DF7G型机车冷却装置模块化设计.pdf

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1、第 5 期(总 第3 9 9,)内燃机 车 2 O 0 7 年5 月 D F 7 G 型机车冷却装置模块化设计 晏建华，刘美玉 (北京二七机车厂，北京 1 0 0 0 7 2)摘要：介绍了 D F 7 G 型调车机车冷却装置模块化设计，以冷却 室钢结构为基本单元，通过选配冷 却零部件，为该型机 车装 用与不同型号柴 油机 匹配的冷却装置，从 而形成冷却装置模 块化、规 范 化、系列化、标准化。1 引言 关键词：D F 7 G 型；调车机车；冷却装置；模块化；规范化；系列化；标准化 中图分类号：U 2 6 2 2 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 3-1 8 2 0(2 0 o 7)0 5-

2、0 0 2 2-0 3 随着我国经济的高速发展，铁路运输的繁忙亦 更加突显，国内各铁路编组站以及路外的调车机车 作业量在加大，对内燃调车机车的质量要求也越来 越高，除了提高机车各零部件的质量水平外，在拆 检与维修工艺上，能够做到简便、快速维修才是最 佳工艺选择。而达到这一 目的的措施就是让 内燃 机车按照标准化、规范化、模块化的方式形成 系列 化。在 D G 型调车机车以前，已经生产了 D A、D F 7 B、D F 7 c 及 D F 7 D 型调车机车，但没有形成标准化、规范化、模块化，所有这些机车的冷却装置都不能 做到互装、互换，基本是配装配用。这些冷却装置 的差异给制造、组装以及用户维

3、修等造成很大不方 便。模块化思维方式的引进，有助于机车制造工艺 水平的提升。内燃机车的设计、制造实现标准化、规范化、模块化以后，对分散机车总组装工序，使总 组装的若干工序转为前置工序，化零部件为模块，再将各模块变为整组装车的工艺理念，对净化总组 装环境，提高部件组装质量水平都有很大帮助。还 收修 回稿 日期：2 0 0 6-1 1-2 7 作者简介：晏建华(1 9 5 3 一)，男，湖北黄陂人，工程师；刘美玉(1 9 7 6 一)，女，山东即墨人，工程师。为机车各零部件先油漆后组装创造了良好的工艺 基础。2 模块化冷却装置的设计原则 D F 7 c 型调车机车模块化冷却装置作为机车辅 助系统的

4、一个功能型单元，要符合机车总体要求，满足机车装用不 同功率的柴油机，这也是必须保证 的最基本要求。另外，根据机车总体要求，在设计 上考虑采用不同的风扇驱动装置。D G 型调车机车装用的柴油机的功率 已有-1 4 7 0、1 8 4 O、2 2 0 0 k W等，所以，冷却装置除满足各 个型号柴油机不同散热量要求外，还要模块化冷却 装置结构对外接 口相对统一，形成系列化。只有这 样冷却装置钢结构才能做到胎型化。2 1 模块化冷却装置配型 冷却装置是由冷却室钢结构、集流箱、散热器、冷却风扇、风扇驱动装置、顶百叶窗、侧百叶窗及水 管路等组成。由此可见，冷却装置安装的零部件较 多，接口衔接比较复杂。冷

5、却室钢结构作为模块化 冷却装置的基本框架，要有很好的通用性，通过选 装不同的零部件，组合成与不同功率等级柴油机配 套的冷却装置。钢结构设计必须达到标准化、通用 性。2 2 冷却装置配型参数的确定 2 2 1 各型柴油机各部散热量参数(见表 1)维普资讯 http:/ 第5 期(总 第3 9 9 期)晏 建 华等：D l?7 G 型 机 车 冷 却 装 置 模 块 化 设 计 2 3 表 1 各型柴油机各部散热量参数 柴油机型号 1 2 V 2 4 0 Z J 6 E 1 2 V 2 4 0 Z J 6 D 1 2 V 2 4 0 Z J 6 F 2 2 2 各型柴油机各部控制温度参数(见表 2

6、)表 2 各型柴油机各部控制温度参数 2 2 3 根据柴油机各部散热量选定的冷却 系统结 构参数(见表 3)表 3 冷却系统结构参数 3 为不同功率等级柴油机确定冷却装置，配选散热器及冷却风扇 3 1 确定冷却系统空气质量流速 U 及选取传热 系数 式中：l c 为风扇通风量；为冷却室空气漏损系 数，取 =O 9 5；p 为空气密度(4 0 C)，查供暖通风 设计手册取 lD =1 0 9 k g m 3；f A 为散热器有效通风 面积，m 2；z为冷却系统散热器总节数，根据总体结 构确定为 4 0节。将已知参数代人上式求得空气质量流速 U ，根据 U 选取传热系数，结果如表 4 所列。表4

7、各型柴油机对应空气质量流速及传热系数 柴油机型号 1 2 V 2 4 0 Z J 6 E 1 2 V 2 4 0 Z J 6 D 1 2 V 2 4 0 Z J 6 F 3 2 计算高温水 系统散热器节数 3 2 1 确定高温水的温降 At w h Q w h 3 6 0 0 讪 一 O8 5 h w hC 式 中：Q w h 为柴油机高温水散热量，k W；0 8 5为水流 量计算系数；为高温水流量，m 3 h；r w h 为高温水 比重，取 9 6 8 k g m 3；C 为 水 的 比热，取 4 1 8 k J k g。o C。将已知参数代人上式求得各高温水温降 A t w h，结果如表

8、5 所列。表 5 各型柴油机高温水温降 柴油机型号 1 2 V 2 4 0 Z J 6 E 1 2 V 2 4 0 Z J 6 D 1 2 V 2 4 0 Z J 6 F 高温水温降 t 6 3 8 3 8 3 4 8 1 3 2 2 计算所需 高温散 热器散 热面积 F h 及 节数 Zh Q =讪 一 一 Cp,)2 会 F h Fh Qw h u w 十 ，2 芋 C a 0 9 K (4 8 一 )=等 式中：O 9为散热器的污垢 系数；t w h 为高温水允许 最高温度，8 8 C；t 为环境温度，取 4 0 C；为散热 器有效散热面积，m 2；C p,为空气的比热，取 1 0 1

9、3 k J k s o C。将已知参数代入上式求得所需高温散热器散 热面积 F h 及节数 z h，结果如表 6所列。维普资讯 http:/ 内燃机 车 2 0 0 7 焦 表6 各型柴油机所需高温散热器散热面积 及节数 z h 柴油机型号 1 2 V 2 A O Z J 6 E 1 2 V 2 A O Z J 6 D 1 2 V 2 4 0 Z J 6 F 3 3 计算中冷水系统散热器节数 3 3 1 确定 中冷水的温降 f I (Q L+Q 。)3 6 0 0 一 0 8 5 w LC 式 中：Q L 为机油系统散热量，k w；Q 。为柴油机 中 冷水散热量，k W；为中冷水流量，m a

10、h；r w L 为中 冷水 比重，取 9 8 0 k g m 3。将已知参数代入上式求得中冷水温降 f 结 果如表 7 所列。表 7 各型柴油机中冷水温降 L 3 3 2计 算 所 需 中冷散 热 器散 热 面积 FL及 节数 ZL Q L+Q ：札 一 一 1 2 李 n c FL (Q L+Q )1 I 等 U 鲁-C J a 0 9 K (2 2+TA tw L)等 式中：t w L 为中冷器进口允许最高温度，6 2 C。将已知参数代入上式求得所需中冷散热器散 热面积 及节数 Z L，结果如表 8 所列。表 8 各型柴油机所需中冷散热器散热面积 及节数 z I _ 通过表 6及表 8中经

11、计算的 3种型号 柴油机 散热器节数的比较，并考虑安全、安装空间等因素，选配高、低温散热器节数为 1 4：2 6。4 根据计算结果确定模块化冷却装置配型 4 1 冷却装置配型图(见图 1)4 2 冷却装置对应柴油机配型表(见表 9)表 9 冷却装置对应柴油机配型表 注：A、A1 为钢结构，A的底板有 万向轴孔；B为 4 P散热 器；B 1 为 6 P 散热器；C为 1 5 m风扇；C 1为 1 6 m风扇；D为 1 5 m风胴；D 1 为 1 6 m风胴；E为风扇偶合器；E 1 为风扇变极电机；F 为顶百叶窗；G 为侧 百叶窗。图 1 冷却装置配型图【下转第3 1 页】维普资讯 http:/

12、第5 期(总 第3 9 9 期)彭 长 福等：用 于 出 口 的 新系 列窄 轨电 传 动内 燃 机车 探 讨 3 1 南亚、非洲和中南美洲地区用户 目前还保 留着大量 的美 国等 国制造的机车，很多用户的机车都在重联 使用，有的甚至 5台机车重联使用。如果我们提供 给用户的机车不能与用户现有机车重联使用，将给 用户造成很多麻烦，甚至严重影响我们对 目标市场 的占领速度。因此，与用户现有机车具有重联功能 具有重要意 义。建议统一 D C 7 4 V控制 电源，研 究 与用户现有机车实现硬线重联的方案，对机车操纵 的主要项点实现重联。(2)适应当地的不同 自然环境及气候条件 东南亚、非洲和中南美

13、洲地区地域广袤，自然 环境及气候条件各有异同。不同的地方：东南亚和 中南美洲地区潮湿多雨，非洲地 区干旱少雨；东南 亚和中南美洲地区植被丰富，非洲地区沙漠遍布，风沙肆虐。相似 的地方：高温；雨季时 的暴雨。因 此，本系列机车应特别注重对 当地不 同 自然环境及 气候条件的适应性设计。防风沙。防风沙对于非洲地区用户具有重 要意义。电传动内燃机车设备通风量巨大，事实表 明，采用传统的车体 内开放式通风方式无法取得令 人满意的效果。建议各需要通风 的设备采用 独立 通风道的形式，避免从车体 内部 吸风形成负压，使 沙尘在车体内大量存积。容易存积沙尘 的地方，应 在结构上方便排沙、清扫，并设置动力除尘

14、通风机。吸风口尽量高，避免吸人从路基上卷起的沙尘。尤 其要注意重联操作时，非本务车更易吸人本务车卷 起的沙尘。电气柜建议采用正压通风的方式，但其 冷却用风必须进行精细 的过滤。建议使用滚动抱 轴承牵引电机。冷却室散热器用风也应隔离出独 立的风道，防止散热器用风污染冷却室下部空间和 设备。高温适应性。冷却装置建议采用大块板式 散热器，顶置式布置，吹风式冷却，加压冷却系统；冷却能力应能满足环境温度 4 5 c I=、海拔高度 7 0 0 m 的使用条件。电气柜采用正压通风后，能及时带走 电 器元件产生的热量。防雨。排 烟筒建议 采用从两侧排气 的“T”字形结构；各独 立通风道 人 口设 防雨 挡板

15、 和排水 孔；冷却装置下部也应采取防雨措施，保护冷却装 置下部的设备不受雨水侵蚀。4 结语 东南亚、非洲和中南美洲地区窄轨电传动 内燃 机车市场是一个非常有潜力的广阔市场；我 国的内 燃机车制造业经过几十年的发展壮大，已经有能力 在国际市场上大展宏图。今天，在中国铁路跨越式 发展、引进、消化、吸收、再创新的发展战略指导下，我们应利用东南亚、非洲和中南美洲地 区窄轨 电传 动内燃机车升级换代 的时机，抓 住机遇，迅速 占领 市场，让中国造机车大量走 向世界。参考文献：i 孙竹生，鲍维千 内燃机车总体及走行部 M 北京：中国铁 道出版社，1 9 9 5 【上接第 2 4 页】5 确定冷却装置钢结构

16、 钢结构是不同散热功率冷却装置配型的基础 框架。由冷却计算结果分析得 出：采用 1 5 m和 1 6 m风扇所配型的散热器都是 4 0节，这样整个冷 却装置的基本长度尺寸就可确定下来。钢结构除 了有强度要求外，还要有 良好 的安装适应性。根据以上情况确定钢结构的几项基本原则如 下：(1)顶百 叶窗、侧百 叶窗设计成完全通用组件；(2)集流箱安装位置调整成既可以安装 4 P散热器，也可以安装 6 P散热器；(3)统一 1 5 m和 1 6 m风 胴安装法兰及安装顶百叶窗接 口；(4)1 5 m风胴可 安装偶合器，1 6 m风胴可安装变极电机；(5)钢结 构侧百叶窗设计接口标准化。6 结束语 由于冷却室钢结构设计具有 良好 的兼容性，使 得 D G 型机车冷却装置模块具有较宽的适应范围，从而形成系列化、规范化、标准化、模块化，这对提 升整个机车质量有很大帮助。按照配型表组 成不 同散热功率等级的冷却装置，能较好地适应机车总 组装要求。模块化冷却装置减少了繁重的重复设 计，简化、统一的冷却室钢结构，实现了钢结构组焊 胎型化、通用化、标准化，在优化工艺、提高组焊质 量等方面，都取得良好的效果。参考文献：1 戴繁荣内燃机车冷却装置 M 北京：中国铁道出版社，1 9 9 3 维普资讯 http:/