出口東非某國鐵路內(nèi)燃機車技術(shù)選型及優(yōu)化提升探討

謝經(jīng)廣 趙 寧 蔣一誠

(中車戚墅堰機車有限公司產(chǎn)品設(shè)計部 江蘇 常州 213011)

1 項目背景介紹

非洲東部某國家鐵路項目由國內(nèi)工程公司承建，采用中國技術(shù)標準，是該區(qū)域內(nèi)最重要的鐵路交通干線，也是諸多內(nèi)陸鄰國物資進出口的主要通道。該鐵路連接該國首都至港口城市，全長485 km，線路技術(shù)等級為國鐵Ⅰ級，軌距為1 435 mm，軸重等級為25 t，采用內(nèi)燃機車牽引，客運最高速度為120 km/h，牽引17節(jié)客車，貨運最大速度為80 km/h，牽引2 600 t貨物，最大坡道12‰。全年氣候潮濕多雨，需要考慮鹽霧腐蝕。

2 機車技術(shù)選型的確定

結(jié)合對客運機車運行高可靠性要求，機車在牽引1 100 t客車情況下須滿足在線路坡道12‰處持續(xù)運行要求，客運列車通過時間期望控制在5 h以內(nèi)，同時需要考慮運行經(jīng)濟性。通過機車牽引性能計算和整個線路運行的模擬計算，對2 900 kW等級、3 600 kW等級以及3 600 kW等級直供電三種機車方案進行運行時間、平均速度和油耗的綜合對比分析，確定客運機車采用5 000 hp機車。表1為客運列車線路運行模擬計算的結(jié)果。

表1 客運列車線路運行模擬計算

綜合對客運機車選型情況以及線路貨運規(guī)劃要求、貨物牽引質(zhì)量、牽引速度和經(jīng)濟性、可靠性以及后期維護成本考慮，確定貨運機車與客運機車采用同樣的5 000 hp機車平臺。

為滿足機車在當?shù)剡\用的條件，結(jié)合前期調(diào)研情況，需要結(jié)合目的地國家氣候環(huán)境、環(huán)保要求、生活習慣、線路情況、維保能力等多方面情況對機車進行全方位優(yōu)化改進設(shè)計，提升機車適應(yīng)性和可靠性，為機車在當?shù)爻晒\用打下基礎(chǔ)。

3 機車總體技術(shù)方案介紹及優(yōu)化提升

兩種機車裝用相同的16V280ZJA型柴油機，其中貨運機車裝車功率控制在3 680 kW，客運機車裝車功率控制在3 610 kW；主傳動系統(tǒng)均采用直流傳動，采用微機控制系統(tǒng)；輔助機組采用變速箱驅(qū)動，冷卻風扇通過靜液壓系統(tǒng)進行驅(qū)動；貨運機車轉(zhuǎn)向架采用滾動抱軸式轉(zhuǎn)向架，客運機車采用架懸式轉(zhuǎn)向架，有效降低簧下重量，減輕輪軌沖擊力。

3.1 機車主要技術(shù)參數(shù)

兩種機車技術(shù)參數(shù)主要在速度等級、軸重、牽引力等方面存在差異，具體如表2所示。

表2 機車主要技術(shù)參數(shù)對比

3.2 機車總體布置

兩種機車上部布置基本相同，主要為車體及安裝的設(shè)備，車體以五道間壁將其分隔為六室：第I司機室、電氣室、動力室、冷卻室、輔助室和第Ⅱ司機室(見圖1)。機車下部兩端為轉(zhuǎn)向架，貨運機車采用滾動抱軸式轉(zhuǎn)向架，客運機車為適應(yīng)更高速度采用架懸式轉(zhuǎn)向架，中間安裝了兩種不同容積的可拆式燃油箱。

3.2.1司機室

機車前后對稱布置了2個符合規(guī)范化要求的司機室，兩司機室操縱功能相同，其中客運機車司機室外形采用了流線的現(xiàn)代化設(shè)計。司機室前方和兩側(cè)設(shè)有玻璃窗，滿足司機瞭望要求。頂部布置了風扇、照明燈、檢修門及空調(diào)進出風口。前端操縱臺上布置了用于機車駕駛和控制的設(shè)備，包括制動閥、司機控制器、控制開關(guān)、按鈕、制動風表、微機顯示屏、監(jiān)控顯示屏等信息控制設(shè)備。另外還布置了冰箱、空調(diào)、飲水器、微波爐、座椅、衣帽鉤和滅火器等生活、安全設(shè)施。

1—司機室Ⅱ；2—冷卻裝置；3—后傳動裝置；4—柴油機；5—電阻制動裝置；6—前傳動裝置；7—司機室Ⅰ；8—車鉤緩沖器；9—低壓電器柜；10—高壓電器柜；11—主發(fā)電機；12—燃油箱；13—轉(zhuǎn)向架；14—熱交換器； 15—濾清器；16—空壓機；17—干燥器。圖1 機車總體布置圖

3.2.2電氣室

電氣室布置了主要電器元件，其中左側(cè)布置了高壓電氣柜和主硅整流柜，主硅整流柜下方為主發(fā)電機和主硅整流柜通風機。右側(cè)布置了低壓電氣柜、機車三項設(shè)備及制動閥類安裝柜、前轉(zhuǎn)向架牽引電動機通風機，通風機上方布置微機控制柜。電氣室兩側(cè)設(shè)置了百葉窗，用于滿足通風機進風要求。

3.2.3動力室

動力室內(nèi)布置了柴油發(fā)電機組、前變速箱、勵磁機、起動發(fā)電機、測速發(fā)電機。在柴油發(fā)電機組左側(cè)布置了兩組燃油泵電機組、燃油粗濾器，右側(cè)設(shè)有輔助機油泵電機組。在左右兩側(cè)壁上布置了空氣濾清器、滅火器和車體通風機。前間壁上部布置了橫跨電氣—動力兩室的制動電阻裝置，下部左側(cè)為勵磁整流柜。后間壁上部為膨脹水箱，下部為儀表箱。

3.2.4冷卻室

冷卻室上部為V型冷卻裝置，在冷卻裝置上安裝了48組雙流道銅散熱器，內(nèi)部安裝了2套靜液壓馬達及冷卻風扇。下部中間為后變速箱及后轉(zhuǎn)向架牽引電動機通風機，一側(cè)為機油熱交換器和空氣壓縮機組，另一側(cè)為起動機油泵、機油濾清器和空氣壓縮機組。前間壁下部左右兩側(cè)裝有靜液壓系統(tǒng)油箱，V型冷卻裝置底部為靜液壓系統(tǒng)油空散熱器。

3.2.5輔助室

輔助室上部為雙塔式風源凈化裝置和輔助膨脹水箱，后間壁設(shè)有可通車頂?shù)姆鎏荩虏恐虚g設(shè)有手制動傳動裝置和復(fù)軌器。

3.3 機車牽引性能

通過牽引計算表明貨運機車牽引能力可以滿足牽引2 600 t貨物12‰坡道線路運行要求，客運機車可以滿足牽引1 100 t客車12‰坡道線路運行要求。

3.4 適應(yīng)性優(yōu)化提升

結(jié)合目的地國家氣候環(huán)境、環(huán)保要求、生活習慣、線路情況和后續(xù)檢修維護工作，對機車進行了以下方面的適應(yīng)性優(yōu)化提升，具體如下：

(1)平臺簡統(tǒng)優(yōu)化

統(tǒng)籌分析客貨運機車技術(shù)要求，在保證機車性能的前提下，對柴油機及配套輔助系統(tǒng)、主發(fā)電機、整流柜、電阻制動、電氣元件、空壓機、空氣干燥器、空調(diào)等50多項主要零部件進行同一平臺簡統(tǒng)，優(yōu)化提升設(shè)計，有效提高機車可靠性，降低機車研發(fā)風險，并為后續(xù)檢修維護打下良好基礎(chǔ)。

(2)線路通過能力

對客運機車牽引能力進行優(yōu)化提升，將牽引齒輪傳動比從原來76/29更改為65/22，最大起動牽引力從原來245 kN提升到277 kN，提升幅度達到13.1%，持續(xù)牽引力從原來的160 kN提高到181.5 kN，提升幅度為13.5%，滿足了長大坡道對機車大牽引力的需求。

(3)環(huán)境適應(yīng)性

針對當?shù)囟嘤戥h(huán)境，對機車防水和排水進行系統(tǒng)優(yōu)化提升設(shè)計，在加大機車排水能力的同時，對車架等鋼結(jié)構(gòu)部件采用噴砂處理工藝、采用防腐性能更高的達克羅緊固件，并對空壓機設(shè)置防機油乳化的控制策略。

(4)安全性

在機車前端增加防撞和防爬結(jié)構(gòu)，通過仿真計算該結(jié)構(gòu)滿足TB/T 2541《機車車體靜強度試驗規(guī)范》要求；針對線路存在大型動物入侵的安全風險，優(yōu)化排障器結(jié)構(gòu)，降低風險發(fā)生后機車脫軌的風險。在機車重要部位設(shè)置視頻及防火監(jiān)測系統(tǒng)、使用高可靠性高壓油管并加裝防火罩，設(shè)置轉(zhuǎn)向架軸溫報警系統(tǒng)和通風機失速保護功能等措施，全方位優(yōu)化提升機車安全性。

(5)環(huán)保適應(yīng)性

對機車各系統(tǒng)所使用的墊片、電纜及車體阻尼漿等從材料上提升環(huán)保要求，對機車上木質(zhì)材料進行特殊處理，滿足出口檢驗檢疫要求。

(6)可靠性

為進一步優(yōu)化提升機車可靠性，采用可靠性高、壽命長的LED燈具，采用可靠性高的電磁接觸器代替電空接觸器，配備水系統(tǒng)重聯(lián)水箱，對砂箱的容積進行提升，有效優(yōu)化提升機車在長交路運行時的可靠性。

(7)舒適性

配備微波爐、冰箱、桶裝水飲水機和冷暖空調(diào)，進一步提升司乘人員舒適性。

(8)智能化

首次在出口機車上配備了自主研發(fā)的遠程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)(CRD)，系統(tǒng)整合了機車上的LKJ、TCMS、軸溫等運行信息及故障信息，實現(xiàn)車對地、地對車數(shù)據(jù)采集處理傳輸。該系統(tǒng)主要包括車載子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)和安全防護子系統(tǒng)等部件，可以對機車狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)以及機車日志等進行實時存儲，實現(xiàn)了機車定位、故障報警、實時狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)點播、機車電子履歷和統(tǒng)計分析等功能，有效支撐機車安全運行、快速定位故障處理要求，也可為機車操縱駕駛提供指導(dǎo)，為以后逐步實現(xiàn)大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)治理、機車關(guān)鍵部件的可靠性分析和智能故障診斷打下基礎(chǔ)[1]。

4 結(jié)束語

上述機車項目在2017年完成了線路運行試驗，試驗結(jié)果與前期模擬計算吻合，滿足了線路運行規(guī)劃要求，并在當年6月份正式投入運用。目前貨運機車基本保持在每天開行16對列車，客運機車保持在每天開行2對列車，貨運機車共計運行925萬km，客運機車運行207萬km，與國內(nèi)機車對比，其運用負荷率要高于國內(nèi)機車，但機車整體運行能夠保證良好狀態(tài)，滿足了當?shù)罔F路運輸需求，有效促進了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，受到社會廣泛好評。