液力传动城轨调车机车平台化研究

李连凯 蔡小波 钱纪富

(中车资阳机车有限公司 四川 资阳 641300)

城市轨道交通的迅猛发展，急需各类配套设备的供应[1]，作为轨道车辆救援、作业必不可少的城轨调车，也迎来了快速发展的机遇。为了快速响应市场需求，减少产品开发设计复杂性[2]，满足用户个性化要求，提高市场竞争力，迫切需要设计一种普遍适用的平台化城轨调车机车。

1 市场需求

各地铁用户对于地铁调车机车在限界、功率、油箱及其他部件均有着不同的要求。本文收集分析了国内地铁调车市场3年以来30条地铁线路调车机车的技术需求及主要参数，其中部分线路需求如表1所示。统计分析市场用户需求，归纳总结出覆盖城轨调车用户的大部分共性需求如表2所示。

2 平台构建

2.1 平台参数与配置

平台的参数设置如下：轨距为1435 mm；最高运行速度为80 km/h或100 km/h；柴油机功率为336 kW～470 kW；新轮轮径为840 mm；转向架中心距为6 590 mm；车钩中心距为14 230 mm；通过最小曲线半径为70 m；油箱容量为1 100 L；轴重为13 t或14 t；整备总重为52 t或54 t；供电机组为8 kW～40 kW；限界满足GB 50157和CJJ 96标准要求。

平台主要形成了8种系列和46种可选配置如图1及表3所示，可根据实际需求进行选配。

表2 城轨调车机车市场需求占比分析

图1 平台8种不同系列

表3 平台主要可选配置表

2.2 平台方案

平台机车上部从左往右依次是I端司机室、辅助动力室、动力室和II端司机室。车下为2台完全相同的转向架，悬挂有燃油箱，燃油箱两侧内部布置有蓄电池安装箱(见图2)。机车主要由车体、转向架、动力系统、传动系统、辅助动力系统及制动系统组成，具备重联功能，配置高清摄像系统。供电机组主要为所牵引轨道作业车(如平板车、接触网检测车、轨道检测车等)供电，功率大小可根据所需调整。

1—操纵台；2—座椅；3—空调；4—交流电源柜；5—工具箱；6—供电机组；7—冷却装置；8—静液压油箱；9—膨胀水箱；10—空压机；11—动力系统；12—燃油箱；13—转向架；14—总风缸；15—车钩。图2 城轨平台调车机车布置示意图

3 平台结构

3.1 平台机车轮廓

目前城轨采用的限界标准主要有CJJ 96—2003《地铁限界标准》和GB 50157—2013《地铁设计规范》。根据车型和受电方式，在以上标准中细分有A型限界、B1型限界和B2型限界。以GB 50157为例，其中详细分为了隧道内/隧道外、区间/过站/停站等(见图3)。面对复杂的限界条件，设计的平台机车轮廓能满足各种不同限界需求是平台的关键。

该平台以两种标准中所有车辆限界交集为计算依据，根据平台规划中规定的各类参数，通过CJJ 96—2003《地铁限界标准》中的动态限界计算方法逆向计算并对局部进行反复调整得出最终平台机车设计轮廓(见图4)，该轮廓作为平台机车设计时的轮廓依据。经校核计算，该机车轮廓的动态包络线满足上述2个标准中的各项车辆限界要求。

图3 GB 50157—2013的限界要求

图4 满足所有限界的静态轮廓图

3.2 动力系统

动力系统为机车行车的动力来源，主要包括柴油机和液力传动箱，柴油机功率范围336 kW～470 kW。不同功率动力系统本身尺寸和安装座不尽相同，因此兼容性集成安装设计是平台研究的重点及难点。为保证不同功率等级动力系统的互换性安装，同时不影响机车整体布局及车架结构，对动力系统安装架进行模块化设计。图5车架中部深色部分为动力系统安装模块，不同动力单元的安装模块其外部接口尺寸完全相同。根据动力系统的需要，选择对应的安装模块结构即可满足不同动力系统的安装要求。

图5 动力系统安装模块

3.3 供电机组

供电机组主要为空调和牵引的工程车辆供电，与主柴油机共用燃油箱。预留供电机组安装空间为1 800 mm×1 400 mm×2 000 mm，该空间满足8 kW～40 kW不同排放等级的供电机组安装需求。发电机组通过安装架安装到车架上，该安装架与车架的接口统一，可根据用户需求配置相应功率、排放等级的供电机组。

3.4 转向架

转向架主要由构架、车轴齿轮箱、轮对及单元制动器组成，在平台研究过程中主要考虑不同速度及不同制动要求的适应性(见图6)。

图6 通用化转向架

平台设定机车最高运行速度为80 km/h和100 km/h，为减少模具投入同时适应机车最高运行速度的变化，保证一级车轴齿轮箱和二级车轴齿轮箱箱体不变，通过调整螺旋齿轮和圆柱直齿的传动比来调整机车最高运行速度，如表4所示。

表4 不同机车运行速度的车轴齿轮箱传动比

平台转向架规划有带驻停的单元制动器和不带驻停的单元制动器，两种单元制动器外部接口尺寸一致，随着用户对坡停坡起要求的提高，可调整带驻停单元制动器的数量以满足不同坡停要求。

该转向架不仅应用于城轨调车，也应用于其他城轨工程车辆。

3.5 操作台

机车设双操纵台，操纵台的设计满足人体工学原理，方便司机的控制操作。控制台装有风压表、显示屏及司机控制器和各控制按钮、控制开关等。

操纵台由面板及骨架构成，骨架保持不变，面板上的功能模块可根据用户用车习惯及要求进行调整。显示功能模块主要安装于面板前方斜面上，便于观察，控制功能模块安装于下平面，面板模块化设计，通过修改相应的功能模块安装板或调整其相互位置来实现用户个性化的需求，如左手司控器或右手司控器。骨架中部集中安装相关功能部件及对外接口部件，尽量靠近外侧方便施工及维护。整个操纵台对外接口冗余度为16%，空间冗余度约为10%，操纵台具有良好的可扩展性及可维护性。

3.6 排气系统

排气系统主要由波纹管、管路、消声器组成，排气系统管路及消音器均作隔热包扎处理并增加醒目高温警示标识。

根据用户地铁线路的电客车受电情况不同以及线路设备布置情况的不同，用户对调车的排气要求也有所不同。在平台设计中同时考虑车上排气及车下排气的方案，以兼顾用户的不同需求。

4 结论

液力传动城轨调车机车平台的搭建，形成了8个系列46种机车配置， 成功囊括了市场90%以上的用户需求。同时，平台内部大量采用模块化、系列化及通用化的设计，有利于缩短设计周期、提高设计质量、更加快速地响应市场需求。截至目前，该平台已累计售出调车机车近30台，覆盖了全国多个城市的地铁线路。