伍賽特
(上海汽車集團(tuán)股份有限公司,上海200438)
鐵路運(yùn)輸有著運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)輸速度快、受氣候影響小[1]、運(yùn)輸成本低等一系列優(yōu)勢(shì),在國(guó)內(nèi)各類現(xiàn)代運(yùn)輸方式中占有舉足輕重的地位,可謂國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈。要實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸,提供牽引動(dòng)力的機(jī)車車輛可謂重中之重,機(jī)車車輛依照動(dòng)力來源類型可分為電力機(jī)車與熱力機(jī)車,采用柴油機(jī)作為動(dòng)力來源的熱力機(jī)車即內(nèi)燃機(jī)車[2]。
建國(guó)初期,考慮到鐵路電氣化基建成本問題,仍率先發(fā)展熱力機(jī)車,熱力機(jī)車中又優(yōu)先發(fā)展蒸汽機(jī)車。20世紀(jì)末期,隨著蒸汽機(jī)車逐漸退出歷史舞臺(tái)[3],內(nèi)燃機(jī)車成為熱力機(jī)車中的主流機(jī)型。內(nèi)燃機(jī)車相比蒸汽機(jī)車,熱效率更高,功率更大,可以少用水,并且便于整機(jī)聯(lián)控,駕駛員工作條件也較好,一時(shí)間內(nèi)燃牽引成為了國(guó)內(nèi)鐵路運(yùn)輸?shù)闹髁姟?/p>
相比于蒸汽機(jī)車,內(nèi)燃機(jī)車的主要優(yōu)勢(shì)為:
(1)速度快、啟動(dòng)迅速;
(2)功率較大,牽引性能較好;
(3)整機(jī)效率較高,可充分利用燃料的熱能;
(4)適合缺水地區(qū)使用;
(5)駕駛室視野開闊,便于司機(jī)駕駛操作。
我國(guó)鐵路行業(yè)從1958年開始試制內(nèi)燃機(jī)車,并于1964年開始成批生產(chǎn)東風(fēng)型直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。當(dāng)時(shí)機(jī)車試制起點(diǎn)并不高,是出于對(duì)當(dāng)時(shí)試制生產(chǎn)條件的考慮。為了及時(shí)趕上國(guó)際內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)展,于20世紀(jì)60年代后期又開始試制在當(dāng)時(shí)具備先進(jìn)技術(shù)水平的東風(fēng)4型交—直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車以及北京型液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。經(jīng)過數(shù)年研發(fā),東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車已投入成批生產(chǎn),并且技術(shù)趨于成熟、性能日漸提升。就性能而言,當(dāng)時(shí)的東風(fēng)4型交—直流電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車已達(dá)到了一定的技術(shù)水準(zhǔn)。
隨著后來60系列、DASH8等新型內(nèi)燃機(jī)車的出現(xiàn),國(guó)際上內(nèi)燃機(jī)車的技術(shù)水平又得以繼續(xù)發(fā)展,使得東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)逐漸又被追平。于20世紀(jì)80年代中期引入國(guó)外先進(jìn)技術(shù),對(duì)東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行技術(shù)改造,尤其是其使用的16V240ZJB型柴油機(jī),對(duì)其曲軸、連桿、氣缸套、增壓器、調(diào)速器及噴油器在內(nèi)的諸多部件均進(jìn)行了改進(jìn),在此基礎(chǔ)上制成了16V240ZJD型柴油機(jī),其性能得以改善,可靠性提升,經(jīng)濟(jì)性也有所提高。改進(jìn)后,東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車的技術(shù)水平有了顯著提升,其經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性得到改善。
日以繼夜,經(jīng)過長(zhǎng)期不懈的努力,國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車的性能、品質(zhì)等有了較大改善。后續(xù)又先后引進(jìn)了諸多品牌的國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車,其中運(yùn)用效果最好、最為成功的機(jī)車就是美國(guó)的ND5型(C36-7型)內(nèi)燃機(jī)車。該情況也表明,重載中速的美國(guó)內(nèi)燃機(jī)車比輕載高速的西歐內(nèi)燃機(jī)車更適合我國(guó)國(guó)情。
自新世紀(jì)以來,按照“引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)、打造中國(guó)品牌”的總體方針[4],通過與阿爾斯通、西門子以及川崎重工等國(guó)際高速列車生產(chǎn)商通力合作,成功引進(jìn)了大功率內(nèi)燃機(jī)車技術(shù),并通過“消化、吸收與再創(chuàng)新”,建立了具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的鐵路運(yùn)輸技術(shù)體系,實(shí)現(xiàn)了機(jī)車車輛的技術(shù)跨越,形成了我國(guó)鐵路新的車輛產(chǎn)業(yè)群。
自21世紀(jì)以來,我國(guó)已大力推進(jìn)對(duì)電氣化鐵路的建設(shè)。近年來,在貨運(yùn)領(lǐng)域,電力機(jī)車已逐漸替代內(nèi)燃機(jī)車成為主流牽引動(dòng)力。而在客運(yùn)領(lǐng)域,各類新型電力動(dòng)車組如同雨后春筍般層出不窮,大大提升了旅客出行的便捷性、舒適性與高效性。短短十余年間,國(guó)內(nèi)鐵路運(yùn)輸牽引動(dòng)力的霸主位置已三易其主,就目前國(guó)內(nèi)的鐵路運(yùn)輸情況而言,電力牽引可謂如日中天,盛極一時(shí)。
電力機(jī)車相比內(nèi)燃機(jī)車,在動(dòng)力性方面的優(yōu)勢(shì)更為顯著。由于柴油機(jī)受到機(jī)車內(nèi)部空間尺寸制約,所輸出的功率遠(yuǎn)比電力機(jī)車從接觸網(wǎng)直接獲得的電力功率小,因此在進(jìn)行爬坡、過長(zhǎng)大隧道以及高原地區(qū)運(yùn)行時(shí)采用電力牽引更為高效。
盡管動(dòng)力性方面相對(duì)薄弱,但內(nèi)燃機(jī)車自身也具備一定的優(yōu)勢(shì)。不同于電力機(jī)車,內(nèi)燃機(jī)車是一類攜帶燃料的自給式機(jī)車,在運(yùn)輸過程中無需架設(shè)接觸網(wǎng),降低了基建成本,同時(shí)受自然災(zāi)害及戰(zhàn)爭(zhēng)破壞等不可抗力因素的影響也較小,可用于戰(zhàn)后或?yàn)?zāi)害后的救援。
不僅如此,內(nèi)燃機(jī)車在未實(shí)現(xiàn)電氣化的支線鐵路或高原地區(qū)也可承擔(dān)起主力牽引任務(wù)。在進(jìn)行常規(guī)調(diào)車任務(wù)時(shí),同樣也需使用內(nèi)燃機(jī)車。目前采用其他新能源動(dòng)力裝置的新型自給式機(jī)車(如燃料電池機(jī)車)仍處于研發(fā)狀態(tài)中,尚未得到推廣。因此,內(nèi)燃機(jī)車目前依然有著較高的不可替代性,在相應(yīng)使用條件下仍具備較好的應(yīng)用前景。
為滿足客運(yùn)快速以及貨運(yùn)重載的運(yùn)輸發(fā)展趨勢(shì),要求機(jī)車柴油機(jī)的功率不斷提升。柴油機(jī)可采用燃油電子噴射系統(tǒng)及高增壓技術(shù),并有效控制燃油消耗率,同時(shí)降低有害物排放[5]。亦可采用球鐵鑄造機(jī)體以及全纖維鍛造曲軸等新結(jié)構(gòu)、新工藝,以提升零部件的可靠性。
新世紀(jì)以來,國(guó)外先進(jìn)貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車大多采用徑向轉(zhuǎn)向架。該類轉(zhuǎn)向架設(shè)法解除了輪對(duì)搖頭約束,使輪對(duì)在進(jìn)入曲線時(shí)趨于曲線半徑方向,處于所要求的徑向位置,使車輪相對(duì)于軌道的沖角減小[6],從而大幅降低了輪軌磨損及機(jī)車牽引功率的消耗,改善了機(jī)車通過曲線時(shí)的黏著性能,顯著提升了機(jī)車通過曲線時(shí)的速度與牽引能力。
近年來,國(guó)外新型內(nèi)燃機(jī)車均已采用微機(jī)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)的應(yīng)用提升了機(jī)車及柴油機(jī)工作的經(jīng)濟(jì)性與可靠性,也提升了機(jī)車狀態(tài)顯示與故障診斷的自動(dòng)化程度。不僅可顯示機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)及各類性能參數(shù),保證機(jī)車的安全運(yùn)行;也可進(jìn)行維修診斷,對(duì)機(jī)車各類裝備技術(shù)進(jìn)行評(píng)估,以此識(shí)別故障,為機(jī)車維修提供必要的依據(jù)與指示。
交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車為采用三相交流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車,目前采用的牽引電機(jī)均為異步牽引電機(jī),異步牽引電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、質(zhì)量輕[7]、可靠性高、維修量少、機(jī)械特性硬等優(yōu)勢(shì)。
交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的優(yōu)勢(shì)主要概括為以下幾點(diǎn):(1)質(zhì)量輕、簧下質(zhì)量??;
(2)可實(shí)現(xiàn)更大的牽引功率;
(3)黏著利用更好,可實(shí)現(xiàn)更好的牽引、制動(dòng)性能;
(4)采用先進(jìn)的控制與檢測(cè)技術(shù);
(5)機(jī)車效率高、磨耗小。
相比于當(dāng)前占據(jù)主流市場(chǎng)的電力機(jī)車,內(nèi)燃機(jī)車仍有其不可取代的優(yōu)勢(shì),因此目前尚未退出歷史舞臺(tái),仍是鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的重要力量,仍需不斷學(xué)習(xí)并掌握世界領(lǐng)先的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn),百尺竿頭,更進(jìn)一步!