出口东非某国铁路内燃机车技术选型及优化提升探讨

谢经广 赵 宁 蒋一诚

(中车戚墅堰机车有限公司产品设计部 江苏 常州 213011)

1 项目背景介绍

非洲东部某国家铁路项目由国内工程公司承建，采用中国技术标准，是该区域内最重要的铁路交通干线，也是诸多内陆邻国物资进出口的主要通道。该铁路连接该国首都至港口城市，全长485 km，线路技术等级为国铁Ⅰ级，轨距为1 435 mm，轴重等级为25 t，采用内燃机车牵引，客运最高速度为120 km/h，牵引17节客车，货运最大速度为80 km/h，牵引2 600 t货物，最大坡道12‰。全年气候潮湿多雨，需要考虑盐雾腐蚀。

2 机车技术选型的确定

结合对客运机车运行高可靠性要求，机车在牵引1 100 t客车情况下须满足在线路坡道12‰处持续运行要求，客运列车通过时间期望控制在5 h以内，同时需要考虑运行经济性。通过机车牵引性能计算和整个线路运行的模拟计算，对2 900 kW等级、3 600 kW等级以及3 600 kW等级直供电三种机车方案进行运行时间、平均速度和油耗的综合对比分析，确定客运机车采用5 000 hp机车。表1为客运列车线路运行模拟计算的结果。

表1 客运列车线路运行模拟计算

综合对客运机车选型情况以及线路货运规划要求、货物牵引质量、牵引速度和经济性、可靠性以及后期维护成本考虑，确定货运机车与客运机车采用同样的5 000 hp机车平台。

为满足机车在当地运用的条件，结合前期调研情况，需要结合目的地国家气候环境、环保要求、生活习惯、线路情况、维保能力等多方面情况对机车进行全方位优化改进设计，提升机车适应性和可靠性，为机车在当地成功运用打下基础。

3 机车总体技术方案介绍及优化提升

两种机车装用相同的16V280ZJA型柴油机，其中货运机车装车功率控制在3 680 kW，客运机车装车功率控制在3 610 kW；主传动系统均采用直流传动，采用微机控制系统；辅助机组采用变速箱驱动，冷却风扇通过静液压系统进行驱动；货运机车转向架采用滚动抱轴式转向架，客运机车采用架悬式转向架，有效降低簧下重量，减轻轮轨冲击力。

3.1 机车主要技术参数

两种机车技术参数主要在速度等级、轴重、牵引力等方面存在差异，具体如表2所示。

表2 机车主要技术参数对比

3.2 机车总体布置

两种机车上部布置基本相同，主要为车体及安装的设备，车体以五道间壁将其分隔为六室：第I司机室、电气室、动力室、冷却室、辅助室和第Ⅱ司机室(见图1)。机车下部两端为转向架，货运机车采用滚动抱轴式转向架，客运机车为适应更高速度采用架悬式转向架，中间安装了两种不同容积的可拆式燃油箱。

3.2.1司机室

机车前后对称布置了2个符合规范化要求的司机室，两司机室操纵功能相同，其中客运机车司机室外形采用了流线的现代化设计。司机室前方和两侧设有玻璃窗，满足司机瞭望要求。顶部布置了风扇、照明灯、检修门及空调进出风口。前端操纵台上布置了用于机车驾驶和控制的设备，包括制动阀、司机控制器、控制开关、按钮、制动风表、微机显示屏、监控显示屏等信息控制设备。另外还布置了冰箱、空调、饮水器、微波炉、座椅、衣帽钩和灭火器等生活、安全设施。

1—司机室Ⅱ；2—冷却装置；3—后传动装置；4—柴油机；5—电阻制动装置；6—前传动装置；7—司机室Ⅰ；8—车钩缓冲器；9—低压电器柜；10—高压电器柜；11—主发电机；12—燃油箱；13—转向架；14—热交换器； 15—滤清器；16—空压机；17—干燥器。图1 机车总体布置图

3.2.2电气室

电气室布置了主要电器元件，其中左侧布置了高压电气柜和主硅整流柜，主硅整流柜下方为主发电机和主硅整流柜通风机。右侧布置了低压电气柜、机车三项设备及制动阀类安装柜、前转向架牵引电动机通风机，通风机上方布置微机控制柜。电气室两侧设置了百叶窗，用于满足通风机进风要求。

3.2.3动力室

动力室内布置了柴油发电机组、前变速箱、励磁机、起动发电机、测速发电机。在柴油发电机组左侧布置了两组燃油泵电机组、燃油粗滤器，右侧设有辅助机油泵电机组。在左右两侧壁上布置了空气滤清器、灭火器和车体通风机。前间壁上部布置了横跨电气—动力两室的制动电阻装置，下部左侧为励磁整流柜。后间壁上部为膨胀水箱，下部为仪表箱。

3.2.4冷却室

冷却室上部为V型冷却装置，在冷却装置上安装了48组双流道铜散热器，内部安装了2套静液压马达及冷却风扇。下部中间为后变速箱及后转向架牵引电动机通风机，一侧为机油热交换器和空气压缩机组，另一侧为起动机油泵、机油滤清器和空气压缩机组。前间壁下部左右两侧装有静液压系统油箱，V型冷却装置底部为静液压系统油空散热器。

3.2.5辅助室

辅助室上部为双塔式风源净化装置和辅助膨胀水箱，后间壁设有可通车顶的扶梯，下部中间设有手制动传动装置和复轨器。

3.3 机车牵引性能

通过牵引计算表明货运机车牵引能力可以满足牵引2 600 t货物12‰坡道线路运行要求，客运机车可以满足牵引1 100 t客车12‰坡道线路运行要求。

3.4 适应性优化提升

结合目的地国家气候环境、环保要求、生活习惯、线路情况和后续检修维护工作，对机车进行了以下方面的适应性优化提升，具体如下：

(1)平台简统优化

统筹分析客货运机车技术要求，在保证机车性能的前提下，对柴油机及配套辅助系统、主发电机、整流柜、电阻制动、电气元件、空压机、空气干燥器、空调等50多项主要零部件进行同一平台简统，优化提升设计，有效提高机车可靠性，降低机车研发风险，并为后续检修维护打下良好基础。

(2)线路通过能力

对客运机车牵引能力进行优化提升，将牵引齿轮传动比从原来76/29更改为65/22，最大起动牵引力从原来245 kN提升到277 kN，提升幅度达到13.1%，持续牵引力从原来的160 kN提高到181.5 kN，提升幅度为13.5%，满足了长大坡道对机车大牵引力的需求。

(3)环境适应性

针对当地多雨环境，对机车防水和排水进行系统优化提升设计，在加大机车排水能力的同时，对车架等钢结构部件采用喷砂处理工艺、采用防腐性能更高的达克罗紧固件，并对空压机设置防机油乳化的控制策略。

(4)安全性

在机车前端增加防撞和防爬结构，通过仿真计算该结构满足TB/T 2541《机车车体静强度试验规范》要求；针对线路存在大型动物入侵的安全风险，优化排障器结构，降低风险发生后机车脱轨的风险。在机车重要部位设置视频及防火监测系统、使用高可靠性高压油管并加装防火罩，设置转向架轴温报警系统和通风机失速保护功能等措施，全方位优化提升机车安全性。

(5)环保适应性

对机车各系统所使用的垫片、电缆及车体阻尼浆等从材料上提升环保要求，对机车上木质材料进行特殊处理，满足出口检验检疫要求。

(6)可靠性

为进一步优化提升机车可靠性，采用可靠性高、寿命长的LED灯具，采用可靠性高的电磁接触器代替电空接触器，配备水系统重联水箱，对砂箱的容积进行提升，有效优化提升机车在长交路运行时的可靠性。

(7)舒适性

配备微波炉、冰箱、桶装水饮水机和冷暖空调，进一步提升司乘人员舒适性。

(8)智能化

首次在出口机车上配备了自主研发的远程监测与诊断系统(CRD)，系统整合了机车上的LKJ、TCMS、轴温等运行信息及故障信息，实现车对地、地对车数据采集处理传输。该系统主要包括车载子系统、数据传输子系统、地面综合应用子系统和安全防护子系统等部件，可以对机车状态数据和故障数据以及机车日志等进行实时存储，实现了机车定位、故障报警、实时状态监测、数据点播、机车电子履历和统计分析等功能，有效支撑机车安全运行、快速定位故障处理要求，也可为机车操纵驾驶提供指导，为以后逐步实现大数据环境下的数据探索、数据治理、机车关键部件的可靠性分析和智能故障诊断打下基础[1]。

4 结束语

上述机车项目在2017年完成了线路运行试验，试验结果与前期模拟计算吻合，满足了线路运行规划要求，并在当年6月份正式投入运用。目前货运机车基本保持在每天开行16对列车，客运机车保持在每天开行2对列车，货运机车共计运行925万km，客运机车运行207万km，与国内机车对比，其运用负荷率要高于国内机车，但机车整体运行能够保证良好状态，满足了当地铁路运输需求，有效促进了当地经济发展，受到社会广泛好评。