出口阿根廷貝爾格拉諾內燃機車平臺化研究

劉建華 齊志剛 謝經廣 龔和娣

(中車戚墅堰機車有限公司 江蘇 常州 213011)

1 概述

2014年12月中車戚墅堰機車有限公司(以下簡稱戚墅堰公司)與中國機械設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鐵路改造項目鐵路內燃機車采購合同”，該合同是隸屬于CMEC與阿根廷內政和交通部簽署的CMEC2010C6010《貝爾格拉諾貨運鐵路改造項目修改和重述合同》主合同項下的鐵路內燃機車采購，包括100臺3種軌距內燃機車的設計制造[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輸。

本文從用戶需求出發，以國內成熟的直流機車設計平臺為基礎，統一了機車設計思路和主要部件技術方案，搭建了適用于阿根廷等南美國家的3 000 Hp高速柴油機的貨運直流內燃機車平臺。

2 機車技術方案

出口阿根廷貝爾格拉諾機車主要擔任阿根貝爾格拉諾鐵路貨物公司運輸任務，針對用戶的需求，CMEC組織各主機廠明確了3種不同軌距機車的主要平臺及設計思路。機車主傳動系統采用交-直流傳動，單司機室外走廊結構，裝用16V4000R43型柴油機、JF219F型主發電機、ZD109T(寬軌/標軌)、ZD126G(米軌)型牽引電機、三軸滾抱單拉桿轉向架、CCBⅡ空氣制動機，采用微機控制技術、輔助交流電傳動技術，具有雙機重聯功能，機車主要技術參數如表1所示。

表1 3種機車主要技術參數

3 產品平臺及總體布置

本項目基于同型號的機車動力裝置柴油機，進行了不同限界、不同軸重、不同軌距的3種機車設計及選型配套，搭建高速柴油機的交-直流傳動內燃機車平臺。主傳動系統方面，對柴油機輸出端主發電機、萬向軸、輔助發電機、起動發電機接口進行了統一；冷卻系統方面，散熱器、冷卻風扇及電機組實現了模塊化；制動系統方面，制動機、喇叭、空氣壓縮機等采用了標準化零部件。

由于3種機車運用線路不同，每個線路限界、軸重、軌距均不相同，機車所能發揮的牽引及制動性能也不同。從機車牽引需求著手，3種機車所需的牽引電機、整流柜、主發電機、電阻制動裝置等主傳動系統部件的功率、電流、電壓等參數需要重新核算；從線路軸重需求要求來看，機車轉向架、車體架等須采用輕量化設計；從限界要求來看，機車的斷面圖須適應限界設計，包括車體斷面及轉向架斷面結構。

經過分析之后，該平臺3種機車的電傳動系統部分部件參數需要調整，主要零部件的物理接口需要簡化統一。車體及轉向架系統物理接口需進行適應性設計，其余部件均可按標準化、模塊化接口設計。柴油發電機組、制動系統、輔助系統主要部件可在同一平臺基礎上設計。另外，考慮到用戶的使用及維護，該產品平臺在電氣系統原理、運用操作接口、部件互換性、檢修及整備接口、安全及生活設施等方面均進行了簡化統一。

3.1 機車各室布置

機車上部從前端到后端分別布置了：司機室、電器室、傳動室、動力室、冷卻室、輔助室共6個室，其中米軌機車在司機室前端布置了制動柜等附件。機車下部有2個C0-C0轉向架、燃油箱及總風缸等。

(1)司機室

司機室內部主要布置有操縱臺、司乘人員座椅、照明燈、刮雨器、熱水器、遮陽簾、通風扇、滅火器安裝筒等部件。在滿足機車駕駛操作的基礎上，充分考慮了司乘人員的日常駕駛必備用品。整個司機室具有良好的視野，司機室結構還具有抗撞擊的功能。司機室頂部布置有冷暖空調，提高內部舒適性。

(2)電氣室

電氣室的主要設備有：高壓電器柜、低壓電器柜。在司機室和電器室間壁上設有內門，以便使用及維護。

(3)傳動室

傳動室內裝有電阻制動裝置、主硅整流柜、前轉向架通風機、變速箱以及起動電機和輔助發電機，在主發電機的上部裝有柴油機空氣濾清器。傳動室兩側門都為百葉窗結構，滿足該室進風的要求。

(4)動力室

動力室裝有MTU16V4000R43型柴油機、主發電機、膨脹水箱、燃油泵等輔助設備。其中主發電機由柴油機通過彈性聯軸節直接驅動。

(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由輔助變流柜控制的交流冷卻風扇電機，按照柴油機出水口溫度的高度來調節冷卻風扇的轉速，保證柴油機的正常工作。冷卻室下部裝有2個空氣壓縮機、后轉向架牽引電機通風機等制動輔助設備。

(6)輔助室

輔助室裝有輔助變流柜、閥類安裝柜等，其中寬軌機車與米軌機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 機車總體技術方案

基于本項目柴油發電機的功率需求，同時兼顧3種車型的不同軌距、不同限界、不同軸重的要求，3種機車方案如圖1～3所示。

1—空調；2—電氣柜；3—整流柜；4—電阻制動裝置；5—空濾箱；6—柴油發電機組；7—膨脹水箱；8—冷卻裝置；9—總風缸(二)；10—排障器；11—制動柜；12—空氣壓縮機；13—轉向架；14—車架；15—油箱；16—總風缸(一)；17—起動電機；18—輔助發電機；19—變速箱；20—前通風機；21—手制動；22—司機室；23—車鉤。圖1 寬軌機車總體布置

1—司機室；2—電阻制動裝置；3—燃油箱；4—散熱器；5—通風機；6—空氣壓縮機；7—車架；8—輔助變流柜；9—轉向架。圖2 標軌機車總體布置

1—閥柜；2—司機室座椅；3—電器柜；4—硅整流柜；5—變速箱；6—輔助交流發電機；7—柴油機進氣裝置；8—柴油機；9—牽引電機通風機電機組；10—總風缸；11—空氣壓縮機； 12—空氣干燥器；13—閥架；14—輔助變流柜；15—空氣壓縮機；16—轉向架；17—總風缸；18—燃油箱；19—主發電機；20—啟動發電機；21—通風機電機組；22—轉向架；23—操縱臺；24—手制動；25—緊急制動閥；26—電阻制動裝置；27—柴油機排氣裝置；28—膨脹水箱；29—冷卻裝置。圖3 米軌機車總體布置

4 關鍵技術

(1)平臺化設計

滿足了用戶對不同軌距、不同限界、不同軸重機車柴油發電機組、制動電阻裝置、變速箱等52項部件的簡統要求，降低了機車制造及運維成本。

(2)簡統化設計

開展了4個廠家3種機車的設計、工藝、采購、制造、質保、試驗驗收的簡統工作。開創了“聯合設計、資源共享、優勢互補”的合作模式，搭建了內燃機車降本增效、共享優勢技術的互通平臺。

(3)長端視野評價及試驗研究

首次在單司機室外走廊機車上開展了長端視野的評價及試驗研究，通過司機室設備布置、冷卻室及輔助室結構優化，滿足了用戶對視野的要求。

(4)司機室人機工程學提升通過優化司機室空調進出風口布置、裝用玻璃鋼與多孔鋁板的組合式內裝、采用抗沖擊側窗和司機室防護網等措施，提高了司乘人員的舒適性及安全性。

(5)性價比高的冷卻系統

機車采用頂置板式散熱器配1個大直徑(1 800 mm)冷卻風扇的方案。該種冷卻形式結構更簡單、緊湊，減少了雙風扇冷卻裝置存在的死角，效率更高。

(6)性價比高的輔助交流系統

機車輔助交流傳動系統采用成熟可靠的400 kVA交流輔助發電機、1臺冷卻風扇電機、2臺牽引電機通風機。在滿足用戶要求的前提下，既符合技術發展的方向，又有效降低了系統成本。

(7)模塊化設計

機車上部采用單司機室外走廊結構，主要各室及部件采用螺栓連接結構，便于組裝及檢修。

5 結束語

出口阿根廷貝爾格拉諾機車是為阿根廷用戶設計的交-直流電傳動干線貨運內燃機車，可滿足寬軌、標軌、米軌線路的使用，整車具有較高的性價比，其中寬軌、米軌機車已逐步交付阿根廷使用，機車自投入運用以來極大地提升了當地的交通運輸效率，目前為止已累計實現銷售107臺。

該項目搭建的3 000 Hp功率等級內燃機車平臺，基于中國既有機車的成熟經驗，結合阿根廷用戶的個性化需求，開展了一系列符合用戶使用習慣的設計研究，不僅滿足了阿根廷鐵路市場的運用，也可適用于南美、非洲、亞洲等部分鐵路市場。