大功率内燃机车总体布置及车体结构

1、大功率内燃机车总体布置及车体结构 摘 要：为满足我国铁路运输能力的需要，坚定地按“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总方针，在自主创新的道路上迈出了可惜的步伐。本文介绍了内燃机车的主要性能参数、内部各系统组成，结合机车的性能需要，阐述了当前机车车体的各组成部分的结构特点。关键词：大功率；内燃机车；车体；独立司机室；承载式燃油箱1 前言改革开放以来，我国国民经济保持了快速增长的良好势头，特别是进入新世纪以来，国内生产总值每年以9.5%的幅度递增，经济总量已上升至世界第四位。但与国民经济发展形势以及其他交通方式相比，我国铁路建设和发展严重滞后，运输生产力不适应经济社会发展的矛盾非常突出，

2、铁路货物运输仅能满足社会需求的35%左右，铁路运输能力的严重不足，已成为经济社会又好又快发展的不和谐因素。2004年前后，铁路中长期铁路网规划制定，确定了推进铁路技术装备现代化“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总体方针，明确了铁路技术装备现代化的方向、方法和目标。瞄准世界铁路装备技术制高点，锁定当今国际上最先进、最成熟、最可靠的技术，进行引进消化吸收再创新。用3-5年的时间，实现我国铁路技术装备水平的快速提升、运输能力的快速扩充，以适应经济社会又好又快发展对铁路运输的迫切要求。按照这样的方略，一场波澜壮阔的中国铁路技术装备现代化建设工程全面展开。大功率交流传动内燃机车项目就是在这一

3、前提下诞生的。2 机车总体大功率交流传动内燃机车能够满足我国铁路重载、快捷货物运输的需要。在研制过程中本着“高起点、高标准、造精品车”的目标，大量采用了国内外成熟、可靠的新技术，极大地促进了内燃机车设计水平的提升。机车为双司机室内走廊结构，从前到后依次为：I端司机室、卫生间、电气间、电阻制动间、干净空气间、动力间、冷却间、II端司机室等。机车下部是两个三轴转向架，机车采用与车体一体的整体式油箱。大功率交流传动内燃机车总体效果如图2.1所示：图2.1 大功率交流传动内燃机车总体效果图Figure 2.1 General vision of High Power AC Diesel Locomot

4、ive2.1主要技术指标和参数(1). 限界 符合GB146.1-83(2). 轨距（mm） 1435(3). 机车整备重量（t） 150t3%(4). 轴式 C0-C0(5). 机车额定功率（kW） 4400 kW(6). 轴荷重（t） 253%(7). 电传动方式 交流电传动(8). 起动牵引力 （kN） 620(9). 持续牵引力（kN） 580 (10). 最高速度（km/h） 120(11). 牵引齿轮传动比 85:16(12). 轮径（mm） 1050(13). 电制动方式 电阻制动(14). 电制动功率（kW） 3700100(15). 重联 机车具有三机重联功能(16). 机车

5、车体钢结构 框架式整体承载结构(17). 燃油箱容积（可用燃油量）（L） 90002.2主要设备布置2.2.1 司机室机车的两个司机室几乎是相同的。司机室通过安装在后面的橡胶套和安装在前面的弹簧与减震器使其与车体钢结构隔离开来。这种布置隔离了来自于线路和柴油机两方面产生的噪声，从而使司机室获得一个较低的噪音水平。司机室的实际布置与双司机室的中国干线机车相似，符合铁道部规范化司机室的要求。司机室的设备主要有：机车操纵台、司机室座椅、电取暖器、空调、电冰箱、微波炉、饮水机、灭火器等。在I端司机室正司机侧设置了一个后门，通过该门可以进入卫生间。2.2.2 卫生间卫生间安装在电器间的左侧，通过设置在I

6、端司机室后侧的门很容易进入。卫生间便器采用非直排式，卫生间的污物存储箱设有排污管并可以和外设的管路连接排泄污物。卫生间内设有一个小的排气扇，和便器直接连通，通过管道排到车外，使得卫生间内保持空气新鲜。2.2.3 电气间紧挨着I端司机室的是电气间，电气间里安装有机车电器控制设备。牵引系统的交流相模块安装在电器柜的顶部。电气间采用经过滤清的冷却空气建立正压以保证电气间的清洁。电气间的布置要使技术人员很容易进行故障处理和维护。电器柜还有如下设备：微机、监控设备、无线列调设备、给辅助系统提供74V直流电的APC、提供220V交流电的逆变器、空调逆变器、控制继电器和接触器等。2.2.4 电阻制动间电阻制

7、动装置安装在车体的大盖上，由电阻栅和电机风扇组成。在电阻制动风扇下面还安装有第一转向架牵引电机组的冷却风机、主发电机通风机和空气制动支架等。2.2.5 干净空气间一个小的干净的空气间安装在电阻制动间的后面。这个进气间包含柴油机进气滤清器、电器设备通风机、惯性滤清器排尘风机和牵引发电机的端部。安装在进气口的旋风惯性滤清器对柴油机的进气和冷却电器柜电器设备的空气进行初级滤清。2.2.6 动力间动力间主要安装有柴油机和主发电机，柴油机功率4660kW，重量25.2t，通过四个安装座刚性的连接到车体底架上平面。牵引发电机重量6t，通过两个安装座刚性的连接到车体底架上平面。柴油机和牵引发电机安装见图2.

8、2所示。图2.2 柴油机和牵引发电机安装图Figure 2.2 Mounting of Engine & Generator2.2.7 冷却间冷却间安装有中冷和柴油机高温水散热器和冷却风扇，冷却风扇安装在散热器的下面。另外，还有些柴油机的辅助系统如机油滤清器，机油热交换器和燃油滤清器也安装在散热器和冷却风扇的下面。在润滑油滤清器旁边安装有一个工具箱。另外，用于冷却第二转向架电机组的牵引电机通风机也安装在冷却间内。两个空气压缩机和一个小辅助空压机安装在冷却风扇的下面。2.2.8 车下设备车下设备主要有两个转向架，轴式是C0-C0，轴重为25吨，构架采用焊接式结构，整个转向架直接安装在了机车底架下

9、面。每个转向架上配置了三个交流牵引电动机。2.3本章结论本章对大功率交流传动内燃机车中关键的技术参数和指标，以及机车内主要设备的布置进行了详细的描述，这对我们在以后车体钢结构设计过程中，起到了指导性的作用。3 车体钢结构及主要技术参数大功率交流传动内燃机车车体采用桁架式整体油箱承载结构，车体强度应能承受2670kN的纵向压缩载荷。整个车体由司机室、底架、侧墙、大盖、隔墙和活动顶盖组成，车体总体结构如图3.1所示。图3.1 车体总体结构图Figure 4.1 general structure of carbody3.1 司机室大功率交流传动内燃机车司机室采用独立司机室结构，司机室钢结构由前脸、

10、侧墙、后墙、顶盖和地板焊接成整体结构，通过隔离减振装置安装到车体底架上。隔离减振装置主要由两个橡胶关节减振器、两个弹簧、两个阻尼器和两个横向连杆组成。采用独立司机室结构将大大减轻司机室的振动，提高司机的操作舒适性。独立司机室结构见图3.2所示。图3.2 司机室隔离减振图Figure 3.2The cab isolation两个橡胶关节减振器：它安装在司机室后部下方。减振器水平横向放置。较低的扭转刚度使司机室及隔振系统有较低的“点头”模态的频率。两个弹簧：它垂直放置于司机室前端的两角，弹簧主要用于控制“点头”模态的频率。 两个阻尼器：它与弹簧肩并肩平行放置，它用于减少或消除由转动轴隔振系统引起的

11、低频振动的振幅增大。这种低频振动主要由机车轨道的不平引起。两个横向连杆：它安装在司机室的前端。连杆两端可自由转动，但横向刚度非常大。横向连杆的安装使司机室前部可以在垂向与纵向上可以与机车底架有相对运动，但在横向却受制约，从而控制司机室前端的左右转的振动模态。司机室隔振的目的：显著减少司机室的噪声，使司机室能够满足噪声要求；减轻由轮轨引起的司机室振动；显著减轻柴油机引起的高频振动。3.2 底架结构3.2.1 底架结构概述车体底架作为整个车体的承载基础，它不但承受车体本身的质量和车内所有设备的质量，同时还传递牵引力和制动力以及复杂的动应力，因此底架必须具有足够的强度和一定的刚度。大功率交流传动内燃

12、机车用于牵引高速重载货运列车，柴油机功率大，柴油机重量也大。因此要求车体既要满足强度和刚度还要最大化的减轻重量。根据这一要求底架采用整体承载式燃油箱结构。大功率交流传动内燃机车车体底架由三段组成，即前后端部和中间燃油箱。其结构如图3.3所示。 图3.3 底架结构图Figure 3.3 structure of underframe3.2.2 底架前后端部底架前后端部结构基本相同，由于机车上部设备不同而存在细微差别。仅以底架前端部为例进行介绍，底架前端部包括防撞装置、牵引梁、侧梁、牵引拉杆座、二系弹簧支撑结构和中间梁。防撞装置用于在机车受到非常规的碰撞时吸收能量保护司乘人员的安全。牵引梁直接传递

13、机车的纵向牵引力、制动力及纵向冲击载荷，其下部结构为车钩箱，用于安装车钩及缓冲装置。侧梁和中间梁用于传递机车纵向载荷和承受机车上部设备载荷。牵引拉杆座用于传递转向架的牵引力和制动力。底架端部结构如图3.4所示。 图3.4 底架端部结构图Figure 3.4 structure of underframe end 底架中间燃油箱底架中间燃油箱采用网状结构，将底架前后端部联接成整体，承受上部柴油发电机组的重量和盛放柴油机燃料。燃油箱结构如图3.5所示。图3.5 燃油箱结构图Figure 3.5 structure of fuel tank3.3侧墙侧墙采用桁架式结构。考虑强度及制造因素,立柱及横梁

14、的截面以及作为主要受力部件的上弦梁截面为封闭箱型梁，且形状根据结构的特点而确定。侧墙蒙皮采用波纹板结构，大大提高了车体纵向强度和垂向刚度。侧墙结构如图3.6所示。图3.6 侧墙结构图Figure 3.6 structure of side wall3.4车体大盖装置车体大盖装置下部与侧墙相联，上部安装有机车顶部设备和活动顶盖。由三部分组成，从前到后依次为电阻制动电气室大盖、动力室大盖和冷却室大盖。车体大盖结构如图3.7所示。图3.7 大盖结构图Figure 3.7 structure of roof3.5车体活动顶盖车顶部有三个可拆卸的活动顶盖，从前到后依次为电气室顶盖、惯性滤清室顶盖和动力室顶盖。车体顶盖用于车体的密封，保护车内设备不受风