（机械工程专业论文）内燃调车机车的模块化设计.pdf

摘要 摘要 在国民经济高速发展的同时，对于铁路运输装配的技术性能和技术等级都提出了更 高的要求。一方面车载设备的不断增加和升级要求部件集成化和模块化；方面为了提 高运能，提高效率要求不同功率等级的机车形成系列化、标准化格局。面对要求日渐提 高，竞争日趋激烈的内燃机车市场，针对用户日益增加的个性化需求，为了满足机车组 装简约化、系统化的要求，迫切需要进行调车机车的模块化设计，构建起具有时代意义 的机车技术平台和产品平台。 内燃调车机车采用模块化设计是集国内、外机车制造的多种先进技术的结晶，先进 技术运用带来的高性能，不仅提升了机车技术水平，增强了运用可靠性；而且减少了大 量的维护保养工作，节约了大量的人力物力资源，必将促进铁路运输事业的长足发展。 本文主要针对东风1 0 d d a 型机车首次应用模块化设计的研制开发手段，阐述了产 品平台和技术平台的关系，产品平台的构建模式及特征；介绍了东风1 0 d d a 型机车模 块化设计的总体布置；详细计算和校核了机车的牵引性能参数、机车的冷却能力参数； 介绍了机车所采用的微机控制器的结构和主要微机控制原理：归纳总结了采用模块化设 计的东风1 0 d d a 型机车三个方面的技术特点和基础技术的类比分析。该车借鉴了国内、 外机车的先进技术，采用成熟、可靠、经济、适用的零部件。该机车在设计过程中更加 注重机车的“标准化、模块化、系列化”，为今后模块化调车机车设计打下良好的基础。 关键词：总体布置；性能：计算：机车；设计；模块化； 大连交通火学工程硕+ 学位论文 a b s t r a c t i ti sr e q u i r e dt h a tt h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c e sa n dl e v e l sf o rr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n e q u i p m e n ts h o u l db em o r ea d v a n c e dd u e t ot h ef a s td e v e l o p e dn a t i o n a le c o n o m y a l o n gw i t h o n b o a r dd e v i c e sg e t t i n gm o r ea n du p g r a d e d ，t h e i rc o m p o n e n t sa ler e q u i r e dt ob ei n t e g r a t e d a n dm o d u l a r i z e d ；a n d ，b e c a u s eo ft r a n s p o r t a t i o n l o c o so fd i f f e r e n tp o w e rl e v e l sa r er e q u e s t e d c a p a b i l i t ya n de f f i c i e n c ya d v a n c e m e n t ，t h e t 0b es e r i a l i z e da n ds t a n d a r d i z e d t h u s ， m o d u l a r i z e dd e s i g n sf o rs h u n t i n g sa r ea l s oi nag r e a tn e e ds oa st os i m p l i f yo rs e r i a l i z et h e l o c oa s s e m b l ya sf a c i n gw i t hh i g h e rl o c oc u s t o m i z a t i o n sa n ds t r o n g e rm a r k e t sc o m p e t i t i o n s t h e r e b y ，i ti sg o i n gt oc o n s t r u c te p o c hl o c ot e c h n o l o g ya n dp r o d u c tf l a t s s h u n t i n gm o d u l a r i z a t i o nd e s i g n sh a v ea d o p t e dv a r i o u so fa d v a n c e di n t e m a t i o n a la n d d o m e s t i cl o c om a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g i e sa p p l y i n gf o rb e t t e rp e r f o r m a n c e s ，w h i c hc a nn o t o n l yi m p r o v e1 0 c om a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g i e sa n da p p l i c a t i o nr e l i a b i l i t i e s ，b u ta l s od e c r e a s e m u c hm a i n t e n a n c ew o r ka sw e l la ss a v em a n yh u m a na n dm a t e r i a lr e s o u r c e s ，a n dt h i sc a l l p u s hr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ni n t oal o n g - t e r me x p a n s i o n t h i s p a p e rd e s c r i b e sd o n gf e n g 10 d d al o c o m o t i v ea so n eb e i n ga p p l i e dw i t h m o d u l a r i z a t i o nd e s i g nd e v e l o p m e n tm e t h o d s i ta l s od e s c r i b e st h er e l a t i o n sb e t w e e np r o d u c t f l a ta n dt e c h n o l o g yf i a t ，t h ec o n s t r u c tm o d e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fp r o d u c tf l a ta n dl a y o u to f t h i sl o c o d e s i g n i tc a l c u l a t e sa n dv a l i d a t e st h i s l o c o st r a c t i o na n dc o o l i n gp e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s i nd e t a i l s ，a n di n t r o d u c e s t h es t r u c t u r ea n dc o n t r o l l i n gp r i n c i p l e s o fi t s m i c r o c o n t r o l l e r ，c o n c l u d e s3t e c h n o l o g ya s p e c t sa n db a s i ct e c h n o l o g i c a la n a l o g ya l i a s e so f t h i sl o c o sm o d u l a r i z a t i o nd e s i g n i ta d o p t sb o t hi n t e r n a t i o n a la n dd o m e s t i ca d v a n c e dl o c o m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g i e sa n dh a sm a t u r e ，e c o n o m i ca n da p p l i c a b l ec o m p o n e n t s i ti sp a i d m u c hm o r e s t a n d a r d i z a t i o n m o d u l a r i z a t i o na n ds e r i a l i z a t i o n d u r i n gi t sd e s i g np r o c e s s ， w h i c hf o u n d saf i r mb a s ef o rf u t u r es h u n t i n gm o d u l a r i z a t i o nd e s i g n k e yw o r d s ：g e n e r a ll a y o u t ；p e r f o r m a n c e ；c a l c u l a t i o n ；l o c o m o t i v e ；d e s i g n ；m o d u l a r i z a t i o n ； i i 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太蓬窒通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：丛主、吲 日期：洲g 年f 又月5 日 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太整塞通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太整塞通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太整銮通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权一太董塞通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 、 又。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：坐乏叼 导师签名： 了缪 日期：土删年殷月哆日 日期： 汐可年、，月侈日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电子信箱： 电话： 邮编： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 概述 在中国加入w t o ，社会经济的方方面面都面临着国际竞争，机车车辆制造业同样 不可避免，企业能否适应新的形势，关键在于机车工业自身的竞争力，而技术创新将会 是中国企业在国际竞争中得以生存并获得发展的有力武器。 随着我国铁路事业的发展，以及市场经济发展的需求，铁路部门的结构也相应做出 改变，铁道部部属机车车辆制造企业脱离铁道部，完全进入市场经济模式，企业间良性 竞争日趋激烈，各公司纷纷在原有产品、业务之外寻找新的利益增长点。中国北车集团 大连机车车辆有限公司( 简称大连机辆公司) 依托自身为产品设计者的优势，开拓了工 矿企业及地方铁路机车市场，并使之逐渐成为公司一项重要工作。然而，这项业务的开 展也面临着原兄弟单位的激烈竞争。因此，如何在质量与成本中占据优势，继而占领较 大的市场份额，成为公司领导及各相关部门广泛探讨与研究的一个重要课题。本文将结 合产品模块化、标准化、系列化概念，从先进的技术开发设计入手，探索出一条发展道 路【6 l o 1 2 课题背景 1 2 1 产品的模块化 产品的模块化是现代产品设计的迫切需求，是设计和构成机电系统或设备的一项重 大技术措施。模块化即是把系统中的硬件和软件按功能分解成若干彼此具有一定独立 性、同时又具有一定联系的模块易于连接和组装的分立部件，再把这些不同功能部 件，通过标准的机械、电子、电子接口或软件接口，按一定规则逻辑地组装在一起，形 成能满足用户要求的产品【刀。模块化的优点是：设计简单，周期较短；结构灵活，组装 容易；便于改装、扩展和维护：有利于标准化和降低成本。产品的模块化设计是现代设 计方法的一个分支，实际上是一个创造和创新的过程。产品及其部件只有实现模块化， 产品才能真正实现系列化，才能缩短产品开发周期，减少开发风险，降低开发成本，迅 速对市场作出反应。因此，产品模块化是产品系列化的基础和技术核心。 1 2 2 产品的系列化 产品的系列化是从功能出发，通过确定基本参数，把基本产品、派生产品及其主要 特征和结构型式归类、划分，形成产品系列型谱，以供广大用户选择。亦即对规格复杂、 作用相同的机电设备或产品加以选择、定型、归类。先选择其中性能好、用途广、结构 大连交通大学- e n 硕士学1 1 ：7 ：论文 合理的一种产品，加以设计改进，定为基本型号。以此为基础，将同类的其他产品按型 号、尺寸、性能等参数加以归类、排列，根据需要，淘汰多余的型号，补充某些缺少的 型号，从而形成系列化的产品。 1 2 3 国内外内燃机车产品模块化、系列化 模块化设计理念源于2 0 世纪5 0 年代，欧美一些国家汽车行业提出的“模块化概 念，并开始实际应用。我们所见到的国外正式报道的第一台模块化设计的内燃机车是德 国k r a u s sm a f f e i 公司( 1 9 9 0 年后属西门子公司) 于1 9 8 1 年制成的m e 0 5 型内燃调车机 车。2 0 0 4 年，中国北车集团北京二七机车厂有限公司制成第一台模块化d f 7 c 型调车机 车( 8 1 。 目前，国外大型机车车辆制造企业的产品已经达到高度的系列化。美国的e m d 公 司早从1 9 3 8 年起，就以二冲程的5 6 7 系列柴油机为技术基础，开始生产系列化机车。 我国从7 0 年代起开始批量生产d f 4 系列内燃机车和s s 系列电力机车。目前我国机车 车辆工业对产品系列化已经有了相当丰富的经验。 大连机辆公司产品模块化、系列化工作从7 0 年代起，柴油机在技术开发过程中已 经得到运用。先后开发了直列4 缸机、6 缸机、8 缸机和v 型8 缸、1 2 缸机、1 6 缸机等 系列化柴油机。为了适应地方铁路、工矿企业市场需求，先后开发了g k d 0 ( 4 缸d 型机) 、 g k d l ( 6 缸d 型机) 、d f 5 b g ( 1 2 缸b 型机) 、d f l 0 d d ( 1 2 缸d 型机) 、d f 5 d d ( 8 缸d 型机) 、d f 4 d d ( 1 6 缸d 型机) 1 9 1 。这些机车设计的年代久远，而且是针对特定用户的特 殊要求设计的，因而，在设计开发过程中没有充分考虑到零部件模块化和系列化，产品 的通用互换性能很差。由于自销市场的特点：小批量、生产周期短、加装改造项目多， 因而造成调车机车生产组织混乱，单件生产多，机车成本增加。 1 2 4 大连机辆公司内燃机车产品模块化 大连机辆公司从上世纪8 0 年代开始，研制开发了多种调车机车，主要供应矿山、 海港、钢厂、电厂等客户的需求。随着公司的发展，调车机车早已成为大连机辆公司自 销机车的核心组成部分。 多年来，大连机辆公司为调车机车的技术改进，进行了不懈的努力，特别是2 0 0 4 年起对各个型号的调车机车进行了系统的设计改进，完成4 0 余项技术改进，使得机车 的面貌焕然一新，深得用户青睐。 但是随着市场竞争的日趋激烈，竞争对手为了在市场竞争中获得订单，在机车的主 要配置、机车价格、机车交货时间、机车附带资料、机车培训等方面一再让步。这样就 2 第一章绪论 限制了大连机辆公司自销机车的市场的生存空间，为公司的正常生产秩序带来了混乱， 为设计部门增加了沉重的负担。 首先，为满足用户苛刻的工期要求( 最短甚至要求1 个月交车) ，生产部只能根据 信息预先排产。结果有大量的机车在生产排产时没有具体通知，此时设计部门因不知道 用户具体要求，所以无法下发技术总通知，各车间只能根据基础图纸进行生产，待用户 确定要求后再现场改造，造成了大量的返工，浪费了大量的材料和工时。尤其是由于工 期的原因对已经落成的机车进行改配属，造成了生产的极大混乱和材料的极大浪费 其二，用户点装要求过多。合同中用户对机车的主发电机、牵引电机、启动电机、 励磁机、空调、冰箱、蓄电池、监控设备、电台和复轨器等几乎都会提出了点装要求， 点装型号和配套设备五花 k l - j ，不胜枚举，这样就意味着每次都要同供货方技术沟通、 交流，重新设计安装结构，使得技术开发部疲于应付。更有甚者是在机车生产已经开始 时，还在不断增加点装和改造要求，导致已经生产完毕的部件又要返工组织生产。 其三，用户的个性化要求日益提高。自销机车的用户往往是对比了多个厂家之后开 始选择产品，其结果是要求实现其它机车厂的多种型号特点。而由于总体布置的不同， 许多要求实现起来难度非常大，而且需要调动多名设计人员和花费较长的工作时间。 其四，自销机车种类繁多且派生出许多结合产品。 例如：大连机辆公司有装用1 2 缸d 型柴油机的东风1 0 d 型机车，也有装用1 2 缸b 型柴油机的东风5 b 型机车，但根据用户需要采用1 0 d 机车为原形将1 2 缸d 型柴油机 换装成1 2 缸b 型柴油机，同时将1 0 d 机车转向架换装成5 b 机车转向架，这样就形成 了所谓的5 b 改型机车。而把东风5 b 机车的柴油机功率向下作以调整就形成了g k d 2 型机车。凡此种种，不一而足。 综上所述，调车机车的模块化设计改进，迫在眉睫，势在必行。 在调车机车技术平台及产品平台的总体布局上要求对各种调车机车统一考虑，按照 系列化的标准统一布置设计空间，力求使全部调车机车标准统一，工艺流程相同，结构 布置近似，可以流水线作业操作，大部件预制生产。为调车机车的规范化、模块化提供 一个可操作的基础平台。 设计完成以后，能够极大地节省生产工序及生产周期，有利于企业调整生产作业的 组织实施；产品通用互换性好，维护简便。实现统一技术平台和产品平台的建立，可以 缩短设计周期，降低制造成本，提高技术等级，简化产品的运用培训。 该项目采用模块化设计的手段，将结构、部件、系统集成为模块，提高机车部件的 通用互换性，改善机车制造工艺。并按铁道部对新造机车的规范化要求进行规范化设计。 大连机辆公司通过市场调研及对各车型方案详细论证，开始对调车机车进行标准化、模 大连交通大学t 程硕士学何论文 块化、系列化设计。d f l 0 d d a 机车就是在这样背景下被定为调车机车标准化、模块化、 系列化设计中的基本型号。 1 3 本文所做的工作 本文主要介绍了以东风1 0 d d a 型内燃机车位基型的产品平台和技术平台，介绍了 东风1 0 d d a 型机车模块化设计的总体布置；详细计算和校核了机车的牵引性能参数、 机车的冷却能力参数；介绍了机车所采用的微机控制器的结构和主要微机控制原理：归 纳总结了采用模块化设计的东风1 0 d d a 型机车的三个方面的技术特点和基础技术的类 比分析。 4 第二章模块化调乍机车的理论基础 第二章模块化调车机车的理论基础 2 1 内燃机车技术平台与产品平台 平台作为一个工程概念，在汽车开始大批量、流水线生产时出现。2 0 世纪3 0 年代， 美国飞机公司设计了d c i 平台，它包含一系列主要飞机子系统的创新，然后基于这个平 台开发出了新型客运机、新型货运机、新型军运机等衍生产品。8 0 9 0 年代，k o d a k 公 司在研制一次性相机中，s o n y 公司在开发w a l k m a n 中，都运用平台方法取得很大成功。 1 9 9 3 年，m e y e ra n du t t e r b a e k 提出产品平台是一组产品共享的设计与零部件集合， 而这组共享一个共同的产品平台，但具有不同的性能与特征，以满足不同用户需求的一 系列产品就是产品族。一个坚实的平台是成功产品族的心脏，是一系列紧密相关的产品 的基础。 1 9 9 8 年，r o b e r t s o na n du r i c h 提出产品平台是一个产品系列共享资产的集合，这些 资产可以分为四类，即零部件、工艺、知识、人员与联系。这个定义对产品平台的范围 限定过于宽广，使产品平台不仅包括了构成产品的要素也包括了为实现产品而需要的 能力要素，即技术平台的部分构成要素【1 1 i 。 国内理论上提出产品平台是在产品开发过程中确定的一个基准以它为基础可以扩 展出一系列产品，它包括四种情况： ( 1 ) 一组产品共享的设计与零部件集合例如一系列柴油机共用气缸盖、燃油喷射 装置等。 ( 2 ) 一组产品共用的子系统以及子系统之间的关系组成的构架的集合，例如一组软 件共用的子模块，子模块之间的连接关系等： 3 ) 某一个基型产品，这个产品也可以称为平台产品，例如2 4 0 系列柴油机中的 1 6 v 2 4 0 z j 柴油机做为开发基准产品。 ( 4 ) 某一个或几个核心部件，也可以称为核心产品，它是核心能力和最终产品的有 形联系。例如，动力组。产品族就是共享一个产品平台的一系列产品。它是以产品平台 为基础，不断扩展和衍生出来的是企业推向市场的最终产品。如2 4 0 柴油机的4 、6 、 8 、1 2 、1 6 缸机。 在中国铁路历经六次大提速的历史背景下，在国民经济高速发展的同时，对于铁路 运输装配的技术性能和技术等级都提出了更高的要求。一方面车载设备的不断增加和升 级要求部件的集成化和模块化；一方面为了提高运能，提高效率要求不同功率等级的机 车形成系列化、标准化的格局。 大连交通大学t 程硕十学位论文 我国内燃机车的模块化设计一直是内燃机车的设计要求重要课题，其总体布置的合 理与否直接影响机车的经济性、可靠性。国民经济的高速发展要求我们努力推动我国内 燃机车模块化的技术进步，从而提高我国内燃机车的运用性能。所以在调车机车技术平 台及产品平台的总体布局上尽量对各种调车机车统一考虑，按照系列化的标准统一布置 设计空间，力求使全部调车机车标准统一，工艺流程相同，结构布置近似，可以流水线 作业操作，大部件预制生产。为调车机车的规范化、模块化提供一个可操作的基础平台。 面对要求日渐提高，竞争日趋激烈的内燃机车市场，针对用户日益增加的个性化需 求，为了实现机车组装简约化、系统化的要求，迫切需要进行调车机车的模块化设计， 构建起具有时代意义的机车技术平台和产品平台。 2 2 产品平台与技术平台的关系 技术平台与产品平台是两个不同层次的概念体系。技术平台是构建产品平台的基 础，产品平台是连接技术平台和具体产品的桥梁。没有一个坚实、先进的技术平台的支 撑，产品平台就失去了其存在的基础，企业的产品最终将失去其市场竞争力；没有一个 高效和创新性的产品平台，技术平台就无法较好地为最终产品的实现提供有力支撑，同 样会造成企业在市场上的被动。技术平台支撑产品的市场生命力。 技术平台是一个或多个产品族所共享的设计技术、工艺技术、检测与测试技术、信 息技术、标准化技术、采购技术、质量控制技术及生产制造技术等的整合。 2 3 技术平台的构建 技术平台由三层平台构成，如图2 1 所示。以柴油机技术平台为例，其最上层的是 产品族所必需的核心技术，如燃烧技术、配气技术、电控技术、增压技术、减排放技术、 减振技术、冷却技术、润滑技术、模块设计技术、虚拟设计技术等。 处于底层的是支撑核心技术以使其能够转化为最终产品的基础技术，包括锻造、铸 造、热处理、机械加工、组装试验技术等。 两者之间的中间技术是连接基础技术和核心技术的桥梁，它包括工艺技术、检测与 测试技术、信息化技术、标准化技术、采购技术、质量控制技术等。 6 攘心拄束 圈2 1 技术平台构成 f 培2lt e c h n o l o g y f l a tc o n t r a g t l l e $ 一个良好的技术平台应是这三层平台的平衡整合。三角形的高度反应了整个技术平 台的高度，三角形底部的宽度反应了整个技术平台的宽度。技术平台的高度越高，则其 独特性、不易被模仿性越强；技术平台的宽度越宽，则说明平台基础越牢固、宽厚m 】。 技术平台具有以下几个特征： 1 ) 共享性，即技术平台是开发一个或多个产品族所共享的技术的集合。 2 ) 规范性，即构成技术平台的技术是在企业内部经过规范化和标准化整合的，在 实现某一产品族的过程中只需进行较小的变化。 3 ) 延展性，即可通过提高、更新技术平台的核心技术或完善技术平台的中间技术 和基础技术来实现技术平台的升级和更新。 4 ) 独特性，即技术平台虽然包括通用的基础技术，但其核心是企业的关键核心技 术及特有的技术组合。 5 ) 阶层性，即技术平台是由处于不同层次的技术整合而成的。 技术平台的开发、构建有下列几种模式： 1 ) 自主开发模式( 2 4 0 柴油机) 。企业的技术实力较为雄厚研发能力较强，可以通 过自主开发获取核心技术。在此基础上进一步自主或联合开发支撑核心技术的基础技术 和中间技术。 大连交通人学工程硕十学位论文 2 ) 引进模式( m a nb & wr k 2 7 0 和e m d1 6 v 2 6 5 h 型柴油机) 。企业的技术实力 较弱，则可通过引进来获取核心技术，进行充分消化吸收、模仿式创新和革新式创新， 并进一步自主或联合开发支撑核心技术的基础技术和中间技术。 3 ) 联合开发模式( 1 2 v 2 8 0 z j 型柴油机) 。对于企业虽有一定开发实力但自主开发 的难度和风险都较大的技术，企业可与科研机构、高等院校及其他企业等社会技术力量 联合开发核心技术及支撑该核心技术的基础技术和中间技术。 4 ) 对于技术、经济实力都较为雄厚的企业，还可通过兼并相关企业来获取其核心 技术及相关技术，并进行有效整合建立相应的技术平台。不同技术水平的企业可以根据 企业自身实际情况选择不同的技术平台开发构建模式【1 2 】。 致力于构建2 0 0 0 k w 功率等级的调车机车的产品平台。实现用户选购机车时，在对 设备功能的要求上实现下拉菜单式的可选；实现运用部门在维护保养机车时，部件能够 无差别互换；实现修理单位在维修机车时，实现限定区域，单体维修。 机车实现的主要技术特征如下：机车动力推进系统实现规范化改造，1 2 缸柴油机两 套方案可以选择。转向架可以通用于调车机车，均采用滚动抱轴方案，制动装置也考虑 两种方式：基础制动+ 手制动方式或单元制动方式。机车的辅助传动系统同时考虑静液 压传动方案或交流辅助传动方案。冷却水系统的冷却大风扇可以采用泵马达驱动方式， 也可以采用交流电机驱动方式。机车制动系统制动部件要实现集成化安装。机车司机室 要按照模块化的要求进行设计，要能够实现司机室单独生产装配，最后组装上车，并实 现全部调车机车司机室标准化、简统化。 采用模块化设计的手段，将结构、部件、系统集成为模块，提高机车部件的通用互 换性，改善机车制造工艺。并按铁道部对新造机车的规范化要求进行规范化设计。重点 解决油水、空气管路、电线路、司机室等规范化设计问题。为适应市场要求，设计中统 一考虑机车的各种配置要求，力求主要配置可以根据用户要求进行配置。同时按照商品 化要求，改善机车的外观，解决机车出现的惯性质量问题，满足不同用户、不同地区的 运用要求。确立调车机车技术平台及产品平台。 在技术平台的基础上，企业就可以开发、构建相应的产品平台，并最终推出面向市 场的产品系列。技术平台与产品平台的开发往往是同步进行的。 处于一个特定产业中的不同企业，由于技术水平高低不同，将形成一系列不同梯级 的技术平台。技术平台的梯级高低，决定了产品平台的梯级高低及最终产品技术含量的 高低。企业对新技术的消化吸收能力，在一定程度上也取决于原有技术平台梯级的高度。 如图2 2 所示。技术a 线在纵轴上的截距，代表某项技术a 的技术水平高度，平台l 、 2 、3 的高度代表各技术平台的技术梯级高度。 8 兰= 塞篓堡些堡! ：丝兰墼堡篁量些 由于技术a 的技术水平低于技术平台l 的技术梯级，所以技术a 不会对技术平台l 构成影响；而技术a 与技术平台3 之间的技术落差较大，所以技术平台3 对技术a 的 吸收能力较弱：而技术a 与技术平台2 之间既有一定技术落差又不太大( 例如大连与 e m d ) ，此时的技术吸收能力将大大超过技术平台3 。 图2 2 技术平台的不同阶梯 f i g2 2 d i f f e r e n ls l e p so f t e c h n o l o g y f l a t 因此，企业最初的技术平台应尽量构建于较高的技术梯级上，技术平台的川级与更 新也应采用小幅度、高频率的改变。而当出现质的跃进性技术变革时，则需圭9 f 弃原有的 整个技术平台框架，重构新的技术平台。这里，原有技术平台与升级后的技术平台的关 系主要表现为前者对后者的技术支持作用。因为，技术发展一般是沿着一定的技术轨道 进行的，在同一技术轨道中，技术发展具有很强的积累性，也就是说第一代技术对第二 代技术有很强的支持作用。 本章小结 本章主要阐述了内燃机车模块化的理论基础是技术平台和产品平台，介绍了技术平 台和产品平台的关系，技术平台的构建特点和模式。 人连变通丈学工程硕士学位论文 第三章东风1 0 d d a 型调车机车的总论 31 东风1 0 d d a 型机车总体布置 东风 0 d d a 型内燃机车是由中国北车集团大连机车车辆有限公司自主研制开发的 模块化系列工矿用调车机车之一。该机车能够满足我国地方铁路快捷货物运输的需要。 在研制过程中本着“先进、成熟、经济、适用、可靠”的“十字”方针，大量采用了国 内外成熟、可靠的新技术，大量采用模块化的设计理念，极大地促进了内燃机车设计水 平的提升，同时使内燃机车的质量也跨上了一个新台阶。总体效果如图3l 所示： 圉3 i 东风1 0 d d a 型机车总体效皋图 f i g u r e3 1g e n e r a lv i s i o n o f d f i o d d a l o c o m o t i v e 该车采用外走廊、底架承载式车体。以车底架为分界线可将机车分为上下两部分 上部为车体和各类车内设备，下部有两台相同的三轴转向架，中间设有悬挂式燃油箱和 总风缸。底架以上结构由七部分组成，分别为制动部件室、司机室、电气室、传动室、 动力室、冷却窜、辅助室。制动部件室侧定义为后端。每个室都设计为独立的模块结构， 与底架采片j 螺栓联结。 制动部件窀内设有空气制动柜、监控设备柜等设备。 司机室内操纵台设于前进方向的左侧，可根据需要选择设置一个或两个。操纵台上 布置有司控器、自动制动阀和单独制动阀、监控显示屏、微机显示屏外，还布置有各种 第二章东风1 0 d d a 型调车机车的总论 控制开关、按钮、仪表、信号显示和报警装置，操纵台下部布置鸣笛、撒砂等脚踏开关。 司机室前墙上设有集成控制的墙电器，可以满足不进入电器柜就能完成对机车操纵的需 要。前墙上还开有通向电器柜的检修门，在门侧设有空气制动系统的紧急制动阀。司机室 顶部设有顶置式摇头风扇和顶置式空调。司机室后墙上布置有工具箱。将工具箱的箱门 拆去，即可将装冰箱和微波炉等设备安装于原工具箱内。 机车的电器柜采用了电器柜与车体设计成一体的结构。即按照器件功能分区形成独 立的小模块，小模块组装完毕后安装到电气室钢结构上，实现了各模块可以独立拆装的 有利安装方式。在电气室的设计中将全部的万转开关、闸刀开关、和扳键开关形成墙电 器安装与司机室前墙上，并设计了一道防护门。这样就改变了以往司机需要进入电气室 内部进行操作后，在回到操纵台进行操作的工作顺序。使得设计结构更为人性化，简化 了操作工序，并且使得操作更为安全。同时在电气室门上增设了观察玻璃，使得乘务员 能够随时了解电气室内器件的工作情况。 采用交流辅助传动时，传动室内装有大功率传动变速箱，通过它分别驱动起动发电 机、交流辅助发电机。室内还装有由交流电动机驱动的后转向架牵引电动机通风机，在 其侧上方为硅整流柜。该室侧墙上布置有柴油机进气空气滤清器。 动力室内布置有柴油机发电机组。在柴油机自由端装有燃油输送泵、燃油粗滤器、 机油滤清器和热交换器、起动机油泵和冷却水系统的水箱以及各种管路、阀类等。在右 侧后部布置有另一个柴油机进气空气滤清器。 冷却室内布置有后转向架牵引电动机通风机。冷却装置与车体冷却室进行一体化设 计，可统称为冷却室装配。采用胀管式铜散热器，呈“v 型布置。采用2 个轴流式冷 却风扇，由交流电动机驱动，形成压风式冷却。冷却室前墙上布置有膨胀水箱和交流辅 助电器控制柜。 辅助室内设有两个空气压缩机、空气干燥器以及制动系统的散热器和油水分离器。 大连变通人学上徉硕士学位论文 东风1 0 d d a 型机车总体弁兄见图3 2 所示 1polj ocpo_30日j h8=o口nn；=k 丑捌母蛙瑶抖暑影ooo一匿婚麓丑 诵 q 瓣镭耐峙 逛釜k - j i f l 赢 吲 确穗 障堑幽 拶浅扦 ：_一6h m 第二章东风1 0 d d a 型调乍机车的总论 在表3 1 中列出了各部件组名称。 表3 1d f l 0 d d a 型内燃机车总体布置图说明 t a b 3 1g e n e r a ll a y o u to ft h el o c o m o t i v ed e s c r i p t i o n 序号 名称序号名称 l 制动部件室1 9前通风机 2空调机组2 0前通风机驱动电机 3电气室电器设备 2 l 燃油泵电机组 4主硅整流柜 2 2 牵引电动机 5 空气滤清器 2 3 启动机油泵电机组 6 主发电机 2 4 燃油箱 7柴油机 2 5 蓄电池箱 8冷却风扇驱动电机2 6总风缸 9 冷却风扇2 7交流辅助发电机 1 0 散热器组2 8启动发电机 1 l逆变器2 9启动变速箱 1 2 膨胀水箱3 0前通风机 1 3 空气干燥器3 l底架 1 4 车钩缓冲装置 3 2 司机操纵台 1 5随车工具与备品3 3 司机座椅 1 6空压机电机3 4 转向架 1 7空压机3 5配重块 1 8 电加热器 3 2 东风i o d d a 型机车主要技术特性 型号 用途 轨距 东风1 0 d d a 型 调车及小运转作业 1 4 3 5 m m 大连交通大学丁程硕+ 学位论文 限界符合g b l 4 6 1 - - 8 3 ( 车限一1 a ，车限一1 b ) 使用环境条件大气温度4 0 - 一4 0 最大湿度9 5 空气质量情况高风砂 机车标称功率 18 8 0 k w 轴式c o c o 轮径( 新轮) 10 5 0 m m 轴重 2 3 3 t 机车计算重量1 3 8 3 t 通过最小曲线半径 1 0 0 m 牵引齿轮传动比 6 3 ：1 4 机车速度( 按半磨耗状态轮径取1 0 1 3 m m ) 最高运行速度k m h1 0 0 持续速度k m h 1 7 8 机车轮周牵引力( 按半磨耗状态轮径取1 0 1 3 m m ) 最大起动牵引力4 8 0 9 k n 持续牵引力 3 4 1 7 k n 车钩衔接线中心线间距离 1 9 9 0 0 m m 转向架中心距 1 0 1 0 0 m m 转向架固定轴距 1 8 0 0 m m 车钩中心线距轨面高度8 8 0 m m 排障器距轨面高度 1 2 0 m m 燃油储备量 5 0 0 0 l 机油储备量800kg 冷却水储备量8 0 0 k g 砂储备量800kg 3 3 机车主要装置及各系统配置 3 3 1 动力装置 东风1 0 d d a 型机车采用1 2 v 2 4 0 z j d 型柴油机。柴油机按规范化设计要求，改进油 水管路的设计，优化整体布局。 1 4 第二章东风1 0 d d a 型调车机车的总论 1 2 v 2 4 0 z j d 型柴油机曲轴的输出端通过联轴节与主发电机的转子相连，机体的输出 端通过连接箱与主发电机定子连接。齿轮系统布置在自由端，压装在曲轴自由端上的曲 轴齿轮，通过传动齿轮驱动凸轮轴。泵支承箱布置在机体的自由端，箱体上安装有机油 泵和高低温水泵。调速器布置在自由端的左侧，由左侧凸轮轴通过调控传动装置驱动。 主要技术参数如下： 柴油机型号 工作方式 标定转速 最低空载稳定转速 标定功率( u i c6 2 3 条件下) 最大运用功率 气缸直径活塞行程 外形尺寸( 长宽高) 净重 3 3 2 转向架 12 v 2 4 0 z j d 四冲程、开式燃烧室、直接喷射、废气涡轮增 压、增压空气中间冷却 10 0 0 r m i n 4 3 0 r m i n 2 4 0 0 k w 2 2 0 0 k w 2 4 0 m m x 2 7 5 m m 4 2 9 8 m m 17 6 0 m m 2 6 4 2 m m 1 6 3 0 0 k g 机车转向架设计考虑两个方案： 方案一：采用基础制动装置，设有手制动机构，采用铸铁闸瓦。 方案二：采用单元制动装置，设有弹簧停车机构，采用高摩合成闸瓦。 机车走行部分由两个相同的三轴转向架组成。每个转向架三个牵引电动机顺置排 列。转向架由“目”字型组焊结构构架、轮对轴悬式驱动装置、轮对、摩擦旁承、拉杆 定位式轴箱组成。牵引电动机一端通过滚动轴承悬挂在轮对轴上，另一端通过吊杆和橡 胶垫悬挂在横梁上。牵引电机悬挂装置采用滚动抱轴方案。轮缘润滑装置采用碳棒式； 设有整体吊装结构及器具。 转向架主要技术参数 牵引电动机安装方式 固定轴距 轮径 牵引齿轮传动比 构架 一端为轮对滚动轴承悬挂，另一端为吊杆和橡胶 垫悬挂 1 8 0 0 m m 1 0 5 0 m m 6 3 1 4 q 3 4 5 e 大连交通大学t 程硕十学位论文 车轮 牵引齿轮模数 弹簧静挠度 总挠度 分体，带轮箍 1 2 一系1 2 1 m m 二系1 6 m m 1 3 7 d f l 0 d d a 型内燃机车装有两台相同的三轴转向架，机车整个上部结构通过支承座 落在前、后转向架上。每个转向架与车体底架间由一组牵引杆机构相连，以传递牵引力 或制动力。在车体底架与转向架侧架之间设有侧挡，当机车在曲线上运行时，该侧挡可与 牵引杆系一起形成一个假想中心，以使转向架绕此中心相对于车体作回转运动。为了衰 减机车垂向振动，改善机车运行品质，在转向架构架与轴箱之间还装有垂向减振器。 转向架由构架、轮对、轴箱、电机悬挂装置、基础制动装置、支承和牵引装置等组 成，其中，基础制动装置采用两种方案，一种为制动单元+ 弹簧停车方案；另一种为制 动缸+ 杆系+ 手制动装置。 转向架构架由两根左右对称布置的侧架、两根相同结构的横梁、前端梁和后端梁等 组焊成“目 字结构。两根侧架的顶面焊有旁承垫板，侧面焊有吊座、减振器座，底面 焊有轴箱上下拉杆座、拐臂座、轴箱止挡、砂箱座板，横梁和后端梁上焊有电动机吊座 和安全托，当基础制动装置采用制动缸+ 杆系方案时，侧架的侧面焊有制动缸座，前、 后端梁焊有制动座：当基础制动装置采用制动单元+ 弹簧停车方案时，侧架的侧面焊有 制动单元座，代替制动缸座和制动座。 轴箱由轴箱体、滚柱轴承、螺旋弹簧、减振垫、弹簧盖和座、后盖和防尘圈、端盖 和压盖，以及轴箱拉杆等组成。轴箱由两根拉杆与构架相连，以传递牵引力或制动力。 拉杆的两端带有橡胶衬套和橡胶挚，轴箱相对构架作上下和横向运动，靠轴箱弹簧和轴 箱拉杆两端橡胶元件的弹性变形来实现。两端轴的轴箱配有垂向油压减振器，以衰减机车 的垂向振动，改善机车运行品质。 轮对由车轴、轮心和轮箍、从动齿轮等组成。车轴和轮心的过盈配合采用注油压装 工艺。车轴和从动齿轮、轮心和轮箍的过盈配合采用热套工艺。在轮心和从动齿轮上有 螺纹孔，供拆卸时联接高压油泵用，以免拉伤车轴。 滚动抱轴箱主要由抱轴箱体、圆锥滚子轴承、大挡油圈和小挡油圈、大端盖和小端 盖等组成。滚动抱轴箱在与牵引电动机连接之前，在轮对组装的同时，须在专门的组装 工作台上，采用立位安装的方法将抱轴箱安装到轮对上去，与轮对形成一个组件。 1 6 第二章东风1 0 d d a 犁调下机车的总论 3 3 3 机车车体 机车车体采用了单司机室，外廊式底架承载结构，适合于调车作业和厂矿使用。它 主要由上部的模块结构组成的罩式车体和下部的底架、端部的排障器和牵引缓冲装置等 组成。 车体上部分为七个工作间，从后到前依次为制动部件室、司机室、电气室、传动室、 动力室、冷却室和辅助室。传动室、动力室和辅助室顶部设有可拆卸的项盖，以供吊装 各室内的机组和设备。为了检修方便，传动室、动力室和辅助室侧墙设计成可拆卸形式。 各室侧墙均设有可折叠侧门，以供日常检修之用。司机室、冷却室和电气室设计为可以 整体吊装的模块。在车体两端的左右侧设有梯子，在两侧走台板和两端走台板的外侧均 设有安全扶手。 车体底架结构采用了成熟的鱼腹式结构。司机室的设计充分考虑了隔热和隔音要 求，在装饰板及钢结构中间安装吸音隔热层。司机室提供两个通往走廊的后门。司机室 的嘹望玻璃装有电动刮雨器，车内有遮阳帘、电风扇、顶置式空调和电加热器。各室内 设有足够的侧门和顶盖，方便检修。辅助室、动力室、传动室、电气室各门不设通风口， 仅考虑防振和保温，通风口统一设计在活顶盖两侧的斜面上。 在底架左右侧梁前后设有吊车筒和架车座，供起吊机车用。在底架两端梁上设有救 援吊车座，供紧急救援用。前后端部设有牵引梁，其内装有牵引缓冲装置，车钩采用 t b l 5 9 4 - - 8 5 内燃、电力机车车钩( 上作用式) ，缓冲器采用m t 3 型摩擦式缓冲器。端部 下面安装有排障器及扫石器，排障器距轨面的高度可随轮箍的磨损而作调整。底架中央 吊装有燃油箱。 车体主要结构尺寸： 车体长度 1 8 9 0 0m i l l 车体宽度3 2 0 0r a i n 车体高度4533m m 底架上平面距轨面高度 1 7 0 0m n l 架车座距轨面高度 1 0 7 0 m m 吊车筒中心线距轨面高度 l11 3m m 前后吊车筒中心线之间距离 1 0 2 0 0n u n 两端车钩衔接线之间距离 1 9 9 0 0m m 车钩中心线距轨面高度8 8 0