出口蘇丹HD100C型內(nèi)燃動(dòng)車組的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

蔡小波，朱 兵

(中車資陽(yáng)機(jī)車有限公司研發(fā)部，四川 資陽(yáng) 641301)

1 概述

蘇丹鐵路主要承擔(dān)貨物運(yùn)輸，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，出現(xiàn)了小編組、單動(dòng)力牽引與多動(dòng)力牽引并存的客運(yùn)需求。而客運(yùn)運(yùn)輸所面臨是在既有較差貨運(yùn)線路條件下，保證運(yùn)輸安全性同時(shí)達(dá)到較高的運(yùn)行速度和可靠性；同時(shí)將面臨惡劣氣候條件問(wèn)題：蘇丹地處撒哈拉沙漠邊緣，沙漠面積占全蘇丹面積的1/3，其部分鐵路穿過(guò)沙漠，且鐵路沿線氣候多旱少雨，有風(fēng)時(shí)整個(gè)天空沙塵彌漫，沙塵細(xì)小，無(wú)孔不入地通過(guò)各種途徑進(jìn)入車內(nèi)。

2 動(dòng)車組開(kāi)發(fā)

動(dòng)車組安全可靠運(yùn)行，并具有較好的經(jīng)濟(jì)性是決定動(dòng)車組開(kāi)發(fā)成功與否的關(guān)鍵因素，為此在充分考慮用戶需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合既有動(dòng)車組的運(yùn)用情況，針對(duì)蘇丹的環(huán)境及應(yīng)用條件，進(jìn)行了如下開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

2.1 動(dòng)車組編組

蘇丹環(huán)境惡劣，維護(hù)保養(yǎng)條件差，因此用戶選擇了動(dòng)力集中式動(dòng)車組。一方面，在操作模式上與既有機(jī)車一致；另一方面與既有機(jī)車的維修模式匹配，適應(yīng)運(yùn)營(yíng)與檢修的要求。編組按2動(dòng)10拖設(shè)計(jì)，同時(shí)牽引和供電留有一定冗余。

2.2 動(dòng)車組的供電

國(guó)內(nèi)傳動(dòng)的2動(dòng)多拖車供電冗余方式，在1臺(tái)動(dòng)車牽引多臺(tái)拖車時(shí)存在缺陷，為此在本車設(shè)計(jì)時(shí)考慮1臺(tái)動(dòng)車牽引多臺(tái)拖車時(shí)的供電冗余。動(dòng)車上裝有大功率的供電用柴油發(fā)電機(jī)組，供電冗余實(shí)現(xiàn)方式：正常情況下，每臺(tái)機(jī)組給5臺(tái)拖車供電，當(dāng)其中1臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，有另1臺(tái)發(fā)電機(jī)組給10臺(tái)拖車供電，拖車設(shè)備切換為半載。

2.3 牽引與制動(dòng)一致性設(shè)計(jì)

動(dòng)車間通信采用CAN自定義協(xié)議實(shí)現(xiàn)動(dòng)車間的長(zhǎng)距離冗余通信，經(jīng)過(guò)聯(lián)調(diào)可保證控制的可靠性與通信的同步性，從而保證牽引的一致性。

制動(dòng)系統(tǒng)采用ARR標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，動(dòng)車組通過(guò)調(diào)整閘瓦摩擦系數(shù)，從而保持動(dòng)車與拖車的減速度一致。

3 四化設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)化設(shè)計(jì)

在針對(duì)非洲窄軌市場(chǎng)，在同一技術(shù)平臺(tái)上，形成了以第一、二批HD100型動(dòng)車和HD100B型動(dòng)車為代表的2個(gè)系列的動(dòng)車，HD100C動(dòng)車組動(dòng)車在系列二HD100A動(dòng)車組動(dòng)車的基礎(chǔ)上，通過(guò)柴油機(jī)由C32更換為3512B，供電方式由主柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)主發(fā)電機(jī)供電更改為獨(dú)立的C18發(fā)電機(jī)組供電，轉(zhuǎn)向架軸式由A1A-A1A更改為C0-C0。

3.2 模塊化設(shè)計(jì)

HD100C動(dòng)車組動(dòng)車上裝用的模塊均沿用歷史車型成熟模塊，未進(jìn)行新模塊的設(shè)計(jì)。如整體借用蘇丹輕車的柴油發(fā)電機(jī)組安裝，整體借用HD100A型動(dòng)車的電器柜、列車供電柜及輔變柜等(見(jiàn)表1)。

表1 模塊化設(shè)計(jì)

本車的模塊化重點(diǎn)工作在于對(duì)大模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高模塊的通用性。

4 動(dòng)車組總體布置、技術(shù)參數(shù)

M+T1+T1+T2+T2+Tk+T3+T3+T3s+T3s+T3s+M

4.1 動(dòng)車組主要技術(shù)參數(shù)(見(jiàn)表2)

表2 動(dòng)車組主要技術(shù)參數(shù)

4.2 動(dòng)車主要性能參數(shù)(見(jiàn)表3)

表3 動(dòng)車主要性能參數(shù)

動(dòng)車采用CAT C3512B型柴油機(jī)，最大運(yùn)用(裝車)功率為1 340 kW，最高運(yùn)行速度為120 km/h。動(dòng)車采用交-直流電傳動(dòng)，由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)1臺(tái)主發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)整流后，輸送給6臺(tái)并聯(lián)的牽引電動(dòng)機(jī)，再由牽引電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)車采用內(nèi)走廊承載式、流線型車體。動(dòng)車鋼結(jié)構(gòu)由下列5部分組成：司機(jī)室、電氣室、動(dòng)力室、冷卻室、輔助室，總體布置圖見(jiàn)圖2。

各室間隔墻均設(shè)有內(nèi)門。為便于裝拆部件，將電氣室、動(dòng)力室、冷卻室和輔助室的頂部均安裝活動(dòng)頂蓋。

車體結(jié)構(gòu)中設(shè)置防風(fēng)砂、隔熱、滅火、通風(fēng)、采光和照明設(shè)施。

具有流線型外罩的司機(jī)室內(nèi)設(shè)有操縱臺(tái)，操縱臺(tái)上安裝有司機(jī)控制器、制動(dòng)裝置的自閥和單閥、各種操縱按鈕、儀表和信號(hào)顯示裝置等。司機(jī)室內(nèi)還設(shè)有正、副司機(jī)座椅；前方和兩側(cè)均設(shè)有玻璃窗，視野寬闊，瞭望方便。前窗玻璃窗外設(shè)刮雨器。司機(jī)室安裝有冰箱、空調(diào)設(shè)備。

電氣室內(nèi)安裝有電氣柜、硅整流柜、牽引電動(dòng)機(jī)通風(fēng)機(jī)、制動(dòng)電阻。

動(dòng)力室內(nèi)裝柴油-發(fā)電機(jī)組及柴油機(jī)進(jìn)氣空氣濾清裝置、冷卻水系統(tǒng)的管路和膨脹水箱等。動(dòng)力室裝有通風(fēng)機(jī)，可以及時(shí)排出動(dòng)力室內(nèi)的煙氣和熱量。

冷卻室上部安裝散熱器組和一臺(tái)冷卻風(fēng)扇，散熱器組下部安裝有起動(dòng)發(fā)電機(jī)、輔助發(fā)電機(jī)、變速箱、交流輔助供電柜、排成通風(fēng)機(jī)等。

輔助室內(nèi)安裝有C18發(fā)電機(jī)組、空氣壓縮機(jī)(型號(hào)：L2.4/10)、閥類安裝、干燥器等設(shè)備。

動(dòng)車走行部為兩臺(tái)可以互換的C0-C0轉(zhuǎn)向架，動(dòng)車司機(jī)室鼻端配有蘇丹鐵路要求的空氣連接管和牽引裝置等。

車架下部中央為燃油箱，總風(fēng)缸和蓄電池箱。

1-內(nèi)電車鉤；2-操縱臺(tái)；3-座椅；4-電冰箱；5-電器柜；6-整流柜；7-電阻制動(dòng)；8-牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)；9-主發(fā)電機(jī)；10-主柴油機(jī)；11-燃油箱；12-輔發(fā)電機(jī)；13-啟動(dòng)電機(jī)；14-變速箱；15-交流輔助供電柜；16-轉(zhuǎn)向架；17-空壓機(jī)；18-供電機(jī)組；19-供電柜；20-閥類安裝架；21-冷卻裝置(供電機(jī)組)；22-冷卻裝置(主柴油機(jī))；23-膨脹水箱；24-排氣系統(tǒng)；25-進(jìn)氣系統(tǒng)。

4.3 拖車主要技術(shù)參數(shù)(見(jiàn)表4)

表4 拖車技術(shù)參數(shù)

HD100C型動(dòng)車組拖車由10節(jié)拖車構(gòu)成1列編組，編組方式為：兩節(jié)一等座→ 兩節(jié)二等座→一節(jié)餐車→一節(jié)帶乘務(wù)室及廣播控制系統(tǒng)的三等座 →一節(jié)帶乘務(wù)室的三等座→三節(jié)不帶乘務(wù)室的三等座。

4.3.1 一等座

一等車拖車總體布置圖如圖3所示，下部設(shè)備布置如轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)系統(tǒng)等與三等車完全相同，主要差異在拖車內(nèi)部布置，主要差異有以下幾個(gè)。

1)一等座車輛定員由72人減少到40人，座椅的舒適性與國(guó)內(nèi)和諧動(dòng)車組一等座等同，靠背傾斜角度為30度，座椅可旋轉(zhuǎn)、無(wú)插座功能，為滿足合同要求，座椅坐墊尺寸進(jìn)行調(diào)整，所有的座椅朝向I端布置，座椅為2+1排列。

2)由于座椅布置的不同，帶來(lái)車內(nèi)布置的變化，Ⅱ端大件行李架長(zhǎng)度由1 541 mm變?yōu)? 042 mm。燈帶、行李架、風(fēng)道、內(nèi)裝等相應(yīng)變化。

3)由于車內(nèi)布置的變化，對(duì)I端處的車窗布置進(jìn)行調(diào)整，地板根據(jù)座椅布置進(jìn)行調(diào)整，鋼結(jié)構(gòu)接口相應(yīng)變化。

1-車體鋼結(jié)構(gòu)；2-轉(zhuǎn)向架；3-制動(dòng)系統(tǒng)；4-給水系統(tǒng)；5-電氣系統(tǒng)；6-內(nèi)部裝飾；7-空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)；8-車內(nèi)設(shè)備。

4.3.2 二等座

二等車拖車總體布置圖如圖4所示，二等車與一等車內(nèi)部布置基本相似，差異在于座椅的數(shù)量和舒適度。二等座車輛定員為58人，座椅的舒適性與國(guó)內(nèi)和諧動(dòng)車組二等座等同，靠背傾斜角度為30°，座椅無(wú)旋轉(zhuǎn)和插座功能，所有的座椅朝向Ⅰ端布置，座椅為2+2排列。地板根據(jù)座椅布置進(jìn)行調(diào)整，鋼結(jié)構(gòu)相應(yīng)變化。

4.3.3 三等車

三等車在2M6T拖車的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)項(xiàng)點(diǎn)包括登車梯優(yōu)化、單路供電改雙路供電方式。針對(duì)兩動(dòng)六拖拖車驗(yàn)車時(shí)客戶反映的登車梯上車較陡的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)后的側(cè)梯斜度由原來(lái)的77°減少到65°，提高上車的舒適性。

1-車體鋼結(jié)構(gòu)；2-轉(zhuǎn)向架；3-制動(dòng)系統(tǒng)；4-給水系統(tǒng)；5-電氣系統(tǒng)；6-內(nèi)部裝飾；7-空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)；8-車內(nèi)設(shè)備。

4.3.4 餐車

餐車下部設(shè)備布置如轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)系統(tǒng)等與三等車完全相同，餐車內(nèi)部布置為全新設(shè)計(jì)。車內(nèi)設(shè)備主要分為3個(gè)區(qū)域：儲(chǔ)物區(qū)、餐廳、廚房系統(tǒng)等。餐廳在車輛中部，設(shè)固定座椅、餐桌、窗簾、衣帽鉤。座椅分為單面雙人式座椅和雙面4人式座椅，可同時(shí)供36人就餐。

廚房系統(tǒng)設(shè)置在Ⅱ位端，廚房?jī)?nèi)設(shè)吧臺(tái)、操作臺(tái)、加熱、烹飪、冷藏冷凍、儲(chǔ)物柜等設(shè)施，保障全車旅客餐飲的供應(yīng)。可為乘客提供2種形式的供餐/售貨形式：第1種供餐/售貨形式為乘客自主到餐車廚房吧臺(tái)處購(gòu)買食品或飲料，然后到餐廳座位上進(jìn)餐；第2種供餐/售貨形式為乘務(wù)人員使用售賣小車為各車廂的乘客送餐(飲料)。

5 結(jié)語(yǔ)

出口蘇丹的HD100C型動(dòng)車是在前期已出廠的HD100系列動(dòng)車組的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足合同要求和用戶使用需求的前提下，考慮平臺(tái)化設(shè)計(jì)，為今后開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)力集中式內(nèi)燃動(dòng)車組的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。