改造后，已將“停機按扭”與相應電空閥相連，然后靠電空閥、拉桿來操控風缸動作，最終到調速器的停止拉桿，進而切斷高壓油泵向各缸的供油，實現柴油機停機的目的。

3.4 柴油機基座改造

改造過程中，柴油機中心找正與定位環節是易被人為忽視的環節，事先應正確找準柴油機支座中心線。否則，易造成柴油機共振頻率加大，異響加劇。

3.5 相關輔件移位改造

改造還涉及到柴油機機房頂部的煙筒移位、柴油機進氣與排氣管道及接口改造、輔助系統相關管線或接口的配套改造等諸多環節。這部分主要采取現場配管、邊測量、邊改造的方式進行，行之有效，不易出現返工。

4 結束語

此機車完成柴油機換型改造已運用2年多，所換柴油機及其調速操控系統在運用中表現出“性能穩定，故障率低”特點，且沒發生過因配件供應影響柴油機維修情況。機車牽引能力也能滿足鐵路運輸生產需求，達到了改造預期目的。

參考文獻

[1]張世芳，徐惠康.內燃機車柴油機[M].北京：中國鐵道出版社，1983.