近代内燃机车技术进展和可靠性提高.pdf

● 近代内触车技术进展和可靠性提高 铰遘科学研究院机辆所董镭明 墨燕蔓l 奉文论述了近代大功事内燃机车的发展趋势和可靠性提高．电述了大功事机车柴油讥 的发晨：t 曩交藏传动内燃机车的技术状况，其中包括机车牵引力的提岛，交漉传动技术的发 晨，徽机拉■技术的应用，径向转向架的开拨司机室的改进；文中蛇述了内燃扎车可靠性的 提高．着重时沦了可靠性拄术在内燃机车嫂汁、试验．臂理和维佳中的J 电用．鼍后用呵了我国 内燃机车的技术理抗井提出了建议． 1 ．引言 近年来世界内燃机车技术呈现出一派蓬勃发展的景象，技术上取得很大进展，主要表现 在： 一一各国( 主要是美国和欧洲) 竞相研制和发展功率为4 6 3 2 K w ( 6 3 0 0 马力) 的大功 事执车柴油机： 一一交藏电传动技术的发展： 一一径向转向槊的开发： 一一囊机控澍技术的应用． 内燃机车技术的发晨以可靠性安全性为前提．随着内燃机车技术的发展，尽管近代内 燃机车单机功率不断挺高，柴油机强化程度不断增加．但机车运用可靠性却大幅度上升l 圈 I ，，这主要是由于： 一一结构的改进使可靠性增 长： 一一在设计中可靠性和维修性 技术的运用： 一一可靠性试验( 可靠性增长试 奠和可靠性验证试验等) 的加强； 一一重规可毒性管理和维修制 度的改革． 2 ．簟机大功率柴油机的发展 本文作者在gl 目中曾砖近代 机车菜油机的发晨作了详细的论 述，目前机车柴油机的发展仍然符 T + r T I ／． 。

j ／ —_ ，一吖斗yj ／ ／ ：————焉r I ．1J ’““⋯⋯“：：： 蛋I 面代冉糟氍车●撬聃搴增长相可●挂 《平均蕾t 一■时同M n l F m ■鼻 合于所论述的方向和趋势，这主要是：加大缸径行程比S ／D ，一般在1 ．I 一1 ．3 左右；活塞平 均连度C m 限制在1 I 一1 2 范圈内；提高平均有效压力至2 ．0 —2 ．4 M P a ；提高压缩比￡至1 3 一 1 4 ，爆发压力p z 至1 5 一1 8 M P a ：改善工作过程，提高菜油机效率，降低油耗，量低油耗 达t 8 5 9 , ／K w ．h 以下：采用燃油高压喷射，高效增压器和增压系统；降低有謇绚捧放，改善环 境污染：采用新结构、新工艺挺高柴油机及其主要零部件的可靠性；新技术、新观点给柴油 机带来了新进展，主要有电子喷射，电子调建等电子控制技术；摸拟柴油机整体及各个系统 工作过程及有限元进行结构强度分诉的计算技术；柴油机管理信息系统；可靠性工程及柴油 机技术诊断：以燃用液化天J } ! ；气为代表的未来燃料的研究荨． 此外，近年来值得提出的机车柴油机发展动向是： 2 ．1 单机大功率6 0 0 0 马力等级柴油机的研制和发展 近年来，各公司竞相研制和发艘单机大功率柴油机．几种功率等级为6 3 0 0 马力的机车 柴油机纷纷出旨，投人运用．美国G E 公司和德国D e u t zM W M 公司合作研制出7 H D L ( D e u t z ·M W M 6 3 2 ) 受柴油机，功率为6 3 0 0 马力．装在A C 6 0 0 0 C W 型内燃机车上：美国 G M E M D 公司一改过去生产二冲程柴油机的传统，自行研制出四冲程6 3 0 0 马力的8 5 4 1 - 1 型 柴油机．装在S D 9 0 M A C 型机车上；禧国M T U 公司也寻找合作伙伴．共同研制6 3 0 0 马力 机车柴油机．为了说明近代大功率机车柴油机的技术特点，以德国D e u t z M W M 公司的 T B D 6 3 2 V 1 6 柴油机( 图2 ) 为例．这种柴油机供机车、船舶、固定发电等多种用途，主要 参数如表I 所示． 表l D e u t zM W MT B D 6 3 2 型柴油机主要参 数 气缸直径 2 4 0 n u n 活塞行程 3 2 0 r a m 曲轴转速9 0 0 ，1 0 0 0 ，1 2 0 0 r ／r a i n 功率范围 1 5 0 0 —6 3 0 0 K w 气缸数目直列6 ，8 ，( 9 ) V 型1 2 ，1 6 ，( 1 8 ) 单缸功率 燃油消耗率 持续2 6 5 K w ( 1 0 0 0 r ／m i n 时) 最大3 5 0 K w ( 1 2 0 0 r ／m i n 时) 持续功率时；l8 5 9 ／K w h 最大功牢时 ：1 9 5 9 ／K w h 润滑油消耗率如．5 9 ／K w h 2 ．2 模块式结构设计 近代这几种6 0 0 0 马力等级的新塑柴油机都是 在设计中考虑了维惨性，采用模块式设计，以便 于安装和维修．田2 所示的柴i 由抚不但采用了新 技术．新结构，倒如电子唼射系统，内壁陶瓷隔 热的增压系统、球墨铸铁机体，钢顶铝裙或钢顶 球铁裙活塞．网纹轴承．挟曩辩剖分面的并列连 杆、双层底板钻孔冷却的台金并铁气缸盖等，而 且还采用模块设计．主要模块有：采用中间体． 田2 ●■D c m zM w M 营司T B D 6 丑V 1 6 量■抽^ 将活塞连杆组．气缸套和气缸■结合为一俸的动力单元；装有挺柱和推杆的配气结构单元： 包括迸捧气管道，冷却水管道和润滑油蕾道的组装单元：可以翻向拆卸的凸轮轴单元．在蛆 装台上．这些组装好的模块单元成聱地安装在机体上，维修时可或组更换． ·2 · 2 ．3 共辘式电子喷射系统 机车柴油机另一十值得注意的发展动向是近年来出现的共辘式电子燃油喷射系统，目前 已在汽车、机车和船舶等发动机上得到了广泛的应用．圈3 表示出巷国M T U 公司4 0 0 0 型机 田】M r U 舢覃饥军■曲帆帕托蝤柏曩并不蟪“ 置 车柴油机的共轨式电子燃油喷射系统．它是由高压硇泉、| = 压器、喷油器和电子拉镧装置组 成．高压油泵产生的高压油被压往各缸共用的贮压嚣( 即‘共轨1 ) 中．喷油器按照分配给 各缸的油量遁过电黼动作而开始喷射过程．喷油量取决于系统的压力和电譬闫开启的持续 期．压力的调节和电蠢月开启都是由电子控舒单元控制的．压力的大小由油轨中的传感器测 量，高压油泵的瘴量赠根据发动机转速和负荷相应予系统的压力特性衄线的位置来确定．另 外。

电于控制装置还根据发动机的发火颤序来控制喷油始点． 3 ．重载交流电传动内燃机车的技术状况 交流电传动被认为是近代铁路牵引技术中的重大突破．自1 9 7 1 年第一台交流传动内燃 机车D E 2 5 0 0 受在西蕾同世以来．已经取得了很大的发展，特别是9 0 年代韧世界上最大的 阿个内燃机车制造公司美国的G ME M D 公司和G E 公司研制投产了六轴、具有径向转向架 和徽机控制的大功率重麓交藏电传动内燃机车f 表2J ，使交漉电传动内燃机车的性能和可 毫性有较大的提高，显示出较大的优越性． 3 ．1 机车牵引力明显提高 机车牵引力取决于传给轮对的转矩和粘着系教的利用，亦即取决于柴油机功辜、传动装 置效率与调节．以及牯着系敦的利用．近代大功率交漉传葫内燃机车由于具有大功事柴油机 f 直至6 0 0 0 余马力】．高款和垅良挣性的交藏传动装置以及量佳牯着渭节的防滑保护装置 等．因此而具有很高的持续牵引力和起动牵引力．圈4 表示出美国G E 公司的交藏传动机车 A C a 4 0 0 c W 垂和直藏传动机车D a s h $ 型机车牵引力的对比．一般说来．交藏传动内燃机车 的机车牵引力要比褶同功宰等级直麓传动帆车提高3 0 一3 5 ％． 3 ．1 ．1 持续牵{ } 力 。

由图4 可以看出，G EA C 4 4 0 0 C W 受交藏机车在机车速度为1 0 k m t h 时，持续牵；I 力达 1 4 ．5 万磅( 6 4 S K N ) ，粘着系敦为3 5 ％：而相应G ED a s h $ 塑直疽机车的持续牵引力为 - 3 · ‘· 暑 ，爿 墨每 毫一叠犁犁犁叠i℃≈主Z叠叠乏 墨叠’g暑墨g 窖g薯争 ：口 - - _ _ J：J 毫 ：， 叫一一一- ：·+ 三二■一L 一二卜一斗 一，曩，，毛；兰鼍{ 乏1裹童 一善一l 摹 豆譬一， 麓- -●■ 睾三睾兰毒三l 芸兰；= ： = 旱一■ 基蕾 鲁掣 譬一{ P·： 星主 鼍五 ；手 鼍罡 一 { ；舞董蔓寰：兰鼍 目“肆 窖牛 它te { 科N{N 7 著；黑 ： 童 ；= 至誊善 三妻 呈 基 兰至i - 乏 至2 毫 善r ：i 岳 摹三 毫兰 ，II 要王：圭正主 o 暑 ==：：：： 算三 i 三 王 l 三 = 兰一 君董 毫三 i 毫毫 j — 鼍 善 一 童 一 一 ^ ! 毫 茸摹三 喜 o 垂姜主 ； 薹 苫 三s ； 三己品毫三 { 薹；善 } ； ．I ； ； 一 坷 皇§t舞耋 耋= 皇 ttt# 皇皇t 生 竹 一 蚺 妻 王$ 宝蓉采宝 ￡} 鲁on一。

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3 ．2 交流传动技术的发展 凹4 耷濯忙曲I ^ } 燃甘L 车与舣特动内世帆车牵制，了且动力制动力比驶 交流传动方式有两种，即交直 交和交交传动．目前大功率交流传动内燃机车的方式一般为交宣交传动，也就是把柴油机一 发电机圭R 发出的交流电，通过整滤器整流为直流，经过中间直流环节( 断路接■器、扼漉圈 和电容器等) ，再经过逆变器将直流电变为频率可调的三相交流电，I J 攒' - - 相交藏电动机． 为简便起见，本文将交流牵引电动机传动简称为交流传动；直漉牵引电动机传动简称为直流 传动．交流传动系统中的关键部件是逆变器系统和牵引电动机． 3 ．2 ．1 逆变器系统 近代牵引领域内电力电子器件的重大成果是[ G B T 的同世和发展，它是一种混合丑橱极 电压控制的功率开关器件．由于它具有快速响应．低通态压降和高电流密度以及所需控制电 路简单等特性，因此允许有更高的开关频率和功率密度以及较低的组件成本- 无疑是今后的 发展方向．但由于目前I G B T 开关电压及电流的限制，近代大功率交藏传动机车逆变器的电 力电子器件仍咀G T O 晶闸。