兰新线东风_11_型机车的设计改进及试验运用

1、设计#制造文章编号:1003-1820(200100-0006-05兰新线东风11型机车的设计改进及试验运用许人华(戚墅堰机车车辆厂设计处,江苏常州213011摘要:简要介绍了兰新线风沙大、海拔高、温差大、限坡大的四大特点及其对机车性能的特殊要求,详细阐述了针对这些特点进行的东风11型机车设计改进,并简要介绍了其高原性能试验、牵引运行试验和实际运用情况。关键词:兰新线;东风11型机车;设计改进;试验;运用中图分类号:U260191 文献标识码:B收稿日期:2001-01-03作者简介:许人华(1963,男,浙江临海人,高级工程师。1 前言东风11型机车最早是为广深准高速铁路研制的准高速客运内燃

2、机车。它以其功率大、速度快、技术新的优势,业已成为我国铁路繁忙干线客运提速的主型内燃机车。根据党中央、国务院西部大开发的战略部署,铁道部决定,自2000年10月21日起兰新线大提速,旅客列车的技术速度从60km P h 左右提高到100km P h 、最大速度提高到140km P h 。根据部局安排,戚墅堰机车车辆厂(以下简称戚厂2000年上半年生产的40台、下半年生产的16台东风11型机车分别配属乌鲁木齐铁路局和兰州铁路局,担当兰新线客运提速的牵引任务。兰新线恶劣的自然条件,对东风11型机车提出了许多新的更高的要求。这就要求戚厂必须根据兰新线的特点,对原有东风11型机车作相应的设计改进。本文

3、首先简要地介绍了兰新线的几大特点及其对机车性能的要求,而后详细地阐述了针对这些特点所进行的设计改进,并简要地介绍了有关试验及实际运用情况。2 兰新线恶劣的自然条件及其对机车性能的要求兰新线具有风沙大、海拔高、温差大、限坡大四大特点,这对东风11型机车提出了新的更高的要求。¹风沙大,大颗粒砂粒可打破机车玻璃。这就要求机车所有用风系统增设滤清装置或提高现有滤清装置的滤清效果,尤其是柴油机进气所需的空气滤清系统。同时,对车体加强密封,使机车具有更强的防风沙和抗风沙能力。º海拔高,而且沿途变化较大,低的700m 左右,高的则达2000m 以上。这对机车装用的16V280ZJA 型柴

4、油机功率大的优势的发挥带来了较大的影响。»温差大,夏天气温高达40e 以上,而冬天气温则低至零下30e 以下。这对机车的冷却能力、防寒能力都提出了更高的要求。¼限坡大,而且坡道长。最大坡度高达1215j ,最长坡道达120km 。这对一直运用于广深、京沪、京哈等平原干线的东风11型机车来说,无疑将是一个严峻的考验,它要求机车具有更大的牵引能力和可靠的制动性能。此外,兰新线较长的牵引区间,对机车的可靠性也提出了更高的要求。第8期(总第330期内燃机车2001年8月3针对兰新线特点所进行的设计改进众所周知,产品的质量决定于设计和制造。产品质量的高低、性能的优劣,首先取决于设计的

5、成功与否。因而,为了做好配兰新线东风11型机车的设计改进工作,戚厂有关部门在赴兰新线实地考察并与运用部门有关人员认真研讨的基础上,对东风11型机车作了如下四方面的设计改进。311针对风沙大的问题采取了以下五项措施31111空气滤清系统改进改二级滤清为四级滤清,即在旋风筒滤清与铝板网滤清之间增加了一道纸质滤清。同时,还在进风口增设了一道防沙网,以满足柴油机对进气质量的要求。但考虑到空气经过四级滤清,势必增大进气阻力,故改从机车两侧同时进气以加大进气面积,增加空气流量,来满足柴油机对进气量的要求。详见图1和图2。图1柴油机用空气滤清系统 图2空气滤清系统中的空气流向31112顶置式电阻制动装置进、

6、出风改进由于机车内部空间比较紧张,东风11型机车的电阻制动装置安装在机车动力室和电气室交界处的顶部(装280柴油机的东风8、东风8B型机车和NZJ1型准高速内燃动车也都如此,进、出风口处原设计只设一道挡雨用的固定百叶窗。考虑到兰新线风沙大,而且长大坡道多,使用电阻制动的几率多,故将进风口百叶窗改成滤网,以便电阻制动装置在风沙季节也能投入使用。同时在进、出风口各增设一道电控风动的活动百叶窗(详见图3。当不使用电阻制动时,这两组百叶窗处于关闭状态;而当使用电阻制动时,这两组百叶窗在风缸的推动下自动打开。假如这一套电控风动的驱动机构出现故障,使得百叶窗不能打开或未能开到位,则改进后的控制回路将使得电

7、阻制动无法投入使用。此时,可通过手动机构打开百叶窗,以使电阻制动投入正常使用。31113高、低压电气柜实施正压通风东风11型机车电气室内设有前转向架牵引电动机通风机、主硅整流柜及主发电机用通风机。它们工作时都从电气室吸风,因而,造成电气室负压,灰尘从外界进入电气室(即使有滤网滤清和不密封的高、低压电气柜内,影响电气元件工作的可靠性。考虑到兰新线风沙大,此次设计对高、低压电气柜实施正压通风,即从前转向架牵引电动机通风机中引出一小部分风,通过正压风道分成两路后,分别从高、低压柜的底部进入高、低压柜,对电气元件进行冷却后,再从高、低压柜上部左、右两侧的排气孔排出。这样,既对电气元件进行了冷却,又使得

8、电气柜内保持正压,外界的灰尘即使进入电气室也难以进入电气柜,从而提高了电气元件工作的可靠性。31114加强车体密封性能和滤清性能¹对已有的侧壁百叶窗滤网进行改进,且增加挡沙框及手柄罩壳;º冷却室下部百叶窗增设滤网;»辅助室空调换气百叶窗增设滤网;¼电气室和辅助室空调换气通风机的进、出风口增设挡板(风沙季节时使用;½采用更加牢固的前窗玻璃。7第8期(总第330期许人华:兰新线东风11型机车的设计改进及试验运用 图3 顶置式电阻制动装置进、出风口装配考虑到风沙大且机车高速运行时,迎风面积大的机车前窗玻璃有可能被风沙打破,设计采用了更加牢固的前窗玻璃

9、,即将中空玻璃的外层玻璃厚度由原设计的5mm 改为8mm 。312 针对海拔高对柴油机功率进行修正 根据运用部门的建议,上半年生产的机车装车功率先按90%的修正系数修正功率,夏季高原性能试验后再作了相应的调整,以便既充分发挥16V280柴油机功率大的优势,又确保柴油机的工作可靠。313 针对温差大采取以下两方面的措施(1针对冬季气温特别低,采取了特殊防寒措施。这与配属在山海关机务段的东风11型特殊防寒机车基本相同,仅作了局部的改进完善。(2针对夏季炎热高温天气,采取以下两项改进措施:¹采用冷却效率较高的新型冷却风扇;º考虑到双流道散热器的结构特点和兰新线温差大的气候特征,为

10、进一步改善东风11型机车高、低温冷却水系统的匹配性能,拟在低温水系统中增设由气动电磁闸阀控制的旁通管路。先在0183、0193号两台机车上进行运用考核。待高、低温匹配性能的改善情况和电磁闸阀的可靠性得到验证后,再全面加装,推广使用。314 针对长大坡道多、限坡大,改变其牵引齿轮传动比东风11型机车最早是为线路较平坦的广深准高速铁路研制的,因而对其速度要求较高,而对其牵引力则要求不高(只要求牵引12节客车。东风11型机车担当线路较为平坦的京沪线、京哈线提速任务后,也较好地满足了提速的需要。但由于兰新线具有1215j 的长大坡道,这对东风11型机车的起动牵引力和持续牵引力都提出了更高的要求。经请示

11、部局同意,将东风11型机车的牵引齿轮传动比,从原来的76P 29改为65P 22,使机车的最大起动牵引力从原来的245kN 提高到277kN 、提高1311%;持续牵引力从原来的160kN 提高到18115kN 、提高1315%,以更好地满足兰新线坡道大对机车大牵引力的需求。4 兰新线东风11型机车的主要技术参数和牵引性能轴重(t23计算整备重量(t138机车标称功率(kW3040柴油机最大运用功率(kW3610机车速度(按动轮直径半磨耗计算,km P h:最大速度15913(*170 最大恒功率速度15913(*160 持续速度5812(*6516机车轮周牵引力(kN: 最大起动牵引力277

12、(*245 持续牵引力18115(*1601注:¹括号内*所表示的数据为改进前牵引齿轮传动比为76P 29时的数据,括号前的数据为改进后牵引齿轮传动比为65P 22时的兰新线东风11型机车数据。º以上数据没考虑功率修正。2机车牵引性能曲线如图4所示。5 东风11型机车高原功率修正试验和线路运行试验511 高原功率修正试验及兰新线东风11型机车的功率修正根据铁道部运输局装备部领导的指示,铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站受戚厂的委托,对配属兰州铁路局嘉峪关机务段的东风11型0123号机车进行了高原功率修正试验。试验于2000年5月23日7月2日间,先后在戚厂(海拔高度3

13、3m和兰州局管内的天水机务段(海拔8内燃机车2001年图4 兰新线东风11型机车牵引曲线高度1084m 、兰州西机务段(海拔高度1537m、乐都车站(海拔高度1978m、西宁机务段(海拔高度2207m 、石崖庄车站(海拔高度2587m、海晏车站(海拔高度3051m、关角车站(海拔高度3650m共七个海拔高度点进行。试验机车先后装用江津增压器厂生产的VTC25413G 型增压器和大连内燃机车研究所生产的ZN310LSA4型增压器。在铁道部运输局装备部领导的直接指导下,在兰州铁路局及有关单位的大力支持下,试验顺利并提前完成。试验主要结论:¹柴油机功率的受限因素为增压器转速。º装

14、用江津厂VTC25413G 型增压器的东风11型机车,柴油机功率不修正所对应的海拔高度分别为203812m (30e 、210314m (27e 、225515m (20e 。建议东风11型机车在2000m 以下运用时,柴油机功率不修正。»装用大连所ZN310LSA4型增压器的东风11型机车,柴油机功率不修正所对应的海拔高度分别为176015m (30e 、182017m (27e 、196114m (20e 。建议东风11型机车在1750m 以下运用时,柴油机功率不修正。由于嘉峪关机务段的运用区间为武威南至嘉峪关,其海拔最高点芨芨威为2217m,因而,需进行功率修正。柳园机务段东风

15、11型机车的运用区间为嘉峪关至哈密,其海拔最高点玉门东为1865m,因而,装用江津厂VTC25413G 型增压器的东风11型机车在这一区间运行时,柴油机功率不需修正;而装用大连所ZN310LSA4型增压器的东风11型机车,则需进行功率修正。乌鲁木齐西机务段东风11型机车的运用区间哈密至乌鲁木齐,由于其海拔均在1760m 以下,因而,不需功率修正。按照传统的修正方法,必须按机车运用区间海拔最高点处柴油机修正后的功率(受海拔高度及环境温度的影响封柴油机功率止档。机车电传动系统在柴油机各档位下的功率基准按海拔最高点处的修正系数线性下调,并进行恒功率调控。这一传统的修正方法虽然简单,但存在以下几个缺点

16、:¹在低海拔区段不能充分发挥柴油机功率;º柴油机各档位下的功率偏离经济油耗线,经济性不好;»由于不能充分发挥柴油机各档位下的功率,必须通过提升档位以补偿功率的不足,从而使柴油机经常处于相对较高的档位下工作,对机车可靠性不利;¼受环境温度的影响,低温时功率不能充分9第8期(总第330期许人华:兰新线东风11型机车的设计改进及试验运用发挥。鉴于传统修正法的上述缺点,戚厂设计处从事机车微机控制的设计师大胆提出了/微机控制的高原功率自动修正法0。其控制原理为:机车在高海拔处运行时,由于空气稀薄,增压器涡轮转速便会增加。只要涡轮转速稍一超过规定值,微机控制系统就自

17、动地进行励磁减弱并减小柴油机喷油量,这就起到了随海拔高度增加而使柴油机功率下降的作用。即当涡轮转速超过规定值时,微机控制系统就按恒涡轮转速控制。这一修正方法除了能克服传统修正方法的上述缺点外,还能充分保护增压器。因而,戚厂立即研制了相应的微机控制软件,并先后在工厂水阻台上进行了模拟试验,在嘉峪关机务段和柳园机务段的东风11型机车进行了自负荷试验和正线牵引试验,结果表明这一控制方法是可行的,可以满足机车运用的需要。因而,在嘉峪关机务段和柳园机务段的东风11型机车上逐步推广使用了/微机控制高原版软件0。512兰新线东风11型机车的线路运行试验在2000年10月21日兰新线大提速前,铁道部及乌鲁木齐

18、铁路局、兰州铁路局对兰新线东风11型机车及所牵引的客车进行了多次提速试验,规模较大的有以下3次:¹2000年4月67日,乌鲁木齐铁路局进行了局管内(乌鲁木齐柳园提速试验。º2000年4月2426日,铁道部在兰新线进行了第二次平推试验。»2000年9月1719日,铁道部在兰线新进行了第三次平推试验。这几次试验都表明,兰新线东风11型机车无论是其牵引性能还是制动性能(包括电阻制动和空气制动都能满足兰新线提速的需要。6兰新线东风11型机车的运用及配属情况兰新线东风11型机车投入运用后,总的运用情况良好,但也暴露出了一些问题,主要表现在以下两点:¹电气室、动力室

19、进灰比较严重;º高、低压电气柜进灰也比较多(主要是面粉状的细灰。对此,戚厂设计部门立即作了进一步的设计改进:¹电气室、动力室的百叶窗窗框改成全密封结构,以防灰尘从窗框与其安装座的不密贴之处侵入;º高、低压电气柜的增压风道所用的滤清元件改成纸质滤清。上述两项改进措施得到试验验证后,已在兰新线所有东风11型机车上实施,目前情况良好。2000年戚厂共为兰新线生产了56台东风11型机车,其中乌鲁木齐西机务段12台、柳园机务段20台、嘉峪关机务段24台。自2000年10月21日兰新线提速至11月30日的一个多月中,56台东风11型机车共出现机破1件(非厂方责任,也非改进部位

20、,每10万km仅01063件;发生临修10件,每10万km0163件,这说明兰新线东风11型机车的设计改进是成功的,东风11型机车的基本质量是可靠的。7结束语兰新线恶劣的自然条件,对东风11型机车提出了新的更高的要求。戚厂在实地考察的基础上,针对兰新线的特点作了相应的设计改进。提速试验和短期的运用考核表明,设计改进是成功的,机车基本质量是可靠的,能满足兰新线提速的需要。戚厂有关部门将努力做好售后服务工作,不断改进和完善设计,确保东风11型机车在兰新线的可靠运用,为兰新线提速和西部大开发作出新贡献。(鸣谢:杨鑫、张纪明、杨小军、刁月华4位同志向本文提供了有关插图,在此表示感谢10内燃机车2001

21、年ABSTRACTS A convenient tool of suburban transportation YAO Lin qiang, ZHAO Shu -dong, LIU Yong -gang, XU Xue -mei ( S ifang Locomotive and Rolling Stock Works, Qingdao 266031, China Abstract: The design scheme of diese- electric multl i ple units exported to Sri Lanka for suburban transportation is

22、 briefly presented. It is believed that this type will be a choice for domestic suburban transportation. Key words: suburban transportation; diese- electric l multiple unit The design improvements, tests and applications of DF11 locomotives on the Lan Xin line XU Ren hua ( Design Department of Qishu

23、yan Locomot ive and Rolling Stock Works, Changzhou 213011, China Abstract: The details of the design improvement of DF 11 locomotives for the Lan- Xin line which features strong storm, high altitudes, large differences in temperature, long and steep slopes and thus brings about special requirements

24、for locomotives are given, with the brief descript ion of the highland performance test, tractive performance test and ap plication of DF11 locomotives. Key words: Lan -Xin line; DF11 locomotive; design improvement; test; application A study of tilting mechanism of body tilting vehicles(2 HUANG Zh-

25、hui i ( Locomotive and Rolling Stock Research Institute of Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China Abstract: The concept, principle and calculation method of the optimum design of hydraulic servo systems of actual vehicles are given. The load of hydraulic cylinders is calculated with th

26、e optimum design theory in detail, defining the size of the hydraulic cylinder and the flow of the servo valve. The passengers. riding comfort and response time of gyroscopes are considered. In addition, the power of hydraulic pumps and the volume of energy storages are also calculated. The method w

27、ill be directly used for design of actual vehicles in the future. Key words: hydraulic servo system; opt imum design; hydraulic cylinder load; gyroscope; energy storage The design lectotype and maintenance parameter determination of driving bearings of DF11 locomotives WEI Chun yang ( Scientific Res

28、earch Institute of Qishuyan Locomotive and Rolling Stock Works, Changzhou 213011, China Abstract: The hollow axle driving system of wheel sets of DF11 locomotives is a new main component developed for speedup of domestic railway passenger traffic. The bearing capacity of the key system component, th

29、e driving bearing, is calculated. It is believed that the bearing chosen can sati sfy the requirements of field application. With the help of the calculation and analyses of field application, the mainte nance method of driving bearings during application is deter mined. Key words: diesel locomotive; Type DF 11 ; driving system; bearing; rated service life; grease ; inspect ion A study of piezoelectric ceramic valves for electronically controlled fuel injection systems of diesel engines HE Wei, XU Bo, ZHANG Zhong jie ( Power Engineering Department of Wuhan Central China University of