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CKD9B 型內燃機車總體設計

CKD9B型機車總體布局

CKD9B型機車總體布局

摘要 介紹了CKD9B 型內燃機車的總體布局和結構特點,該車采用交直主傳動系統和交流輔助傳動系統,結構更簡單可靠,是符合高標準噪聲要求的環保型機車。

關鍵詞:大功率窄軌 交直流主傳動 雙司機室 內燃機車

1 前言

CKD9B 型內燃機車是我公司為新西蘭國家鐵路設計、生產的干線客、貨運內燃機車。該車是我公司設計、生產的目前世界上裝用高速柴油機功率最大的窄軌內燃機車,也是具有國際先進水平的電傳動內燃機車。

2 CKD9B 型內燃機車的特性

⑴ 交直主傳動系統
這是我公司傳統可靠的技術,可保障高速大功率柴油機機車的可靠性。輔助系統采用交流輔助傳動,使輔助系統控制更簡單、可靠。同時取消了變速箱傳動系統,更有利于柴油機啟動,及對重量和機車噪聲進行控制。
⑵ 微機控制技術
機車的控制系統由MCU(主微機單元)、ACU(輔助微機單元)、PAU(柴油機控制單元)共同控制,系統清晰、明了。
⑶ 柴油機啟動技術
機車采用MTU 公司的20V4000R43 柴油機,該柴油機采用VIKING25 電子調速器,ECU 控制單元囊括了柴油機自身的保護系統和2X9kW 啟動電機。柴油機啟動、調速、保護自成體系。
⑷ WABTEC 制動系統和VV450 型空壓機
采用美國WABTEC 公司的WABTEC 26-L 制動系統,該制動機制動閥采用氣路板集成技術,系統更簡單可靠。V V 4 5 0 型空壓機是KNORAL 公司成熟技術,已成功運用在我公司出口巴基斯坦的69 臺機車上,經過多年的運用考核證明是成熟的、可靠的,能夠滿足機車運用要求。
⑸ 高強度底架
采用拓撲優化和結構優化理論,優化車體底架承載結構,設計滿足GM/RT2100 標準要求,首次在國內實現底架獨立承載2000kN 縱向壓縮力和拉伸力的雙重要求。
⑹窄軌轉向架
采用傳統結構,通過優化設計,實現100km/h 窄軌、最小曲線半徑70m 通過能力的轉向架開發,這項成果將對其它小曲線機車的設計提供有價值的參考。
⑺ 司機室設計
滿足人機工程學和強度要求的司機室設備布置及鋼結構設計,符合新西蘭工會的要求,司機室噪音符合合同AS/NZS1269 的標準要求。

3 總體布局

機車總體布置見圖1,機車車體為雙司機室外走廊結構,以主車架為分界線可將整車分為上、下兩部分,上部為車體和各類車內設備;下部為兩個完全相同的轉向架組成的走行部及掛于車體中部的燃油箱、制動風缸等。

機車上部由六道隔墻分為七個部分,從前到后依次為:I 端司機室、電氣室、傳動室、動力室、冷卻室、輔助室和 II 端司機室。本文以 I 端司機室為前端,面向前進方向,設定左、右方位。

3.1 司機室
司機室內設有主操縱臺、輔助控制臺、正副司機座椅、折疊椅、照明燈等設備。操縱臺上布置機車狀態裝置,操縱臺內設微波爐、冷水器、空調、通訊設備等設備。輔助控制臺布置操縱開關裝置,司機室頂外面裝有一個低音喇叭和一個高音喇叭。兩端司機室結構相同。

3.2 電氣室
電氣室設有電器柜,電氣室與司機室之間設有隔墻門,供系統操作和檢修使用。為確保司機室的噪聲要求,電氣室與司機室之間的隔墻需要密封并具有隔音、降噪功能。電氣室側墻設有側墻門,門下部設百葉窗,頂蓋處設通氣單元,使電氣室內部可以循環通風。

3.3 傳動室
傳動室內部設置立式電阻制動柜,其后左側設置空壓機,右側頂部設置硅整流柜,下部設前牽引電機通風機,冷卻前轉向架的3 臺電機,通風機的吸風經過整流柜,對整流柜進行冷卻??諌簷C上部空間用來放置電氣部件??諌簷C散熱器對外散熱溫度為環境溫度+15℃。傳動室的兩側設有側門,門上設置通風百葉窗,內部設備的用風均通過百葉窗和防雨網進入室內。傳動室設有空氣系統制動管路柜、輔助發電機、勵磁機以及傳動變速箱,傳動室和電氣室的隔墻完全密封,并具有隔音、降噪功能。輔助發電機上方安裝有空氣濾清器,濾清器兩側與側墻相連,增加防雨百葉窗。

3.4 動力室
動力室內設有柴油發電機組、膨脹水箱、燃油泵、燃油粗濾器、車體通風機等設備。主發由傳動間吸風,直接排到動力室,因此濾清器下部設置密封墻將動力室隔開,并起到支撐空濾器的作用。動力室柴油機側的側墻門也要設置通氣百葉窗,頂蓋設置通氣單元,以降低動力室溫度。

3.5 冷卻室
冷卻室為散熱器呈馬鞍型布置的冷卻裝置,其上部安裝2 個直徑為1.40m 的冷卻風扇及交流電動機,頂蓋用金屬網保護,兩側安裝高、低溫散熱器,散熱器外部也用金屬網保護,散熱器下部與車體間留有通氣間隙,方便馬鞍形內部的后轉向架牽引電機通風機吸風,鋼結構內部還設有II 總風缸、空氣干燥器等設備。冷卻裝置設計時需考慮內部設備的檢修通道。同時冷卻室隔墻需密封,并具有隔音、降噪功能。

4 主要技術參數及牽引特性

CKD9B 型機車主要技術參數如下:

用途 干線客、貨運
軌距 mm 1067
限界 符合新西蘭機車限界
最高環境溫度,℃ 40
平均環境溫度,℃ -5
最大相對濕度 100%
海拔高度,m 814
柴油機裝車功率,kW 27
軸式 Co – Co
輪徑,mm 936
軸重,t 18(Max.+3%)
機車重量,t 108 (Max.+3%)
燃油容積,L 4630
機油容量,kg 500
冷卻水容量,kg 500
車鉤型式 AAR E 型上作用雙側
操作帶鉤托
車鉤高,mm 780±10 (新輪
車體長度,mm 17240
齒輪傳動比 93:18
最大運行速度,km/h 100
持續速度,km/h 28.8
輪周牽引力:
最大起動牽引力,kN 370
持續牽引力,kN 269.2

CKD9B機車牽引特性曲線

CKD9B機車牽引特性曲線

5 機車各系統組成

5.1動力裝置
機車的動力裝置為MTU 20V 4000 系列柴油機,它集成了啟動電機、機油熱交換器、機油濾清器以及VIKING 25 型電子調速器。冷卻水系統分高溫冷卻水系統和低溫冷卻水系統,兩個系統都帶有溫控閥,調節系統循環方式。

柴油機的技術參數如下:

型號 MTU 20V 4000R43
氣缸數/排列方式 20/V型90°
缸徑/沖程 170/210
氣缸總排量,L 95.4
轉速,r/min 1800
惰轉轉速,r/min 600
裝車功率,kW 2700
重量,kg 1084
長/寬/高 3910/1600/2020
燃油消耗,g/kWh 208
機油消耗 燃油耗率的1%
啟動溫度,℃ 25

5.2電氣系統
5.2.1 特點
電氣系統采用交直主傳動、交流輔助傳動。其原理見圖3。

CKD9B機車電氣原理圖

CKD9B機車電氣原理圖

機車主傳動由主發電機發出三相交流電經整流柜整流后驅動6 臺并聯的直流電動機。輔助系統分為輔助控制系統和輔助傳動系統。系統通過齒輪箱連接,一邊是輔助發電勵磁機,一邊是輔助發電機。

輔助發電勵磁機的勵磁機部分經整流后給主發電機提供勵磁,發電機部分經整流后為蓄電池充電,為發電機勵磁及其它輔助設備供電。

輔助發電機主要為機車的輔助系統提供電能。其發出的三相交流電經整流柜整流后,再經逆變器變為調頻調壓的交流電用于驅動冷卻風扇電機及空壓機電機。另一部分直接驅動車體通風機電機及牽引電機通風機電機。當冷卻風扇電機驅動逆變器出現故障時,可轉為由輔助發電機直接驅動。

5.2.2 電阻制動裝置
機車具有電阻制動功能,并具有自負載功能。當列車采用空氣制動時,機車應能采用電阻制動,列車可以通過電阻制動調速,通過空氣制動停車。電阻制動可滿足柴油機自負荷試驗。

電阻制動柜功率,kW 2350
制動電阻阻值,Ω 2X0.455
最大允許使用溫度,℃ 600
最大制動電流,A 620

5.2.3 蓄電池
類型 鎳-鎘堿性免維護
額定容量 210 A-h
組數 54
電壓,V 64

5.2.4 牽引電機
型式 串勵直流電動機
最大轉速,r/min 2820
冷卻方式 強迫通風
持續負載,kW 360

5.3 輔助系統
5.3.1 冷卻水系統
機車冷卻水系統采用高溫水和低溫水兩個獨立的循環系統。高、低溫水系統均采用加壓冷卻和閉式循環,高溫水出口水溫最高控制在低于100℃。冷卻裝置采用馬鞍型鋼結構,高、低溫散熱器分布在鋼結構的兩側,低溫散熱器一側留有檢修門,兼具內部通風功能。這種布局方式既有利于散熱器的安裝,又能夠改善風扇電機的通風冷卻,同時鋼結構內部設備受到良好的保護,不受雨水侵蝕。冷卻裝置兩側的散熱器外部及頂蓋采用鋼絲網結構,起到保護散熱片及過濾作用。冷卻風扇為2 個直徑1.40 m 的軸流風扇,由交流電動機驅動。

散熱器 機械脹接式
冷卻風扇 軸流式風扇
風扇數量規格,mm 2 × φ1400
冷卻風扇驅動方式? 交流電機驅動

5.3.2 牽引電機通風機
牽引電機通風機采用交流電機驅動。
風機型式 離心式
額定轉速,r/min? 1335
牽引電機所需風量,m3/min 77
牽引電機所需風壓,Pa 4100

5.3.3 燃油系統
燃油系統由燃油粗濾器、燃油泵電機組、及管件等組成,燃油系統采用三級過濾,即泵前一級粗濾器、泵后二級粗濾器以及柴油機精濾器。

5.3.4 柴油機進氣濾清系統
空濾器分為三級濾清,第一級為往復式防雨百葉窗。第二級為我公司最新開發的過濾網,其對雨水及沙塵的過濾精度達到97%,且所占空間體積小,取代了傳統的旋風筒過濾器。第三級是紙濾芯過濾器。

5.4 空氣制動系統
機車制動系統為空氣制動,制動及供風系統主要包括風源及凈化系統、制動控制系統、基礎制動裝置、撒砂系統、彈簧停車系統以及其它輔助供風系統。主要閥件集成為氣路板,簡化了布局安裝,方便操作和維護。

5.5 轉向架
轉向架由構架、輪對、軸箱、電機懸掛裝置、支承和牽引桿裝置等部件組成,轉向架構架有兩根左右對稱的側梁、兩根相同結構的橫梁、前端梁、后端梁等組成,每根梁焊成封閉式的箱形結構。軸箱有兩根拉桿與構架相連,以傳遞牽引力或制動力。拉桿的兩端帶有橡膠襯套和橡膠墊,軸箱相對構架做上下和橫向運動,靠橡膠元件的彈性變形來實現。軸箱的螺旋彈簧及減振墊形成一系懸掛。兩端軸的軸箱配有垂向油壓減振器。每個轉向架上有四個橡膠旁承,支承機車上部重量,形成二系懸掛。當機車通過曲線時,橡膠旁承受剪切變形,以適應轉向架繞一瞬時中心旋轉,并形成轉向架相對車體的復原力矩。轉向架與車體之間裝有橫向油壓減振器,以提高機車動力學性能。牽引電動機的安裝屬于軸懸式,一端通過滾動抱軸箱與車軸相連,另一端通過吊桿和橡膠墊懸掛在構架的橫梁和后端梁上。輪對上的從動齒輪由電機軸端上的小齒輪驅動。主、從動齒輪由齒輪箱罩住并獲得封閉的油浴式潤滑。牽引桿裝置是一個四桿牽引機構,牽引桿連接車體與轉向架,傳遞牽引力和制動力。制動裝置為單側單元制動裝置。設彈簧停車裝置,能夠在12.5‰的坡道上停車。一軸和六軸的左右兩車輪裝有輪緣潤滑裝置及掃石器。要求機車在滿足動力學性能的條件下,能以10 km/h 的速度通過70m 半徑的曲線。該機車的轉向架設計具有良好的運行性能和曲線通過性能,符合國標GB5599-85“鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范”、UIC518標準等相關規范的要求,該機車能夠滿足106km/h 速度范圍內運行安全性的要求。

5.6 車體
機車車體采用外廊式底架承載雙司機室結構。車體鋼結構主要由上部的罩式車體和下部的底架、端部的排障器和牽引緩沖裝置等組成,除司機室、冷卻室外,各室頂部均設有可拆卸的罩式車體,以供吊裝各室內的機組和設備。動力室、電氣室兩側墻上有帶固定式百葉窗的側門,便于對柴油機、電氣件進行日常檢修及降低通風風阻。

在底架左右側梁前后設有牽引拉桿座,與轉向架的牽引桿相連,達到傳遞牽引力的作用。牽引拉桿座上設有吊車筒和架車座,供起吊機車用。

在底架端部兩側設有救援吊車孔,供緊急救援用。前后端部有牽引梁,其內裝有牽引緩沖裝置和車鉤(符合ARR 標準),車鉤最大牽引2200t 貨車,并且能夠通過半徑70m的曲線。端部下面安裝有排障器,它距軌面的高度可隨箍的磨損而作調整。

司機室采用多孔板內裝,,內腔填充阻燃泡沫板,以產生隔熱和吸聲效果。司機室頂蓋加裝防曬板。司機室設計時充分考慮隔音降噪問題,與司機室相連的管路和導線均通過獨立密封管道實現隔離。司機室噪聲值低于78dB。

車體滿足標書強度試驗條件的要求。采用拓撲優化和結構優化理論,優化車體底架承載結構,以工字鋼為主梁,中部設置魚腹結構,兩側設整體邊梁,牽引梁采用特殊工藝,形成復式結構,消除應力集中。

6 結論

CKD9B 型內燃機車是具有世界先進水平的窄軌、大功率、交直流傳動和環保型機車,技術平臺填補了國內空白,也是北車集團首次出口發達國家的機車。該機車的成功研制為未來開發研制窄軌大功率交流傳動內燃機車奠定了技術基礎,同時為進一步拓寬國際市場提供了最有力的支持。

作者:中國北車集團大連機車車輛有限公司 叢茂野

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該日志于2013-05-17 11:31由 Zac 發表在機車技術分類下, 你可以發表評論。除了可以將這個日志以保留源地址及作者的情況下引用到你的網站或博客,還可以通過RSS 2.0訂閱這個日志的所有評論。

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