出口緬甸1 470 kW米軌內(nèi)燃機(jī)車總體設(shè)計(jì)

王 奭, 孫繼偉

(1 中國鐵路青藏集團(tuán)有限公司, 西寧 810000;2 中車四方車輛有限公司, 山東青島 266000)

出口緬甸鐵路SYJ01型米軌內(nèi)燃機(jī)車是一種由柴油發(fā)電機(jī)組提供牽引動(dòng)力，采用AC-DC電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車，用于緬甸鐵路客、貨干線運(yùn)輸，機(jī)車牽引功率1 470 kW，最高運(yùn)用速度100 km/h。具有耐高溫、防潮濕、小曲線通過能力強(qiáng)的特點(diǎn)。下面將對(duì)機(jī)車的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 主要技術(shù)參數(shù)

傳動(dòng)方式 交-直電傳動(dòng)

柴油機(jī)裝車功率/kW 1 468

軸式 B0-B0-B0

軸重/t 12.5

整備質(zhì)量/t 75

兩車鉤連接線間距離/mm 16 360

車體前后端板間距離/mm 14 900

機(jī)車寬度/mm 2 750(不含扶手)

機(jī)車高度/mm 3 480

邊梁上平面距軌面距離/mm 1 400

排障器距軌面距離/mm 127±10

設(shè)備距軌面最小間隙/mm 102(車輪全磨耗)

轉(zhuǎn)向架軸距/mm 2 200

轉(zhuǎn)向架中心距/mm 4 450+4 450

輪徑/mm 1 000(新輪)926(全磨耗)

最高設(shè)計(jì)速度/(km·h-1) 110

最高運(yùn)行速度/(km·h-1) 100

持續(xù)速度/(km·h-1) 21

最大起動(dòng)牽引力/kN 240

持續(xù)牽引力/kN 175

傳動(dòng)比 77/21

燃油箱容積/dm33 200

柴油機(jī)機(jī)油裝載量/dm3約400

冷卻水裝載量/dm3約500

沙裝載量/kg 700

車鉤 AAR H型車鉤

車鉤中心線距軌面高度/mm 584.2(新輪)

最大電阻制動(dòng)功率/kW 1 125

電阻制動(dòng)時(shí)的最大制動(dòng)力/kN 114

制動(dòng)機(jī) JZ-7空氣制動(dòng)機(jī)

制動(dòng)方式 空氣制動(dòng)和電阻制動(dòng)(互鎖)

制動(dòng)風(fēng)管壓力/kPa 500

整車控制電壓/V DC 74

2 機(jī)車總體布置

機(jī)車采用內(nèi)走廊式底架承載車體結(jié)構(gòu)，由底架、司機(jī)室、電氣室、動(dòng)力室、冷卻室、輔助室等組成。

車體上部從前至后依次為Ⅰ端司機(jī)室、電氣室、動(dòng)力室、冷卻室、輔助室、Ⅱ端司機(jī)室。各種機(jī)械、電氣設(shè)備等均布置在各室內(nèi)。

車下布置3臺(tái)兩軸轉(zhuǎn)向架、總風(fēng)缸、蓄電池箱等。機(jī)車總體布置如圖1所示。

(1)司機(jī)室

司機(jī)室內(nèi)布置風(fēng)笛、刮雨器、頭燈、閱讀燈、警報(bào)燈、操縱臺(tái)、座椅、風(fēng)扇和滅火器等。

操縱臺(tái)分為控制區(qū)和顯示區(qū)。右手位置的操縱臺(tái)為操縱位。操縱臺(tái)上布置所有駕駛及監(jiān)控的控制及顯示設(shè)備，包括主控手柄、換向手柄、制動(dòng)控制手柄、各種開關(guān)、按鈕、速度記錄儀、速度顯示儀及信號(hào)顯示裝置等。操縱臺(tái)上可進(jìn)行列車駕駛和運(yùn)行監(jiān)控。

圖1 機(jī)車總體布置

司機(jī)室設(shè)擋風(fēng)玻璃、左右側(cè)窗、左右側(cè)門和后端門。通向內(nèi)走廊的后端門為安裝有玻璃瞭望窗的鋁合金折頁門。各門均隔聲防火。擋風(fēng)玻璃配有手動(dòng)調(diào)節(jié)的遮陽卷簾，正、副司機(jī)位置各一個(gè)，并可根據(jù)需要停放在任意高度。前窗設(shè)刮雨器。

頂部設(shè)風(fēng)笛、頭燈、司機(jī)室燈等。

司機(jī)室內(nèi)安裝1臺(tái)的托架風(fēng)扇。

司機(jī)室設(shè)兩個(gè)舒適的帶阻尼翻轉(zhuǎn)座椅，固定于后端墻，另設(shè)一個(gè)便攜的，不帶扶手，具有垂直和水平調(diào)節(jié)功能的座椅。

司機(jī)室采取密封措施。所有墻體、地板及頂板均可隔聲、隔熱。所有穿過司機(jī)室的電纜和空氣管路都進(jìn)行密封處理。

司機(jī)室設(shè)兩個(gè)滅火器。

司機(jī)室前端設(shè)一個(gè)電力連接器及充電連接器。

(2)電氣室

電氣室布置Ⅰ端油箱、電氣控制柜、整流柜、電阻制動(dòng)柜、制動(dòng)系統(tǒng)閥類架、前牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)等設(shè)備。前通風(fēng)機(jī)通過傳動(dòng)軸與動(dòng)力室內(nèi)主發(fā)電機(jī)輸出法蘭連接。

電氣室頂部設(shè)有電阻制動(dòng)柜排風(fēng)口，側(cè)墻設(shè)置機(jī)械式濾清窗、采光窗。

(3)動(dòng)力室

動(dòng)力室內(nèi)裝有1臺(tái)柴油機(jī)、1臺(tái)牽引發(fā)電機(jī)、1臺(tái)輔助發(fā)電機(jī)、膨脹水箱、進(jìn)氣濾清器、除塵風(fēng)機(jī)、燃油濾清器和照明燈等。

柴油機(jī)飛輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過柔性聯(lián)軸節(jié)連接，整個(gè)機(jī)組通過公共底架彈性支撐安裝于車體底架上。動(dòng)力室頂部設(shè)有一個(gè)采光活蓋，散熱風(fēng)扇通風(fēng)器、主發(fā)電機(jī)通風(fēng)器、柴油機(jī)排煙帽、膨脹水箱注水口。

動(dòng)力室側(cè)墻設(shè)柴油機(jī)進(jìn)氣濾清器，設(shè)有旋風(fēng)筒式通風(fēng)窗，每個(gè)進(jìn)氣濾清裝置旁設(shè)置一個(gè)除塵風(fēng)機(jī)。

(4)冷卻室

冷卻室裝有柴油機(jī)冷卻器、燃油冷卻器、液壓油冷卻單節(jié)、變速箱、液壓泵、液壓馬達(dá)、冷卻風(fēng)扇和傳動(dòng)用輔件。冷卻室與動(dòng)力室連通，方便動(dòng)力室散熱，側(cè)墻設(shè)置機(jī)械式通風(fēng)窗。

(5)輔助室

輔助室裝有2臺(tái)排量為2.4 m3/min的螺桿式電動(dòng)空氣壓縮機(jī)、后牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)、電氣微處理器控制柜、液壓油箱、制動(dòng)用空氣管路、干燥器、Ⅱ端油箱、燃油管路等。

輔助室頂部設(shè)有活蓋、油箱重力加油口。側(cè)墻設(shè)機(jī)械式通風(fēng)窗。

(6)其他設(shè)備

底架下方布置AAR H型密接式車鉤和緩沖器、3臺(tái)二軸轉(zhuǎn)向架、總風(fēng)缸、蓄電池箱等。

司機(jī)室前端安裝高強(qiáng)度輕型排障器。

司機(jī)室前、后端底架分別設(shè)置2個(gè)緊急救援抬車座。

3 機(jī)車各系統(tǒng)布置

(1)車體鋼結(jié)構(gòu)

車體鋼結(jié)構(gòu)包括底架鋼結(jié)構(gòu)和上體鋼結(jié)構(gòu)，整個(gè)車體為內(nèi)走廊式，底架中梁承載結(jié)構(gòu)。上體鋼結(jié)構(gòu)部分依次為Ⅰ端司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)、電氣室鋼結(jié)構(gòu)、動(dòng)力室鋼結(jié)構(gòu)、輔助室鋼結(jié)構(gòu)、Ⅱ端司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)，各室均為活動(dòng)式獨(dú)立模塊，便于檢修和維護(hù)。Ⅰ端司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)、電氣室鋼結(jié)構(gòu)之間及輔助室鋼結(jié)構(gòu)、Ⅱ端司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)之間設(shè)有隔墻。

底架前端板和后端板處設(shè)有緊急救援座，枕內(nèi)設(shè)架車位、吊車座，具有整體起吊功能，司機(jī)室及動(dòng)力室門的邊梁下部設(shè)有上車腳蹬。

車體兩端安裝排障器、ARR H型車鉤及緩沖裝置。在救援或調(diào)用裝有MCA車鉤的機(jī)車車輛時(shí)，設(shè)計(jì)了過渡車鉤進(jìn)行連掛。

(2)轉(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)向架采用兩軸動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，交-直流傳動(dòng)，固定軸距為2 200 mm。每臺(tái)機(jī)車設(shè)置3個(gè)可互換的轉(zhuǎn)向架。轉(zhuǎn)向架采用全焊接結(jié)構(gòu)的"日"字型構(gòu)架，一系懸掛采用螺旋圓柱鋼彈簧+橡膠減振墊結(jié)構(gòu)，設(shè)有垂向液壓減振器，二系懸掛采用疊層橡膠彈簧，并設(shè)置了橫向減振器；牽引裝置采用中心銷牽引結(jié)構(gòu)；牽引電動(dòng)機(jī)采用軸懸式半懸掛結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)制動(dòng)采用單側(cè)踏面式制動(dòng)裝置，設(shè)置停放制動(dòng)；轉(zhuǎn)向架管路采用不銹鋼無縫鋼管。設(shè)置干式輪緣潤滑裝置。撒沙裝置采用車上安裝方式。

(3)柴油發(fā)電機(jī)組及輔助裝置

柴油發(fā)電機(jī)組及輔助裝置主要由柴油發(fā)電機(jī)組、燃油系統(tǒng)、機(jī)油系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)組成。

柴油機(jī)飛輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過彈性聯(lián)軸器柔性連接組成機(jī)組，整個(gè)機(jī)組通過公共底架、彈性減振支撐安裝于車體底架上。柴油機(jī)自帶DC 64 V起動(dòng)馬達(dá)，由蓄電池供電起動(dòng)柴油機(jī)。輔助發(fā)電機(jī)通過連接板安裝在主發(fā)電機(jī)上，通過銷軸，調(diào)節(jié)螺栓實(shí)現(xiàn)皮帶張緊。

①柴油發(fā)電機(jī)組

每臺(tái)機(jī)車安裝1臺(tái)CAT3516B柴油發(fā)電機(jī)組，為牽引電機(jī)、車上用電設(shè)備及輔助傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力。

柴油機(jī)主要參數(shù)：

型號(hào) CAT3516B

類型 4沖程、空氣增壓、水冷

額定轉(zhuǎn)速/(r·min-1) 1 800

額定功率/kW 1 678

額定功率下燃油消耗率/(g·(kW·h)-1)

203

機(jī)油裝載量/dm3400

起動(dòng)電壓/V DC 64

干重/kg 7 720

②燃油系統(tǒng)

機(jī)車在電氣室及輔助室斜對(duì)稱布置兩個(gè)油箱，總?cè)莘e為3 200 dm3。

燃油通過油水分離器和燃油精濾器兩級(jí)過濾后進(jìn)入噴油系統(tǒng)。設(shè)燃油回油散熱器，降低燃油回油溫度，燃油散熱器設(shè)置旁通回路。當(dāng)燃油散熱器堵塞、泄漏時(shí)，燃油可以通過旁通回路流回燃油箱。

③機(jī)油系統(tǒng)

柴油機(jī)自帶機(jī)油泵和機(jī)油冷卻器。通過柴油機(jī)滑油加油口加注潤滑油。柴油機(jī)自帶放油閥，通過管路可將滑油排出車外。

柴油機(jī)設(shè)置獨(dú)立的預(yù)潤滑裝置，預(yù)潤滑泵僅在柴油機(jī)啟動(dòng)前工作，柴油機(jī)正常啟動(dòng)后預(yù)潤滑泵將停止工作，預(yù)潤滑油路上設(shè)單向閥。

④進(jìn)排氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)采用三級(jí)過濾方式，外界的空氣依次通過鋼絲濾網(wǎng)、多旋流管式濾清器、紙芯后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。設(shè)除塵風(fēng)機(jī)，將進(jìn)入車內(nèi)的灰塵排出車外。

車頂設(shè)柴油機(jī)排煙百葉窗，將柴油機(jī)排出的廢氣排出車外。排煙帽下方設(shè)排水管路。

⑤冷卻系統(tǒng)

機(jī)車設(shè)立式單節(jié)冷卻裝置，22個(gè)單流道散熱單節(jié)，其中21個(gè)單流道單節(jié)冷卻柴油機(jī)冷卻液，1個(gè)單流道單節(jié)冷卻液壓油；

采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇，為柴油發(fā)電機(jī)組水管路進(jìn)行冷卻。

⑥通風(fēng)系統(tǒng)

每臺(tái)機(jī)車裝用前、后2臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)，分別位于電氣室和輔助室。冷卻空氣經(jīng)側(cè)墻的機(jī)械式通風(fēng)窗分離沙塵后進(jìn)入室內(nèi)，分別經(jīng)前、后通風(fēng)機(jī)進(jìn)入設(shè)在車體底架內(nèi)的風(fēng)道，各自冷卻3臺(tái)轉(zhuǎn)向架的6臺(tái)牽引電機(jī)。整流柜的冷卻由前通風(fēng)機(jī)通過整流柜風(fēng)道對(duì)其進(jìn)行吸風(fēng)冷卻。電阻制動(dòng)柜內(nèi)裝有一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的冷卻風(fēng)扇。冷卻空氣由車下吸入，在冷卻電阻元件后，由車頂部排出。主發(fā)電機(jī)、輔助發(fā)電機(jī)則由其自帶風(fēng)扇從車內(nèi)吸氣進(jìn)行通風(fēng)冷卻，冷卻后風(fēng)排入車內(nèi)。

各室之間不設(shè)隔墻與隔門，電氣室、動(dòng)力室、冷卻室及輔助設(shè)備室設(shè)多個(gè)機(jī)械式濾清窗，冷卻風(fēng)扇開啟后，以便空氣能在各室間流動(dòng)，從而調(diào)整均衡各室溫度。

(4)輔助傳動(dòng)系統(tǒng)

輔助傳動(dòng)系統(tǒng)分為兩大部分，第1部分為皮帶傳動(dòng)，由主發(fā)電機(jī)通過兩組皮帶傳動(dòng)，分別驅(qū)動(dòng)輔助發(fā)電機(jī)和前通風(fēng)機(jī)。第2部分為后輔助傳動(dòng)，由柴油機(jī)自由端輸出，經(jīng)彈性聯(lián)軸器、萬向軸、傳動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)靜液壓系統(tǒng)和后通風(fēng)機(jī)。

(5)電氣系統(tǒng)

機(jī)車電氣系統(tǒng)包括牽引系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。

機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)采用交-直電傳動(dòng)，由主牽引柴油機(jī)提供牽引功率，在柴油機(jī)起動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)主發(fā)電機(jī)向機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)輸出功率。主發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電經(jīng)整流后供牽引電機(jī)。輔助發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電經(jīng)整流后供輔助系統(tǒng)及主發(fā)勵(lì)磁用電。

機(jī)車設(shè)各種安全和警報(bào)裝置，用于異常狀態(tài)時(shí)提醒司機(jī)。

①牽引主回路

主發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電經(jīng)主整流器整流輸出直流電源為牽引電機(jī)供電，由方向轉(zhuǎn)換開關(guān)控制牽引電機(jī)勵(lì)磁線圈電流方向，從而控制機(jī)車前進(jìn)、后退工況。

自動(dòng)工況下，由PLC控制系統(tǒng)根據(jù)牽引手柄檔位，自動(dòng)控制勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，達(dá)到恒功率控制的目的。

手動(dòng)工況下，根據(jù)牽引手柄檔位不同，分3檔為勵(lì)磁發(fā)電提供固定的勵(lì)磁電流。

②輔助發(fā)電回路

輔助發(fā)電機(jī)輸出三相交流電經(jīng)輔助整流器整流輸出DC 110 V電源直接為空壓機(jī)主回路及空壓機(jī)控制回路供電；設(shè)置DC 110 V/DC 74 V電源模塊將輔助整流器輸出的DC 110 V電源轉(zhuǎn)為DC 74 V為蓄電池充電、車內(nèi)負(fù)載及其他控制回路供電。

輔助回路還為以下負(fù)載供電：PLC控制電路、照明電路、檢修燈、風(fēng)扇、指示回路、柴油機(jī)潤滑油泵、柴油機(jī)24 V模塊、制動(dòng)控制電路、干燥器、軸流風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)。

③PLC控制系統(tǒng)

機(jī)車采用PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車前后向牽引、制動(dòng)、柴油機(jī)調(diào)速、空壓機(jī)啟停、主輔發(fā)勵(lì)磁、撒沙等功能。

同時(shí)可監(jiān)控機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)及異常狀態(tài)時(shí)提醒司機(jī)，包括牽引工況、牽引勵(lì)磁、一般電氣故障、電傳動(dòng)分流、空轉(zhuǎn)滑行、制動(dòng)勵(lì)磁、電阻制動(dòng)柴油機(jī)停止、蓄電池供電制動(dòng)、警惕裝置報(bào)警等。

(6)制動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)車采用的空氣制動(dòng)裝置是雙端操縱的JZ-7型機(jī)車空氣制動(dòng)機(jī)，雙管供風(fēng)，總風(fēng)定壓900 kPa，列車管的定壓為500 kPa。該制動(dòng)系統(tǒng)具備階段制動(dòng)、階段緩解及一次性緩解功能；同時(shí)具有電阻制動(dòng)與空氣制動(dòng)互鎖防疊加功能。

機(jī)車設(shè)2臺(tái)2.4 m3/min排量的螺桿式空壓機(jī)，互為備用。

4 機(jī)車的主要特點(diǎn)

針對(duì)緬甸的高溫潮濕的氣候、線路狀況差的運(yùn)營特點(diǎn)，SYJ01型機(jī)車進(jìn)行了多項(xiàng)針對(duì)性的設(shè)計(jì)，使機(jī)車在可用性、可靠性、安全性及可維修性方面得到了很大的提高。目前，機(jī)車投入運(yùn)營已超過2年時(shí)間，單臺(tái)機(jī)車最高運(yùn)營里程已超過30萬km，機(jī)車的性能優(yōu)異。綜合分析，該機(jī)車具有以下特點(diǎn)。

(1)車體

針對(duì)緬甸鐵路線路較差、既有機(jī)車運(yùn)行時(shí)底架出現(xiàn)裂紋的狀況。新的機(jī)車底架設(shè)計(jì)時(shí)采用雙中梁承載結(jié)構(gòu)，雙中梁下蓋板采用通長板結(jié)構(gòu)，材料選用了高強(qiáng)度耐候鋼Q355NHD，提高了車體底架的剛性。

同時(shí)采用AAR H型密接式車鉤緩沖裝置，有效避免了因線路高低不平造成的脫鉤事故。

(2)轉(zhuǎn)向架

機(jī)車采用軸式為B0-B0-B0的轉(zhuǎn)向架；一系懸掛采用螺旋圓柱鋼彈簧+橡膠減振墊結(jié)構(gòu)，設(shè)有垂向液壓減振器，二系懸掛采用疊層橡膠彈簧，并設(shè)置了橫向減振器；最小通過曲線僅為60 m，為目前曲線通過能力較強(qiáng)的米軌干線機(jī)車。

(3)柴油發(fā)電機(jī)組

采用了卡特彼勒3516B型電子噴射柴油機(jī)，裝車功率達(dá)到了1 468 kW，較當(dāng)?shù)赝吞?hào)機(jī)車提高了105 kW，提高了機(jī)車的牽引力。

柴油發(fā)電機(jī)組采用公共底架柔性連接的方式，提高了組裝的模塊化程度，降低了線路振動(dòng)對(duì)機(jī)車的影響。

(4)電氣系統(tǒng)

機(jī)車采用PLC控制系統(tǒng)，有效簡化了控制邏輯。同時(shí)DC 110 V/DC 74 V電源轉(zhuǎn)化模塊采用一備一用模式，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

采用電子顯示屏顯示機(jī)車各系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障診斷等信息，提高了司機(jī)的可操作性。

電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多機(jī)重聯(lián)運(yùn)行的功能。

(5)制動(dòng)系統(tǒng)

當(dāng)?shù)丶扔袡C(jī)車采用2臺(tái)活塞式空氣壓縮機(jī)，額定排量為1.6 m3/min，但是當(dāng)?shù)刂苿?dòng)軟管漏風(fēng)的現(xiàn)象較為普遍，活塞式壓縮機(jī)維護(hù)成本較高。

該機(jī)車設(shè)計(jì)采用了兩臺(tái)新型免維護(hù)螺桿式空氣壓縮機(jī)，采用一備一用的模式，額定排量為2.4 m3/min；提高了機(jī)車安全性的同時(shí)，降低了維護(hù)成本。

5 結(jié)束語

該型機(jī)車已投入商業(yè)運(yùn)營2年的時(shí)間，每臺(tái)機(jī)車平均運(yùn)行里程已超過20萬km，單臺(tái)最高運(yùn)行里程已超過30萬km。從運(yùn)營情況來看，機(jī)車性能穩(wěn)定，可靠性較高。尤其是針對(duì)當(dāng)?shù)剡\(yùn)營條件及既有機(jī)車出現(xiàn)問題所采取的設(shè)計(jì)穩(wěn)定性較高。該機(jī)車為后續(xù)出口類似運(yùn)用條件的國家和地區(qū)的設(shè)計(jì)提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。