李云龍 項東波 馬智榮

(1.中車大連機(jī)車車輛有限公司技術(shù)開發(fā)部 遼寧 大連 116021；2.青藏鐵路公司機(jī)務(wù)部 青海 西寧 810007)

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HXN3型高原內(nèi)燃機(jī)車的研制

李云龍1項東波2馬智榮2

(1.中車大連機(jī)車車輛有限公司技術(shù)開發(fā)部 遼寧 大連 116021；2.青藏鐵路公司機(jī)務(wù)部 青海 西寧 810007)

針對青藏鐵路的特殊地理環(huán)境及運用條件，初步搭建了交流傳動內(nèi)燃機(jī)車技術(shù)平臺,進(jìn)行高原內(nèi)燃機(jī)車的開發(fā)研制、樣車生產(chǎn)，并最終通過了高原適用性試驗，滿足了青藏鐵路公司的運用要求。

HXN3型高原機(jī)車；青藏鐵路；技術(shù)平臺；高原試驗

1 青藏鐵路的基本狀況

青藏鐵路是世界上海拔最高、運營里程最長的高原凍土鐵路，是溝通西藏、青海與內(nèi)地聯(lián)系的大通道，為西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展提供有力的支撐。青藏鐵路的格—拉段(格爾木至拉薩)全長1 142 km，其中位于海拔4 000 m以上的線路有965 km。晝夜溫差達(dá)40 ℃,常年有風(fēng)沙雨雪，并有較長的雷電區(qū)段，空氣稀薄，含氧量為平原地區(qū)的50%，還有較強(qiáng)的紫外線照射。鐵路最大坡道為20‰，最低海拔2 800 m，最高海拔5 072 m，還要經(jīng)過世界海拔最高的風(fēng)火山隧道，世界最長的昆侖山隧道和條件惡劣的羊八井隧道。鐵路為單線運行，沿線基本無人管理。青藏鐵路的延伸線拉—日段(拉薩至日喀則)全長253 km，橋梁、隧道占全程的60%以上，其中最長隧道長達(dá)10.4 km。

2 技術(shù)平臺的搭建

隨著中國鐵路跨躍式發(fā)展戰(zhàn)略的提出，高速、重載機(jī)車車輛的研制是中國鐵路機(jī)車車輛今后發(fā)展的目標(biāo)和方向。通過和諧機(jī)車的技術(shù)引進(jìn)，中車大連機(jī)車車輛有限公司(以下簡稱大連公司)基本掌握了大功率電噴柴油機(jī)的制造、交流傳動和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的運用技術(shù)，具備了交流傳動機(jī)車整車系統(tǒng)集成創(chuàng)新能力。新型機(jī)車的牽引性能、制動性能、耐久性、可靠性和人性化水平大幅提高，柴油機(jī)的燃油消耗和排放大幅降低，縮小了與國際先進(jìn)技術(shù)的差距，使我國內(nèi)燃機(jī)車技術(shù)站在了新的起點上，初步具備了設(shè)計和制造世界最先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)車的能力。

通過不斷消化吸收引進(jìn)技術(shù)和再創(chuàng)新，大連公司目前已初步搭建了交流傳動內(nèi)燃機(jī)車技術(shù)平臺。在該技術(shù)平臺上可以自主創(chuàng)新，開發(fā)出功率在3 000 kW～4 600 kW，軸重在23～32 t，滿足干線牽引、重載運輸、快捷貨運、支線小運轉(zhuǎn)等多種需要的內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品。以交流化、系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化為核心，開發(fā)出國產(chǎn)化率82%以上、完全達(dá)到國際知名企業(yè)的同等技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的新型機(jī)車。

HXN3型機(jī)車就是搭建交流傳動內(nèi)燃機(jī)車技術(shù)平臺的基礎(chǔ)，是目前國內(nèi)技術(shù)水平最高，牽引功率最大的交流傳動內(nèi)燃機(jī)車之一，目前已經(jīng)成為沈陽鐵路局的主力車型。該機(jī)車投入運用后，大大提升了鐵路貨物運輸?shù)哪芰Γ軌虺掷m(xù)不斷地支撐我國大功率交流傳動內(nèi)燃機(jī)車相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

3 研發(fā)思路

高原機(jī)車的開發(fā)要基于成熟的和諧型機(jī)車的技術(shù)平臺，充分考慮高原地區(qū)特定的環(huán)境和運用維護(hù)條件，按照可靠性、安全性和人性化優(yōu)先的原則進(jìn)行開發(fā)。以青藏鐵路機(jī)車為代表的高原機(jī)車的開發(fā)采用近、遠(yuǎn)期方案相結(jié)合的思路。近期方案主要是在現(xiàn)有的HXN3型機(jī)車基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改造，爭取小批量機(jī)車在短時間內(nèi)投入運用，充分研究目前和諧型機(jī)車在高原的適應(yīng)能力和運用情況。遠(yuǎn)期方案是根據(jù)近期機(jī)車的使用情況和積累的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗，為青藏鐵路量身打造一款適用的機(jī)車。

4 總體方案

總體方案設(shè)計是在原HXN3型機(jī)車主結(jié)構(gòu)和主參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，針對高原地區(qū)的特點進(jìn)行適應(yīng)性的改進(jìn)，以保證機(jī)車滿足青藏線的運用要求。機(jī)車主傳動采用交-直-交傳動，柴油機(jī)裝車功率為3 300 kW[1]，最大啟動牽引力為620 kN，持續(xù)牽引力為598 kN，持續(xù)速度為16 km/h，最高運用速度為120 km/h。

機(jī)車為雙司機(jī)室、內(nèi)走廊、整體承載、整體式燃油箱結(jié)構(gòu)。雙司機(jī)室分為操縱端和非操縱端司機(jī)室，操縱端司機(jī)室內(nèi)有操縱臺、座椅、電暖氣、空調(diào)、熱水壺及制氧系統(tǒng)等設(shè)施；電氣間為模塊化整體式電氣柜，強(qiáng)迫正壓通風(fēng)，左側(cè)裝有整體干式衛(wèi)生間；電阻制動間內(nèi)有電阻制動、I架通風(fēng)機(jī)、主發(fā)電機(jī)通風(fēng)機(jī)及空氣制動柜；空氣濾清間有慣性濾清器、玻璃纖維濾清器、除塵-電氣柜通風(fēng)機(jī)；動力間設(shè)有16V265H型柴油機(jī)、主發(fā)電機(jī)及膨脹水箱；冷卻間設(shè)有頂置式散熱器、冷卻風(fēng)扇、II架通風(fēng)機(jī)、2臺空壓機(jī)及油水管路；非操縱端司機(jī)室為司機(jī)休息生活區(qū)，內(nèi)有休息床、空調(diào)、微波爐等生活設(shè)施。每臺機(jī)車為單司機(jī)室操縱，雙側(cè)貫通內(nèi)走廊，2臺機(jī)車重聯(lián)使用，2臺機(jī)車可通過非操縱端司機(jī)室實現(xiàn)互通，如圖1所示。

圖1 機(jī)車總圖

圖2 非操縱端司機(jī)室效果圖

該機(jī)車采用16V265H型柴油機(jī)，排放等級為Tier 0，增壓器降功轉(zhuǎn)速設(shè)定為28 500 r/min，停機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為29 500 r/min。車體底架和主要結(jié)構(gòu)不變,前端(操縱端)司機(jī)室基本不變，采用防紫外線玻璃[2]，制氧機(jī)放置于電氣柜中，供前端司機(jī)使用。后端(非操縱端)司機(jī)室改為生活區(qū)，并安裝中門，內(nèi)部安裝了休息床、空調(diào)、冰箱、微波爐、電暖氣等生活設(shè)施及制氧系統(tǒng)，并進(jìn)行隔音降噪處理(見圖2)。電氣系統(tǒng)保持交流傳動和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及部件基本不變。對機(jī)車的電線電纜布局進(jìn)行了優(yōu)化。安裝了CMD和6A系統(tǒng)，各電機(jī)部件增加防電暈處理。制動系統(tǒng)沿用CCBII制動系統(tǒng)，供風(fēng)系統(tǒng)采用HXN3型機(jī)車的2臺螺桿式空壓機(jī)，每臺排風(fēng)量為2 400 L/min，機(jī)車增加雙管供風(fēng)裝置。對冷卻系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行加強(qiáng)改進(jìn)，增加1組冷卻風(fēng)扇及逆變器，驅(qū)動方式為變頻驅(qū)動，各種通風(fēng)機(jī)進(jìn)行增加風(fēng)量改進(jìn)。針對高原地區(qū)雷電頻繁的情況，增加了接地裝置。

5 高原適用性試驗

2臺HXN3型高原內(nèi)燃機(jī)車于2014年7月13日抵達(dá)青藏鐵路公司格爾木機(jī)務(wù)段后，順利完成了格爾木至拉薩、拉薩至日喀則的往返牽引試驗，完成了高海拔地區(qū)的冷卻能力、油耗、排放及制動的高原適用性試驗(見圖3)。

圖3 HXN3型高原內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行適用性試驗

通過試驗得出了以下結(jié)論：在青藏鐵路格—拉段、拉—日段，被試機(jī)車雙機(jī)重聯(lián)牽引約2 600 t，按預(yù)定的運行方案完成了全程牽引運行試驗，安全順利地通過了試驗區(qū)間的全部隧道。柴油機(jī)功率試驗以及牽引運行試驗表明，在2 800～5 100 m間的海拔高度，被試機(jī)車柴油機(jī)功率隨著海拔高度的變化進(jìn)行自動修正，在海拔高度約2 800～4 250 m，柴油機(jī)功率維持在額定功率3 300 kW左右；在海拔高度約4 250～5 067 m，柴油機(jī)功率隨著海拔高度的升高逐步下降；在海拔高度約4 950 m時，柴油機(jī)功率降至3 000 kW，在唐古拉站(海拔5 067 m)，柴油機(jī)功率下降到約2 950 kW。在整個機(jī)車靜置試驗及牽引運行試驗過程中，柴油機(jī)的水溫、油溫、渦輪前排氣溫度等參數(shù)均正常；制動和絕緣試驗也都符合試驗大綱要求。2014年8月16日，拉薩至日喀則線路正式開通運營，2臺樣車擔(dān)當(dāng)了客運牽引任務(wù)。

6 小結(jié)

HXN3型高原內(nèi)燃機(jī)車的成功研制填補(bǔ)了國內(nèi)高原型交流傳動內(nèi)燃機(jī)車的技術(shù)空白，完全滿足了西部鐵路對客、貨運內(nèi)燃機(jī)車的需求。其優(yōu)異的牽引和制動性能，具有牽引噸位大、速度快的特點，有效緩解了鐵路客運運輸緊張的瓶頸局面。

[1] 李海燕.青藏鐵路牽引動力功率等級的計算與分析[J].中國鐵道科學(xué)，2001，22(6)：17-20.

[2] 劉葉第.青藏鐵路機(jī)車司機(jī)的紫外線輻射防護(hù)[J].內(nèi)燃機(jī)車，2004(3)：12-14.□

(編輯：繆 媚)

征訂啟事

《軌道交通裝備與技術(shù)》是由中國中車集團(tuán)主管的科技類雜志，以鐵路機(jī)車車輛和城市軌道交通新技術(shù)、新裝備為主要報道內(nèi)容，向全路設(shè)計人員和城市軌道交通相關(guān)人員介紹國內(nèi)外新技術(shù)、新工藝、新材料和相關(guān)簡訊，及時報道各制造工廠、路局、段、所及地鐵公司的各種實踐經(jīng)驗，是中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計刊源，中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫收錄期刊，中國期刊全文數(shù)據(jù)庫收錄期刊，萬方數(shù)據(jù)——數(shù)字化期刊群入網(wǎng)期刊以及《超星期刊域出版系統(tǒng)》全文收錄期刊，在鐵路運輸、城市軌道交通及其他相關(guān)行業(yè)有著重要影響。

主要欄目有：技術(shù)裝備、地鐵輕軌、現(xiàn)場經(jīng)驗、計算機(jī)應(yīng)用、技術(shù)講座和國外科技等。國內(nèi)統(tǒng)一刊號為CN 32—1836/U，國際標(biāo)準(zhǔn)刊號為ISSN 2095—5251，采用國際A4開本，逢單月15日出版，全國公開發(fā)行，訂閱代號28-168，全年定價30元。2017年征訂工作已經(jīng)開始，請及時到當(dāng)?shù)剜]局訂閱。

Development of HXN3high altitude diesel locomotive

LI Yunlong; XIANG Dongbo;MA Zhirong

In consideration of the special geographical and operating conditions of Qinghai-Tibet Railway, a technology platform for AC drive diesel locomotive was set up for the development of high altitude diesel locomotive and sample production. The prototype locomotive passed high altitude suitability test and can satisfy the operational requirements of Qinghai-Tibet Railway Co.

HXN3high altitude locomotive; Qinghai-Tibet Railway; technology platform; high altitude test

2095-5251(2016)06-0001-03

2016-03-30

李云龍(1978-)，男，本科學(xué)歷，高級工程師，從事機(jī)車設(shè)計工作。

U262.9+1

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