大功率內(nèi)燃機車總體布置及車體結(jié)構(gòu)

1、大功率內(nèi)燃機車總體布置及車體結(jié)構(gòu) 摘 要：為滿足我國鐵路運輸能力的需要，堅定地按“引進先進技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)、打造中國品牌”的總方針，在自主創(chuàng)新的道路上邁出了可惜的步伐。本文介紹了內(nèi)燃機車的主要性能參數(shù)、內(nèi)部各系統(tǒng)組成，結(jié)合機車的性能需要，闡述了當(dāng)前機車車體的各組成部分的結(jié)構(gòu)特點。關(guān)鍵詞：大功率；內(nèi)燃機車；車體；獨立司機室；承載式燃油箱1 前言改革開放以來，我國國民經(jīng)濟保持了快速增長的良好勢頭，特別是進入新世紀以來，國內(nèi)生產(chǎn)總值每年以9.5%的幅度遞增，經(jīng)濟總量已上升至世界第四位。但與國民經(jīng)濟發(fā)展形勢以及其他交通方式相比，我國鐵路建設(shè)和發(fā)展嚴重滯后，運輸生產(chǎn)力不適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾非常突出，

2、鐵路貨物運輸僅能滿足社會需求的35%左右，鐵路運輸能力的嚴重不足，已成為經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展的不和諧因素。2004年前后，鐵路中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃制定，確定了推進鐵路技術(shù)裝備現(xiàn)代化“引進先進技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)、打造中國品牌”的總體方針，明確了鐵路技術(shù)裝備現(xiàn)代化的方向、方法和目標(biāo)。瞄準(zhǔn)世界鐵路裝備技術(shù)制高點，鎖定當(dāng)今國際上最先進、最成熟、最可靠的技術(shù)，進行引進消化吸收再創(chuàng)新。用3-5年的時間，實現(xiàn)我國鐵路技術(shù)裝備水平的快速提升、運輸能力的快速擴充，以適應(yīng)經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展對鐵路運輸?shù)钠惹幸?。按照這樣的方略，一場波瀾壯闊的中國鐵路技術(shù)裝備現(xiàn)代化建設(shè)工程全面展開。大功率交流傳動內(nèi)燃機車項目就是在這一

3、前提下誕生的。2 機車總體大功率交流傳動內(nèi)燃機車能夠滿足我國鐵路重載、快捷貨物運輸?shù)男枰?。在研制過程中本著“高起點、高標(biāo)準(zhǔn)、造精品車”的目標(biāo)，大量采用了國內(nèi)外成熟、可靠的新技術(shù)，極大地促進了內(nèi)燃機車設(shè)計水平的提升。機車為雙司機室內(nèi)走廊結(jié)構(gòu)，從前到后依次為：I端司機室、衛(wèi)生間、電氣間、電阻制動間、干凈空氣間、動力間、冷卻間、II端司機室等。機車下部是兩個三軸轉(zhuǎn)向架，機車采用與車體一體的整體式油箱。大功率交流傳動內(nèi)燃機車總體效果如圖2.1所示：圖2.1 大功率交流傳動內(nèi)燃機車總體效果圖Figure 2.1 General vision of High Power AC Diesel Locomot

4、ive2.1主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)(1). 限界 符合GB146.1-83(2). 軌距（mm） 1435(3). 機車整備重量（t） 150t3%(4). 軸式 C0-C0(5). 機車額定功率（kW） 4400 kW(6). 軸荷重（t） 253%(7). 電傳動方式 交流電傳動(8). 起動牽引力 （kN） 620(9). 持續(xù)牽引力（kN） 580 (10). 最高速度（km/h） 120(11). 牽引齒輪傳動比 85:16(12). 輪徑（mm） 1050(13). 電制動方式 電阻制動(14). 電制動功率（kW） 3700100(15). 重聯(lián) 機車具有三機重聯(lián)功能(16). 機車

5、車體鋼結(jié)構(gòu) 框架式整體承載結(jié)構(gòu)(17). 燃油箱容積（可用燃油量）（L） 90002.2主要設(shè)備布置2.2.1 司機室機車的兩個司機室?guī)缀跏窍嗤?。司機室通過安裝在后面的橡膠套和安裝在前面的彈簧與減震器使其與車體鋼結(jié)構(gòu)隔離開來。這種布置隔離了來自于線路和柴油機兩方面產(chǎn)生的噪聲，從而使司機室獲得一個較低的噪音水平。司機室的實際布置與雙司機室的中國干線機車相似，符合鐵道部規(guī)范化司機室的要求。司機室的設(shè)備主要有：機車操縱臺、司機室座椅、電取暖器、空調(diào)、電冰箱、微波爐、飲水機、滅火器等。在I端司機室正司機側(cè)設(shè)置了一個后門，通過該門可以進入衛(wèi)生間。2.2.2 衛(wèi)生間衛(wèi)生間安裝在電器間的左側(cè)，通過設(shè)置在I

6、端司機室后側(cè)的門很容易進入。衛(wèi)生間便器采用非直排式，衛(wèi)生間的污物存儲箱設(shè)有排污管并可以和外設(shè)的管路連接排泄污物。衛(wèi)生間內(nèi)設(shè)有一個小的排氣扇，和便器直接連通，通過管道排到車外，使得衛(wèi)生間內(nèi)保持空氣新鮮。2.2.3 電氣間緊挨著I端司機室的是電氣間，電氣間里安裝有機車電器控制設(shè)備。牽引系統(tǒng)的交流相模塊安裝在電器柜的頂部。電氣間采用經(jīng)過濾清的冷卻空氣建立正壓以保證電氣間的清潔。電氣間的布置要使技術(shù)人員很容易進行故障處理和維護。電器柜還有如下設(shè)備：微機、監(jiān)控設(shè)備、無線列調(diào)設(shè)備、給輔助系統(tǒng)提供74V直流電的APC、提供220V交流電的逆變器、空調(diào)逆變器、控制繼電器和接觸器等。2.2.4 電阻制動間電阻制

7、動裝置安裝在車體的大蓋上，由電阻柵和電機風(fēng)扇組成。在電阻制動風(fēng)扇下面還安裝有第一轉(zhuǎn)向架牽引電機組的冷卻風(fēng)機、主發(fā)電機通風(fēng)機和空氣制動支架等。2.2.5 干凈空氣間一個小的干凈的空氣間安裝在電阻制動間的后面。這個進氣間包含柴油機進氣濾清器、電器設(shè)備通風(fēng)機、慣性濾清器排塵風(fēng)機和牽引發(fā)電機的端部。安裝在進氣口的旋風(fēng)慣性濾清器對柴油機的進氣和冷卻電器柜電器設(shè)備的空氣進行初級濾清。2.2.6 動力間動力間主要安裝有柴油機和主發(fā)電機，柴油機功率4660kW，重量25.2t，通過四個安裝座剛性的連接到車體底架上平面。牽引發(fā)電機重量6t，通過兩個安裝座剛性的連接到車體底架上平面。柴油機和牽引發(fā)電機安裝見圖2.

8、2所示。圖2.2 柴油機和牽引發(fā)電機安裝圖Figure 2.2 Mounting of Engine & Generator2.2.7 冷卻間冷卻間安裝有中冷和柴油機高溫水散熱器和冷卻風(fēng)扇，冷卻風(fēng)扇安裝在散熱器的下面。另外，還有些柴油機的輔助系統(tǒng)如機油濾清器，機油熱交換器和燃油濾清器也安裝在散熱器和冷卻風(fēng)扇的下面。在潤滑油濾清器旁邊安裝有一個工具箱。另外，用于冷卻第二轉(zhuǎn)向架電機組的牽引電機通風(fēng)機也安裝在冷卻間內(nèi)。兩個空氣壓縮機和一個小輔助空壓機安裝在冷卻風(fēng)扇的下面。2.2.8 車下設(shè)備車下設(shè)備主要有兩個轉(zhuǎn)向架，軸式是C0-C0，軸重為25噸，構(gòu)架采用焊接式結(jié)構(gòu)，整個轉(zhuǎn)向架直接安裝在了機車底架下

9、面。每個轉(zhuǎn)向架上配置了三個交流牽引電動機。2.3本章結(jié)論本章對大功率交流傳動內(nèi)燃機車中關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)，以及機車內(nèi)主要設(shè)備的布置進行了詳細的描述，這對我們在以后車體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，起到了指導(dǎo)性的作用。3 車體鋼結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)大功率交流傳動內(nèi)燃機車車體采用桁架式整體油箱承載結(jié)構(gòu)，車體強度應(yīng)能承受2670kN的縱向壓縮載荷。整個車體由司機室、底架、側(cè)墻、大蓋、隔墻和活動頂蓋組成，車體總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1 車體總體結(jié)構(gòu)圖Figure 4.1 general structure of carbody3.1 司機室大功率交流傳動內(nèi)燃機車司機室采用獨立司機室結(jié)構(gòu)，司機室鋼結(jié)構(gòu)由前臉、

10、側(cè)墻、后墻、頂蓋和地板焊接成整體結(jié)構(gòu)，通過隔離減振裝置安裝到車體底架上。隔離減振裝置主要由兩個橡膠關(guān)節(jié)減振器、兩個彈簧、兩個阻尼器和兩個橫向連桿組成。采用獨立司機室結(jié)構(gòu)將大大減輕司機室的振動，提高司機的操作舒適性。獨立司機室結(jié)構(gòu)見圖3.2所示。圖3.2 司機室隔離減振圖Figure 3.2The cab isolation兩個橡膠關(guān)節(jié)減振器：它安裝在司機室后部下方。減振器水平橫向放置。較低的扭轉(zhuǎn)剛度使司機室及隔振系統(tǒng)有較低的“點頭”模態(tài)的頻率。兩個彈簧：它垂直放置于司機室前端的兩角，彈簧主要用于控制“點頭”模態(tài)的頻率。 兩個阻尼器：它與彈簧肩并肩平行放置，它用于減少或消除由轉(zhuǎn)動軸隔振系統(tǒng)引起的

11、低頻振動的振幅增大。這種低頻振動主要由機車軌道的不平引起。兩個橫向連桿：它安裝在司機室的前端。連桿兩端可自由轉(zhuǎn)動，但橫向剛度非常大。橫向連桿的安裝使司機室前部可以在垂向與縱向上可以與機車底架有相對運動，但在橫向卻受制約，從而控制司機室前端的左右轉(zhuǎn)的振動模態(tài)。司機室隔振的目的：顯著減少司機室的噪聲，使司機室能夠滿足噪聲要求；減輕由輪軌引起的司機室振動；顯著減輕柴油機引起的高頻振動。3.2 底架結(jié)構(gòu)3.2.1 底架結(jié)構(gòu)概述車體底架作為整個車體的承載基礎(chǔ)，它不但承受車體本身的質(zhì)量和車內(nèi)所有設(shè)備的質(zhì)量，同時還傳遞牽引力和制動力以及復(fù)雜的動應(yīng)力，因此底架必須具有足夠的強度和一定的剛度。大功率交流傳動內(nèi)燃

12、機車用于牽引高速重載貨運列車，柴油機功率大，柴油機重量也大。因此要求車體既要滿足強度和剛度還要最大化的減輕重量。根據(jù)這一要求底架采用整體承載式燃油箱結(jié)構(gòu)。大功率交流傳動內(nèi)燃機車車體底架由三段組成，即前后端部和中間燃油箱。其結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。 圖3.3 底架結(jié)構(gòu)圖Figure 3.3 structure of underframe3.2.2 底架前后端部底架前后端部結(jié)構(gòu)基本相同，由于機車上部設(shè)備不同而存在細微差別。僅以底架前端部為例進行介紹，底架前端部包括防撞裝置、牽引梁、側(cè)梁、牽引拉桿座、二系彈簧支撐結(jié)構(gòu)和中間梁。防撞裝置用于在機車受到非常規(guī)的碰撞時吸收能量保護司乘人員的安全。牽引梁直接傳遞

13、機車的縱向牽引力、制動力及縱向沖擊載荷，其下部結(jié)構(gòu)為車鉤箱，用于安裝車鉤及緩沖裝置。側(cè)梁和中間梁用于傳遞機車縱向載荷和承受機車上部設(shè)備載荷。牽引拉桿座用于傳遞轉(zhuǎn)向架的牽引力和制動力。底架端部結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。 圖3.4 底架端部結(jié)構(gòu)圖Figure 3.4 structure of underframe end 底架中間燃油箱底架中間燃油箱采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將底架前后端部聯(lián)接成整體，承受上部柴油發(fā)電機組的重量和盛放柴油機燃料。燃油箱結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。圖3.5 燃油箱結(jié)構(gòu)圖Figure 3.5 structure of fuel tank3.3側(cè)墻側(cè)墻采用桁架式結(jié)構(gòu)?？紤]強度及制造因素,立柱及橫梁

14、的截面以及作為主要受力部件的上弦梁截面為封閉箱型梁，且形狀根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點而確定。側(cè)墻蒙皮采用波紋板結(jié)構(gòu)，大大提高了車體縱向強度和垂向剛度。側(cè)墻結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。圖3.6 側(cè)墻結(jié)構(gòu)圖Figure 3.6 structure of side wall3.4車體大蓋裝置車體大蓋裝置下部與側(cè)墻相聯(lián)，上部安裝有機車頂部設(shè)備和活動頂蓋。由三部分組成，從前到后依次為電阻制動電氣室大蓋、動力室大蓋和冷卻室大蓋。車體大蓋結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。圖3.7 大蓋結(jié)構(gòu)圖Figure 3.7 structure of roof3.5車體活動頂蓋車頂部有三個可拆卸的活動頂蓋，從前到后依次為電氣室頂蓋、慣性濾清室頂蓋和動力室頂蓋。車體頂蓋用于車體的密封，保護車內(nèi)設(shè)備不受風(fēng)