使用進口柴油機的內燃機車項目柴油發電機組設計流程及設計要點

王淑琴

（常州鐵道高等職業技術學校，江蘇 常州 213011）

近年來，大量出口機車項目使用了進口的柴油機，在機車設計中，柴油機組主要負責柴油發電機組的有關設計。由于柴油機為整體外購，設計工作與傳統機車項目差異較大，工作過程中通常是少量的設計人員完成大量數據信息的對接，涉及除了轉向架外的所有設計業務組。

同時，有關機車項目的柴油發電機組設計負責人，不斷變動，與之相關的設計經驗、教訓和工作流程等重要設計信息沒有形成知識積累，嚴重影響了機車項目的工作效率。

本文對既往使用外購柴油機的機車項目柴油機組設計工作進行梳理，結合具體項目案例，詳細介紹外購柴油機機車項目各個階段的主要工作內容及柴油機組設計師的主要任務，設計輸入和輸出信息，重要文件如技術協議、業務聯系書的編寫、編制注意事項及柴油發電機組設計中注意事項等，可以有效提高設計效率，減少重復錯誤。

1 進口柴油機內燃機車柴油發電機組設計工作基本流程

1.1 投標階段

①招標文件技術要求識別；②柴油機初步選型；③招標文件逐條響應；④投標技術文件（柴油機部分）編寫。

1.2 方案設計階段

①發電機組方案設計；②柴油機技術協議編寫；③方案設計業務聯系書編寫；④方案設計評審材料準備及評審意見響應。

1.3 技術設計，施工設計階段

①發電機組的詳細設計；②物料編碼申請；③技術設計業務聯系書編寫；④輔助系統設計校核；⑤柴油機維保材料整理；⑥柴油發電機組零部件清單。

1.4 機車制造階段

①柴油機進廠檢查；②首臺發電機組拼裝；③首臺發電機組落車；④柴油機油水氣管路連接；⑤物料協調；⑥其他業務組工作協調。

1.5 機車試驗階段

①輔助系統檢查；②柴油機靜態最終產品調試測試試驗（End Product Questionnaire Test）；③其他用戶要求的試驗項點；④現場試驗。

2 進口柴油機內燃機車柴油發電機組設計工作要點

2.1 投標階段

2.1.1 招標文件要求識別

在前期的投標過程中，依據用戶發布的機車技術要求識別用戶對柴油機的主要技術要求。

在這一階段工作中，主要需識別出柴油機基本參數需求包括重量、功率、排放等級及驗收方式（如有）。

（1）用戶環境條件。識別用戶的環境要求，包括溫度范圍、海拔范圍及特殊氣候條件等。

（2）柴油機重量。總體組將依據機車的軸重、工作條件及其他系統的重量綜合框定柴油發電機組的重量，再根據電傳動組評估的發電機重量反推柴油機重量范圍，需和總體組確認彈性空間。除了柴油機本身重量外，柴油機對配套系統的要求也會帶來額外的重量，如CAT柴油機通常需要配備公共底架、彈性聯軸節和雙支撐電機，上述配置意味著15%以上的附加重量。

（3）柴油機功率。招標文件中通常不會直接提出柴油機功率，而是提出機車牽引能力及速度要求，因此需在其他組協助下利用牽引計算和輔助功率計算反推柴油機基本功率要求。因此需要與電傳動組明確，其提出的功率是否考慮功率波動，因為在機車的牽引控制中（特別是電恒功控制），電功率控制通常允許出現3%～5%的功率波動（GB/T 2820—2009《往復式內燃機驅動的交流發電機組》、可查招標文件中是否有對電機控制精度等級G1、G2、G3之類的要求），若波動功率超出柴油機名義功率上限，功率波將導致柴油機“碰止檔”（即柴油機的最大噴油量無法維持柴油機轉速，柴油機轉速將被壓低引起牽引功率降低）。個別情況下，招標技術文件中會籠統地提出機車功率，按照美國機車習慣，內燃機車功率等同于機車柴油機的裝車功率，而按照中國機車習慣，內燃機車功率代表機車的牽引功率，不同的定義方法可引起10%左右的柴油機功率需求。因此需要求總體組明確，避免選配功率過大或過小的柴油機從而導致柴油機采購成本過高或機車牽引力不足。

（4）柴油機排放及驗收方式。目前國際項目中主要參考排放法規為EPA和UIC（EU），其中EPA為機車排放法規，UIC（EU）為柴油機排放法規。前者需在機車完成試制和調試后進行機車排放測試，因此在機車通過排放驗收試驗前，我方和柴油機供應商都只能給出承諾；后者可向柴油機供應商索要柴油機排放證書或有效的測試報告，直接作為投標文件附件。當排放要求高于EUIIIB和EPA Tier IV后，柴油機可能需要使用后處理系統，需識別用戶是否接受后處理。在技術要求識別過程中，檢查有無關于排放驗收的條款，特別是對于單獨要求滿足EPA排放的機車。如有涉及在機車上進行的排放驗收試驗，應督促輔助系統設計師盡可能滿足柴油機提出的油水氣接口溫度、壓力及流量等要求。若沒有相關要求則盡量不主動提及。

（5）工作液體確認。部分標書中會明確用戶現有的燃油，機油和冷卻水規格，或是提出自己傾向于使用的上述液體的參數、品牌及型號。

（6）噪聲要求。機車的總體噪聲要求通常由總體組進行識別、分解，最終給出柴油發電機組的噪聲要求，結合柴油機的實際噪聲特性，確定是否需要使用消音器及消音器的消聲量。

2.1.2 柴油機初步選型

若用戶在招標文件中明確要求使用某型號柴油機（即用戶點裝），則可忽略該步驟。

柴油機初步選型的主要依據是柴油機的重量，外形尺寸和功率范圍。在初步框定若干型號柴油機后，重點收集所選柴油機型號的熱平衡參數、通信協議和安裝形式等信息，以支撐系統組、電傳動組和車體組開展設計工作。

在前期識別的功率、排放要求基礎上，依據招標文件上的環境條件和供應商提供的柴油機功率修正信息，校核柴油機在極限環境條件下，能否滿足機車牽引需求。若柴油機因極限條件降功而無法滿足牽引需求，首先與總體設計師溝通，評估該牽引狀態的發生頻次，隨后討論處理方法，一般有以下幾種情況。

（1）討論柴油機的功率修正方法能否調整，滿足牽引需求。這一調整可能會引起柴油機維保周期的變動，具體情況主要看發生頻次。

（2）調整柴油機型號規格，主要需校核新型號柴油機的排放、重量和價格。

（3）聯系用戶，澄清調整牽引需求。

2.1.3 投標方案及招標文件逐條響應階段

在柴油機的技術文件中，識別其對輔助系統的技術要求包括：空氣流量、燃油進回油流量、壓力和熱平衡參數等信息用于支撐輔助系統的投標方案；識別柴油機電氣控制方面需求，如通信協議，供電要求，可用的啟動方式，柴油機電氣設備接線原理圖、外形圖等，用于支撐電傳動組投標方案。

認真閱讀招標文件，逐條識別其中對柴油機的詳細技術要求，或者需要提供的技術資料，在柴油機供應商提供的技術資料中逐一識別不滿足項和缺失項。聯系供應商確認能否調整不滿足項并提供缺失項資料，形成最終的逐條響應清單。

需要注意，在逐條響應過程中，國外技術人員通常響應速度較慢，因此中方柴油機銷售人員通常敢于給出比制造方更大膽的承諾。為明確技術責任，相關承諾須銷售方負責人以郵件形式發送作為存檔和支撐資料。

2.1.4 投標技術文件編寫

編寫投標文件中的柴油機部分，該部分文件編寫有以下要點：

（1）介紹柴油機主要結構特點，排放性能（宜附證書），主要優點，歷史業績等信息，附帶外形圖片。

（2）圍繞逐條響應清單詳細介紹柴油機的技術信息，如柴油機缸數、燃油消耗和機油消等信息，盡可能將用戶關切的技術信息體現在投標技術文件中。

（3）對于無法滿足用戶要求的技術信息，請總體組進行權衡決策（并留存溝通、決策痕跡）。

2.2 技術設計及施工設計階段

2.2.1 發電機組的詳細設計

（1）柴油機與主發電機連接設計。

嚴格依照柴油機圖紙和電傳動業聯為依據，確認以下尺寸。

柴油機飛輪，飛輪殼尺寸，如螺栓孔分布、螺紋規格（國標、美標、粗牙、細牙）和止口尺寸；柴油機飛輪與飛輪殼相對位置；主發定子，轉子尺寸，如螺栓孔分布、螺紋規格（國標、美標、粗牙、細牙）、止口尺寸；主發定子與轉子的相對位置。

首先確定連接箱的軸向長度（或柴油機飛輪殼法蘭面與主發電機定子法蘭面的距離），長度的確定首先應確保主發電機和柴油機不發生干涉，其次應滿足主發電機的通風需求（強制通風的主發電機連接箱需設計有通風口）。在滿足上述要求的前提下，連接箱長度應盡可能短。

連接箱軸向長度確定后，通過尺寸鏈計算確定柴油機飛輪與電機轉子的距離范圍。由于柴油機和發電機均存在裝配誤差和加工誤差，同時發動機完成拼裝后需保證連接后發電機組軸系的整體竄動量滿足設計要求，連接法蘭的軸向長度尺寸需比尺寸鏈計算的最小可用尺寸再短1~3 mm，以便于通過調整墊片調節軸向尺寸。調整墊片有2類，一類為環裝鋼板，依據實測零件尺寸配磨厚度；另一類為固定厚度型材加工，具有多種厚度規格（如0.2、0.5、1 mm等），可自行設計或要求柴油機供應商提供（列入散供件清單）。

柴油機制造商會提供的技術資料中一般會包含有墊片厚度的計算公式，執行方法應在圖紙技術要求中寫明。

（2）排氣管路設計。施工設計階段，核實、檢查方案設計階段提出的彈性結構、補償手段、防雨結構、車頂密封結構和車體密封結構防熱等設計要點是否在設計圖紙上體現。

（3）發電機組安裝設計。柴油發電機組安裝于車體上平面，一般情況下，柴油機彈性支撐不會直接通過螺直接安裝在車體上平面上，而是安裝于焊接在車體上平面的支撐座或支撐座板上。支撐座或支撐座板需要配套的上下調整墊片，下調整墊片用于在支撐座或支撐座板焊接前調整車體上平面的整體平面度，上調整墊片用于調整彈性支撐的壓縮量（如柴油機使用高度可調的彈性支撐，則可省略上調整墊片）。支撐座板焊接時，須注意切勿燙壞彈性支撐。

2.2.2 輔助系統設計校核

柴油機冷卻系統，進排氣系統設計，安裝、拼裝結構完成后，需提交柴油機供應商進行審核，不同供應商有不同的關注細節，應積極溝通。對于審核中存在的不滿足項或有爭議的技術項點，需雙方積極溝通，形成共識以避免出問題時互相推諉。最終溝通成果應當以郵件或會議紀要形式簽字留存。

2.2.3柴油機維保材料整理

向供應商索要柴油機維保計劃，柴油機零件手冊，柴油機維保作業指南。

維保計劃為表格式清單，規定不同的運用時間進行何種維保工作，標注的工作周期應與前期商務洽談的成果一致。需要注意的是，柴油機維保計劃通常以工作小時數計算，而機車的維保通常以年計算，個別情況還會以機車運用里程計算，因此需與總體組明確換算方法。

柴油機零件手冊用于查閱柴油機上某一零件的廠家編號，用戶可通過該手冊在向廠家訂購特定零件。有些柴油機廠家不提供零件手冊，其柴油機零件的更換、訂購等工作均由當地技術人員完成。

柴油機維保作業指南用于指導用戶或現場人員進行常規的維保作業，如一般性檢查，更換耗材等。

2.2.4 柴油發電機組零部件清單

對照裝配圖，制作三維爆炸圖，將爆炸圖輸出為CAD圖紙，按照順時針或逆時針順序標注零件序號。

2.3 機車制造階段

2.3.1 柴油機進廠檢查

柴油機運抵工廠后，一般應有采購與供應商對接，進行發貨內容的清點，設計人員須注意向供應商索要柴油機的出廠試驗報告，校核柴油機的出廠試驗數據。與采購或柴油機銷售人員溝通，了解散發件有無清點。

2.3.2 首臺發電機組拼裝

首臺發電機組拼裝時，設計師應到場提供技術支持，條件允許還應有柴油機廠家技術人員到場，觀察現場作業中有無不符合圖紙要求的項點，如吊繩方向、吊點數量，緊固件力矩、配件油漆狀態（加工面被油漆），壓鐵位置是否會造成柴油機損傷等。

關注工人師傅反饋，有無施工困難、零件缺失、編碼錯誤或散件安裝方式不清楚等問題。收到問題反饋后，盡快給現場提供指導并完成圖紙、技術文件更改。

2.3.3 首臺發電機組落車

注意事項與發電機組拼裝大致相同。需注意柴油發電機組支撐座和支撐座板的焊接工藝不會燙傷彈性支撐。

2.3.4 柴油機油水氣電管線連接

對于現場安裝有困難或不清楚安裝方法的柴油機散供件、零配件進行答疑和解釋，檢查業聯中提出的測點位置有無傳感器接頭等。

2.3.5 其他業務組工作協調

其他業務組涉及柴油機的相關技術支持。

2.4 機車試驗階段

機車試驗階段中，設計柴油機的試驗主要由廠家進行，工作要點在于盡早與柴油機廠家明確試驗計劃和試驗流程，方便生產單位安排試驗。

柴油機EPQ試驗的核心是檢驗機車設計是否滿足柴油機的關鍵性技術要求，對于柴油機設計師則是校核其他業務組的設計制造有無滿足業聯中的要求。

需要注意，柴油機EPQ試驗中的熱平衡試驗中需要拆裝柴油機自帶的溫控閥（又稱截溫器，英文為Thermostat），更換節流孔板，拆裝和更換的過程均需要放掉柴油機冷卻水；如果冷卻水中含有價格較高的添加劑，那么放掉的水需注意回收，不可隨意丟棄，因此需要在計劃中明確指出，便于統籌安排。

各項試驗完成后，注意索要測試報告。

3 機車后續技術服務

主要處理機車運用中發生的故障，處理過程中，積極與現場人員溝通，掌握柴油機、機車的第一手現象、狀態信息，緊扣技術協議與柴油機廠家溝通。

4 結論

從上述內容中不難發現，使用口柴油機的內燃機車項目柴油發電機組設計工作與一般的設計工作有較大的區別，柴發組的設計工作重點集中于前期，在于對用戶需求的識別，對柴油機技術要求的理解、轉化和傳遞。

另一方面，以上內容是完整、全流程的設計過程，實際項目中，不同階段的工作（如技術設計和方案設計）可能合并，有些工作可能被跳過（如投標過程），需要設計人員積極、主動溝通，靈活調整。