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东风6型(DF6)内燃机车

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发表于 2006-11-7 17:26:01 | 显示全部楼层 |阅读模式


    一、简     介
    东风6型机车是以东风4型机车为基础,通过与国外合作,引进国外的先进技术和先进设备开发而成的。它保留了东风。型系列机车的设计优点,应用了大连厂与英国里卡多工程咨询公司合作改进而成的16V240ZJD型柴油机,并采用了1985年铁道部从美国GE公司购买ND5型机车时,以技贸结合方式引进的GE机车电传动装置专有技术,因而使东风6型机车较东风4系列机车在牵引性能、经济性、耐久性和可靠性诸方面有了明显的改善和提高。

    1989年4月5日,东风6型两台样车落成出厂。这两台车由铁道部配属在沈阳铁路局大连机务段进行运用考核试验。

    两台样车投人运用后,立即进行了引进部件的国产化工作。其中,机车柴油机的主要部件,有增压器、喷油泵、喷油器、调整器等;机车电传动装置主要部件,有主发电机、牵引电动机、电阻制动柜和各种功率开关、接触器等;机车控制装置,主要有车载微机、微机电源、微机显示屏和各种信号调制模块、传感器等。此外还有耐高电压、耐高温的特种电线、电缆等材料。

    机车主要技术性能指标达到90年代初国际先进水平:

    (1)机车功率
    16V240ZJD型柴油机在UIC条件下标定功率为3240kW(4400马力),最大运用功率为 2940kW(4000马力),输人主发电机用于牵引的功率平均为2795kW(3800马力)。机车辅助装置消耗功率约为145kW(200马力),约占柴油机输出总功率的5%左右。机车标称功率为2425kW。

    (2)经济性
    按燃油低热值为4200kJ/kg换算,16V240ZJD型柴油机在最大运用功率下的燃油消耗率不大于207g/(kW·h),77%功率和92%转速时的燃油消耗率不大于204g/(kW.h);51%功率和80%转速时的燃油消耗率不大于214g/(kW-h)。在这种前提下,机车的额定轮周油耗率为245g/(kW-h),机车的轮周效率为35%。

    (3)牵引性能
    机车的最大起动牵引力,按牵引电动机允许的最大起动电流计算可达534kN,按机车的粘着重量和牵引计算规程推荐的粘着计算公式计算为435kN,机车的持续牵引力为306kN,机车从持续速度22.2km/h到最大速度118km/h的范围内具有恒功率调节功能。

    (4)粘着性能
    机车装备有微机控制的轮对防空转、防滑行装置。它借助于牵引电动机上安装的速度传感器,通过监测6台牵引电动机的速度差和速率的异常变化,来判断是否发生了车轮空转或车轮滑行倾向,并立即采取措施遏制空转或滑行的发生和发展。车载微机在处理这些问题时是自动的,其速度极快,是以毫秒计算的。还应用了蠕滑控制理论,可以大大提高机车的粘着利用率,从而使机车的全天候粘着系数达到0.24左右。

    (5)耐久可靠性
   机车的柴油机和电传动装置通过与国外合作另1迸先进的设计制造技术,使其关键件的可靠性提高,柴油机的设计大修周期达25000h,电机电器的使用寿命也大大延长。另外,机车的微机设备除了用于控制的功能之外,还被广泛地用来监控机车所有主要部件的运转情况,进行故障诊断、显示和故障及相关参数的记录。这样就可以帮助操作和维修人员及时发现并排除故障,防止事故扩大造而成严重后果。这些综合措施,可以将机车的厂修周期延长到80万走行公里。

    二、设计特点

    1、机车总体布置



    东风6型机车在设计时确定的原则是:充分考虑与东风4型机车产品的系列化、零部件通用化。东风6型机车装用1台16V240ZJD型柴油机,装车功率2940kW(4000马力)。机车轴式为C0-C0,轴重23t,整备重量138t,最高速度118km/h,持续速度22.2km/h,起动牵引力435kN,持续牵引力360kN,电阻制动轮周功率2800kW。采用GE公司的交直流电传动装置,主发电机为 CTA32AI型,6台轴悬式牵引电动机为 GE752ADC1型,无磁场削弱。牵引齿轮齿数比为82/21。燃油储量9000L。

    2、机车动力装置
    东风6型机车的动力装置是16V240ZJD型柴油机,它是由大连厂与英国里卡多技术咨询公司合作,经过对16V2402JB型柴油机进行全面评价,对配套和结构作了改进后研制出来的。

    3、机车电传动
    东风6型机车采用交直流电传动装置,它是应用美国通用电气公司(GE)的内燃机车电传动设备,根据东风6型机车的安装接口需要,进行改型设计而成的。主要包括:

    (1)GTA32AI型牵引发电机
    它是GE公司生产的DASH8系列机车所用的GMG187型牵引发电机的改型产品。其电气结构与GMC187型完全相同,在机械结构上去掉了同轴的三绕组同步交流辅助发电机,输入端按东风。型机车用16V240ZJD型柴油机连接箱和曲轴法兰端弹性联轴节的联接要求设计制造。GTA32AI型电机比ND5型机车的GTA24A2型主发电机容量大,调压比大。在机车整个运用速度范围内,不需以双绕组串并换接的方式即可实现恒功率工作。省去了ND5型机车使用的AS1和AS2两个大的串并联接接触器,也就避免了由此而引起的一系列电气机械故障。

    (2)GE752AFC1型直流牵引电动机
    它是GE752AF系列牵引电动机的一种变型产品。为了保留东风。型机车转向架的良好的动力学性能,该电机的悬挂方式除抱轴部分保留了GE公司电机的原结构之外,电机背面与转向架的连接采用了东风4型机车的传统方式。

   (3)自通风冷却的电阻制动装置
    东风6型机车直接应用了GEDASH8系列机车的自带电动风机的电阻制动柜。电阻制动直接受微机系统控制。电阻制动柜为卧式,横向安装在电气室中电器柜的上方。为了控制施行电阻制动时电阻柜风机工作噪声,电阻柜吸风口开在机车顶盖上的左侧,排风口则在顶棚右侧。为排出雨天从电阻柜吸风口落人的雨水,电阻柜底面专设排水管,可将水引到车架下面排出。

    (4)GTF7080/1250型主整流柜
    该整流柜是按GE电传动设备的配套要求,由大连厂开发研制的。硅元件为2000A、3200V的风冷平板式,6只元件并联,6支路36个元件组成三相桥式整流装置,并配有分立的阻容保护装置。整流柜平面布置,由前转向架牵引电动机通风机吸风冷却。

    (5)微机控制装置
    东风6型机车的控制系统,采用了CPU为80186芯片的微处理机。它负责控制机车的恒功率励磁、轮对防空转防滑行;电阻制动与制动扩展控制及机车各主要机组的机电保护。此外,它还包含了机车履历、故障记录,故障诊断,还配备了微机显示屏。这套微机设备应用了GE公司的硬件,控制逻辑是双方共同设计确定的。

    应用了上述电传动装置后,机车的牵引性能和电阻制动性能有了明显的改善:在柴油机运用功率为2940kW的条件下,机车标称功率可达2435kW,并且在机车运用速度 (从持续速度22.2km/h到最大设计速度 118km/h)范围内实现恒功率牵引。机车持续牵引力为360kN,较东风4B型机车增大11.1%。机车的电阻制动轮周功率可达2800kW,通过三级制动扩展,使机车在10-36km/h的速度范围内仍可获得约260kN制动力。

    4、机车走行部
    东风6型机车的转向架,除了牵引电动机、牵引齿轮、齿轮箱体和车轴轮对外,其他部分均直接使用东风型机车转问架的设计结构。上述部分的改动,是由于使用 GE752AFCI型牵引电动机缘故。

    GE752AFC1型牵引电动机的抱轴轴颈名义尺寸为228.6mm(9英寸),大于东风4型机车的210mm。GE752AFC1型电机的轴伸基径为120mm、也比 ZQDR一410型电机的101.65mm大。它所配用的牵引齿轮为英制 (DP2.792312)25度压力角,齿数比为21:82。从动齿轮直接压装在轴肩上。这些因素要求车轴加粗,结构也有些变化。

    此外,东风6型机车采用了新设计的铰接式安装的制动缸,缸径仍为152.4mm、(6英寸),但制动缸的行程加大,以保证在长大坡道上由于闸瓦过度磨损不经缓解补调闸瓦间隙的情况下,仍能有可靠的制动作用。这项改变也使侧架上制动簧杆穿过的扁孔加长。

    东风6型机车的与轴箱弹簧并装的垂向液压减振器,未采用东风4型机车的传统型式,改用TPJ61型环首橡胶关节横穿锁连接结构。

    5、车    体
    东风6型机车的车体基木结构,继承了东风4型的设计。车体为棚式,两端设司机室,有5道横隔墙将上部结构分为6个隔间。 I司机室后依次为电气室、动力室、冷却室、隔离间和II司机室。车体的外廓尺寸、燃油箱基本形式和安装,大致与东风4型机车相同。

    车体改变设计部分如下:
    压低了司机室高度,司机室地板取消了二层台。加大了前窗玻璃,加宽了侧提窗玻璃,角玻璃改为三角形平玻璃。司机室内除前窗采用贴茶色薄膜(上半部贴)遮阳外,其余皆为茶色钢化玻璃。

    机车底架平面投影为长方形,端梁改直梁,侧梁不向端部缩窄。底架盖板在两司机室之间的部分改成浅U型槽。槽底与车架上平面贴合焊牢,两边与侧墙下部构成宽450mm、高200mm的空间。空间顶面用铝质走廊地板封盖,形成n形槽与车底相通。左边槽用于放置电线电缆,可以防止油、水积存浸蚀电线的绝缘层,右边槽用来安设空气制动系统管路。

    东风6型机车的排障器,改用76钢管弯制。车钩牵引装置采用了全新设计:钩头改用23号上开式车钩;钩尾为圆柱尾销带复原装置,可避免机车施行电阻制动时列车的推力造成机车轮对承受过大的侧压力;车钩尾框和缓冲器是按东风。型机车多机牵引的需要新设计的,外形尺寸可与ND5型机车互换。

    6、机车辅助系统

    (1)油水系统
    东风6型机车的冷却装置结构与东风4C型机车大体相同,共有44个强化的肋片扁管式铜散热器单节。两个系统的冷却能力分配是根据传热计算确定的:高温水系统12个单节,中冷水系统32个单节。为了有效地利用冷却室下部空间,大口径的水管全部设计为从动力室后隔墙上进出冷却装置。静液压系统的热交换器。安装在冷却装置V型夹角的底面上。
    东风6型机车的高温水系统为闭式循环系统,采用高温冷却,加大换热温差,以增加冷却装置的散热能力。
    东风6型机车的机油热交换器与中冷器串联,共用一个冷却水系统——中冷水系统。中冷水系统为开式循环系统,它的温度控制阀安装在本系统散热器的半途连接管上。温度控制元件的工作温度范围为56-64度。它控制着中冷水系统风扇的工况。
    机油热交换器为两个并联的列管式换热器,它的油侧相通,水侧串联。在机油的进口处装有一个滑套温度阀,其感温元件的工作温度范围为74~82度。
    机油滤清器为一级全滤式,滤芯为人造纤维毡深式滤清元件。一台车用4只滤芯。
    东风6型机车的燃油系统与东风4型机车的类似。只是考虑到柴油机运用功率增大的需求,燃油输送泵选用了产量较大的40L/min齿轮泵。

    (2)通风及空气滤清设备
    东风6型机车的通风和空气滤清设备,大致包括柴油机空气滤清器、牵引电动机冷却通风设备和动力室通风机等三大部分。
    东风6型机车的柴油机空气滤清器由两级滤清元件构成。第一级为工程塑料注塑成型的旋风式惯性空气滤清元件。旋风滤清器的集尘腔,有管道连通至柴油机的烟囱,利用增压器涡轮高速排出的废气在烟囱流道段形成的负压将集尘排出。第二级为金属骨架纸质空气滤清元件。
    东风6型机车的牵引电动机通风机,采用了高效率的后倾叶片式离心鼓风机。其中包括两台牵弓引电动机通风机,一台主发电机通风机,以及两台为电机通风空气过滤器排尘使用的小型排尘风机。
    东风6型机车车体通风机的设计和布置,与东风4型机车完全相同,均设在动力室顶棚两侧。用它将柴油机工作时泄漏的燃气排出,以保持动力室内空气清新。

    (3)制动装置
    东风6型机车的制动装置,包括空气制动机、电阻制动装置和手制动装置三部分。
    东风6型机车的空气制动机,仍采用国产的JZ-7型制动机。在制动阀的配置上,根据东风6型机车的需要作了一些变动。机车空气制动机按重联要求配制。当机车重联时,除了通常的列车管连通外,还增加了总风管重联管和制动缸平均管重联管,制动机增设了重联阀。制动机的作用阀改用双膜板阀。当单独制动阀手柄移至最大减压位时,制动缸最高压力由300kPa增大为350kPa。系统中还增设了DBM电阻制动电磁阀、IBS独立制动开关、SPS紧急制动撒砂阀和PCS动力控制开关等。

    (4)辅助传动装置和静液压传动系统
    东风6型机车辅助传动装置的起动变速箱、静液压变速箱、传动轴等均与东风4B型机车大致相同,唯有后传动轴改为万向轴。万向轴的安装角度接近6度,万向节改用滚针十字销。
    东风6型机车的冷却风扇驱动,仍用东风。型机车成熟的静液压驱动系统。它所用的温度控制阀恒温元件型号,按冷却装置设计要求进行了调换。

    三、技术改进

    针对东风6型机车在运用试验中出现的一些质量问题,进行以了以下技术攻关和设计改进。

    (1)在运用考核中发现,装在东风6型机车上的16V240ZJD型柴油机样机的气阀锁夹不耐磨。对此主要从设计尺寸上进行了改讲。
    (2)柴油机中冷器原装用B型机中冷器,在运用考核过程中,发现该中冷器满足不了D型机的要求,管子产生过裂漏现象。为此研制开发了新型中冷器。
    (3)16V240ZJD型柴油机样机在装车运用考核中,曾出现过弹性联轴节簧片联结螺栓断的问题。为此进行了设计改进。
    (4)原设计牵引电动机通风机皮带轮靠调整风机来调整皮带张紧度,振动大,皮带寿命短。后改为风机固定,加装张紧轮i减少了振动。
    (5)东风6型机车上D型柴油机样机原装用整铸球铁活塞,运用一段时间后,活塞内腔顶部产生裂纹。经分析,裂纹从主支撑筋与圆弧内腔形成的过渡凸起处开始。将主支撑筋由直形改成圆弧形,取消了中间加强筋,因而消除了由原直形主筋与圆弧内腔形成的过渡凸起,使内腔成为一个光顺的完整壁面。这不仅消除了局部应力集中,使活塞可承受更大的机构负荷和热负荷,同时还有效地改善了铸造工艺性,使活塞的质量得以充分保证。部级鉴定试验时,根据要求,装用钢顶铝裙活塞。
发表于 2007-6-15 22:40:26 | 显示全部楼层
加个清晰的图,中间的DF6

中间那台就是DF6

中间那台就是DF6
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