出口阿根廷贝尔格拉诺内燃机车平台化研究

刘建华 齐志刚 谢经广 龚和娣

(中车戚墅堰机车有限公司 江苏 常州 213011)

1 概述

2014年12月中车戚墅堰机车有限公司(以下简称戚墅堰公司)与中国机械设备工程股份有限公司(以下简称CMEC)签订了“阿根廷贝尔格拉诺货运铁路改造项目铁路内燃机车采购合同”，该合同是隶属于CMEC与阿根廷内政和交通部签署的CMEC2010C6010《贝尔格拉诺货运铁路改造项目修改和重述合同》主合同项下的铁路内燃机车采购，包括100台3种轨距内燃机车的设计制造[1]，用于圣马丁线路、乌尔基萨线路、贝尔格拉诺线路的货物运输。

本文从用户需求出发，以国内成熟的直流机车设计平台为基础，统一了机车设计思路和主要部件技术方案，搭建了适用于阿根廷等南美国家的3 000 Hp高速柴油机的货运直流内燃机车平台。

2 机车技术方案

出口阿根廷贝尔格拉诺机车主要担任阿根贝尔格拉诺铁路货物公司运输任务，针对用户的需求，CMEC组织各主机厂明确了3种不同轨距机车的主要平台及设计思路。机车主传动系统采用交-直流传动，单司机室外走廊结构，装用16V4000R43型柴油机、JF219F型主发电机、ZD109T(宽轨/标轨)、ZD126G(米轨)型牵引电机、三轴滚抱单拉杆转向架、CCBⅡ空气制动机，采用微机控制技术、辅助交流电传动技术，具有双机重联功能，机车主要技术参数如表1所示。

表1 3种机车主要技术参数

3 产品平台及总体布置

本项目基于同型号的机车动力装置柴油机，进行了不同限界、不同轴重、不同轨距的3种机车设计及选型配套，搭建高速柴油机的交-直流传动内燃机车平台。主传动系统方面，对柴油机输出端主发电机、万向轴、辅助发电机、起动发电机接口进行了统一；冷却系统方面，散热器、冷却风扇及电机组实现了模块化；制动系统方面，制动机、喇叭、空气压缩机等采用了标准化零部件。

由于3种机车运用线路不同，每个线路限界、轴重、轨距均不相同，机车所能发挥的牵引及制动性能也不同。从机车牵引需求着手，3种机车所需的牵引电机、整流柜、主发电机、电阻制动装置等主传动系统部件的功率、电流、电压等参数需要重新核算；从线路轴重需求要求来看，机车转向架、车体架等须采用轻量化设计；从限界要求来看，机车的断面图须适应限界设计，包括车体断面及转向架断面结构。

经过分析之后，该平台3种机车的电传动系统部分部件参数需要调整，主要零部件的物理接口需要简化统一。车体及转向架系统物理接口需进行适应性设计，其余部件均可按标准化、模块化接口设计。柴油发电机组、制动系统、辅助系统主要部件可在同一平台基础上设计。另外，考虑到用户的使用及维护，该产品平台在电气系统原理、运用操作接口、部件互换性、检修及整备接口、安全及生活设施等方面均进行了简化统一。

3.1 机车各室布置

机车上部从前端到后端分别布置了：司机室、电器室、传动室、动力室、冷却室、辅助室共6个室，其中米轨机车在司机室前端布置了制动柜等附件。机车下部有2个C0-C0转向架、燃油箱及总风缸等。

(1)司机室

司机室内部主要布置有操纵台、司乘人员座椅、照明灯、刮雨器、热水器、遮阳帘、通风扇、灭火器安装筒等部件。在满足机车驾驶操作的基础上，充分考虑了司乘人员的日常驾驶必备用品。整个司机室具有良好的视野，司机室结构还具有抗撞击的功能。司机室顶部布置有冷暖空调，提高内部舒适性。

(2)电气室

电气室的主要设备有：高压电器柜、低压电器柜。在司机室和电器室间壁上设有内门，以便使用及维护。

(3)传动室

传动室内装有电阻制动装置、主硅整流柜、前转向架通风机、变速箱以及起动电机和辅助发电机，在主发电机的上部装有柴油机空气滤清器。传动室两侧门都为百叶窗结构，满足该室进风的要求。

(4)动力室

动力室装有MTU16V4000R43型柴油机、主发电机、膨胀水箱、燃油泵等辅助设备。其中主发电机由柴油机通过弹性联轴节直接驱动。

(5)冷却室

冷却室上部装有顶置板式散热器，在散热器下部装有一个由辅助变流柜控制的交流冷却风扇电机，按照柴油机出水口温度的高度来调节冷却风扇的转速，保证柴油机的正常工作。冷却室下部装有2个空气压缩机、后转向架牵引电机通风机等制动辅助设备。

(6)辅助室

辅助室装有辅助变流柜、阀类安装柜等，其中宽轨机车与米轨机车的阀类柜及空气干燥器由于整车布置的要求而有所不同。

3.2 机车总体技术方案

基于本项目柴油发电机的功率需求，同时兼顾3种车型的不同轨距、不同限界、不同轴重的要求，3种机车方案如图1～3所示。

1—空调；2—电气柜；3—整流柜；4—电阻制动装置；5—空滤箱；6—柴油发电机组；7—膨胀水箱；8—冷却装置；9—总风缸(二)；10—排障器；11—制动柜；12—空气压缩机；13—转向架；14—车架；15—油箱；16—总风缸(一)；17—起动电机；18—辅助发电机；19—变速箱；20—前通风机；21—手制动；22—司机室；23—车钩。图1 宽轨机车总体布置

1—司机室；2—电阻制动装置；3—燃油箱；4—散热器；5—通风机；6—空气压缩机；7—车架；8—辅助变流柜；9—转向架。图2 标轨机车总体布置

1—阀柜；2—司机室座椅；3—电器柜；4—硅整流柜；5—变速箱；6—辅助交流发电机；7—柴油机进气装置；8—柴油机；9—牵引电机通风机电机组；10—总风缸；11—空气压缩机； 12—空气干燥器；13—阀架；14—辅助变流柜；15—空气压缩机；16—转向架；17—总风缸；18—燃油箱；19—主发电机；20—启动发电机；21—通风机电机组；22—转向架；23—操纵台；24—手制动；25—紧急制动阀；26—电阻制动装置；27—柴油机排气装置；28—膨胀水箱；29—冷却装置。图3 米轨机车总体布置

4 关键技术

(1)平台化设计

满足了用户对不同轨距、不同限界、不同轴重机车柴油发电机组、制动电阻装置、变速箱等52项部件的简统要求，降低了机车制造及运维成本。

(2)简统化设计

开展了4个厂家3种机车的设计、工艺、采购、制造、质保、试验验收的简统工作。开创了“联合设计、资源共享、优势互补”的合作模式，搭建了内燃机车降本增效、共享优势技术的互通平台。

(3)长端视野评价及试验研究

首次在单司机室外走廊机车上开展了长端视野的评价及试验研究，通过司机室设备布置、冷却室及辅助室结构优化，满足了用户对视野的要求。

(4)司机室人机工程学提升通过优化司机室空调进出风口布置、装用玻璃钢与多孔铝板的组合式内装、采用抗冲击侧窗和司机室防护网等措施，提高了司乘人员的舒适性及安全性。

(5)性价比高的冷却系统

机车采用顶置板式散热器配1个大直径(1 800 mm)冷却风扇的方案。该种冷却形式结构更简单、紧凑，减少了双风扇冷却装置存在的死角，效率更高。

(6)性价比高的辅助交流系统

机车辅助交流传动系统采用成熟可靠的400 kVA交流辅助发电机、1台冷却风扇电机、2台牵引电机通风机。在满足用户要求的前提下，既符合技术发展的方向，又有效降低了系统成本。

(7)模块化设计

机车上部采用单司机室外走廊结构，主要各室及部件采用螺栓连接结构，便于组装及检修。

5 结束语

出口阿根廷贝尔格拉诺机车是为阿根廷用户设计的交-直流电传动干线货运内燃机车，可满足宽轨、标轨、米轨线路的使用，整车具有较高的性价比，其中宽轨、米轨机车已逐步交付阿根廷使用，机车自投入运用以来极大地提升了当地的交通运输效率，目前为止已累计实现销售107台。

该项目搭建的3 000 Hp功率等级内燃机车平台，基于中国既有机车的成熟经验，结合阿根廷用户的个性化需求，开展了一系列符合用户使用习惯的设计研究，不仅满足了阿根廷铁路市场的运用，也可适用于南美、非洲、亚洲等部分铁路市场。