GK1D型内燃机车柴油机换型改造案例分析

梁滨

摘 要：文章针对GK1D型液力传动内燃机车原12V180ZJC型柴油机因停产造成“配件缺货、停修时间不确定”问题，介绍了将其换型为G12V190ZLJ型柴油机的改造案例，并对案例进行了分析。

关键词：GK1D；内燃机车；柴油机；换型

引言

我单位GK1D型内燃机车原装12V180ZJC型柴油机于80年代由中国与奥地利国合作开发。约10余年前，国家布署GK1D型机车生产厂家转为制造铁路动车，原产机车及配套柴油机停产，相关用户渐处“柴油机配件缺貨、修复时间不确定、维修难”局面。为扭转被动局面，我单位确定了机车改造方案，将12V180ZJC型柴油机替换为G12V190ZLJ型，并于2012年委托青岛四方铁路机电设备工程有限公司实施了一台机车改造。换装的新柴油机配件货源充足、价格合理，达到了改造目的。

1 制定换型改造方案

改造方案着重考虑“新换柴油机有厂家生产，未来10年或更长时间不淘汰，配件供应有保障”等，并能满足我单位铁路运输生产需求。

1.1 考虑我单位铁路运输生产需求

我单位机车以厂内铁路调车作业为主、牵引运输为辅，每个月数次向当地货运车站运送新造铁路货车。按我单位惯例和铁路部门要求，每列车至少送50辆新造铁路货车，不能分钩牵引。故要求机车至少能一次牵引50辆新造货车在我单位铁路专用线行驶。

1.2 考虑柴油机及其机房情况

改造前后，柴油机机房尺寸均不可变，故要求新柴油机能在机房内放置，并留有一定检修空间。为确保对机车速度性能影响不大，要求新柴油机标定转速为1500r/min，最低空载稳定转速600r/min。且新柴油机应选择专业厂家仍在生产的产品，配件供应货源充足、售价合理。

2 方案分析

本次改造含“柴油机总成及其辅件换新，调速系统改造，进排气管道位置与走向改变，冷却水管道改动，基座重新定位、制作，柴油机停机装置改造”等内容，详情分析如下。

2.1 柴油机选择与对比

原12V180ZJC型柴油机在我单位机车的装机功率为1000KW，即其在机车上最大功率为1000KW。这是因机车制造时考虑了平时运行环境条件较差，为延长柴油机使用寿命、减少修理，厂家就没有用足1324KW，有意使其功率留有余地。既然1000KW功率能满足我单位铁路运输需求，则本次改造就没强求新柴油机标定功率接近1324KW，而只要求近1000KW。为方案切实可行，我们派专业人员到机车修理厂、柴油机制造厂调研，到机车用户走访。然后，进一步论证对比，最后选定G12V190ZLJ型柴油机为新换机型。表1为换型前后两种型号柴油机对比。

2.2 柴油机机房空间尺寸验证

人工简测柴油机机房内腔尺寸（长×宽×高；mm）为3080×1900×（2370+400），而G12V190ZLJ型柴油机外形尺寸为2670×1588×2366。显然，柴油机机房内腔尺寸空间能够满足新柴油机安装要求。

2.3 机车牵引性能验证

原12V180ZJC型柴油机装机功率1000KW，机车在我单位的坡长500M左右、最大坡度9‰的铁道线路上，以10Km/h左右速度行驶时，每次能牵引70辆高边货车，约70×23=1610t（注：空载列车，以铁路高边货车来计重，每辆净重23t）。

新G12V190ZLJ型柴油机标定功率900KW，装机功率同为900KW。比较测算，换新柴油机后，机车每次能牵引63辆高边货车通过上述我单位铁路专用线的最大坡度路段，远超50辆车的牵引需求。

2.4 液力传动箱与柴油机匹配性验证

GK1D型内燃机车为液力传动型机车，其柴油机与从动机械（注：液力传动箱）的合理匹配尤为重要。通常其匹配性有3个基本要求：其一，从动机械所需求功率，应在柴油机允许工作范围之内，不受其他条件限制。其二，充分利用柴油机功率，即在标定转速下使从动机械尽可能全部利用柴油机的标定功率。其三，在允许工作范围之内，柴油机有较好经济性。

GK1D型机车用SF4010-2A型液力传动箱，传动箱主传动变矩器吸收功率为880KW，输入转速为1500r/min，它通常与额定转速为1500-1800r/min、功率为500-993KW的柴油机配套使用。而新柴油机标定功率900KW，持续功率800KW，标定转速1500r/min。可见，G12V190ZLJ型柴油机与此型传动箱能较好地匹配。

3 方案实施

3.1 柴油机换型改造

要求将机车原柴油机及其辅件、相关管线拆解，换装G12V190ZLJ型新柴油机总成（注：含增压器、调速器等）。

3.2 转速操控系统配套改造

原12V180ZJC型柴油机采用单体式高压油泵，装用电子调速器。换装G12V190ZLJ型柴油机后，采用整体式高压油泵，装用机械调速器，并采用RT-3H型柴油机调速驱动器与步进电机的调速方式。其调速原理：机车司控器将16档编码信号传递至PLC机，经PLC机处理并输出24V信号，再经功率放大块转换成110V信号，然后供给RT-3H调速驱动器。这时，调速驱动器就能控制步进电机，让步进电机随着司控器的调速指令而转动，而步进电机还可将电脉冲信号变换成角位移，即步进电机带动扇形齿轮摆角，再通过拉杆来调节高压油泵动作，实现对柴油机的燃油油门的开度调节，达到调节柴油机转速目的。

3.3 柴油机停机装置配套改造

改造前，柴油机停机指令是经由PLC机转发给柴油机。改造后，已将“停机按扭”与相应电空阀相连，然后靠电空阀、拉杆来操控风缸动作，最终到调速器的停止拉杆，进而切断高压油泵向各缸的供油，实现柴油机停机的目的。

3.4 柴油机基座改造

改造过程中，柴油机中心找正与定位环节是易被人为忽视的环节，事先应正确找准柴油机支座中心线。否则，易造成柴油机共振频率加大，异响加剧。

3.5 相关辅件移位改造

改造还涉及到柴油机机房顶部的烟筒移位、柴油机进气与排气管道及接口改造、辅助系统相关管线或接口的配套改造等诸多环节。这部分主要采取现场配管、边测量、边改造的方式进行，行之有效，不易出现返工。

4 结束语

此机车完成柴油机换型改造已运用2年多，所换柴油机及其调速操控系统在运用中表现出“性能稳定，故障率低”特点，且没发生过因配件供应影响柴油机维修情况。机车牵引能力也能满足铁路运输生产需求，达到了改造预期目的。

参考文献

[1]张世芳，徐惠康.内燃机车柴油机[M].北京：中国铁道出版社，1983.