东风8ＤJ（DF8ＤJ）型交流传动青藏线用客货运内燃机车
我国首台装车功率4000Kw（5500马力）,采用国产化交流传动技术和柴油机电子喷射技术DF8BJ型交流传动内燃机车,该车的设计目标、主要结构、性能特点、机车安全评估试验以及运用情况。该机车可同时用于重载5000t 货列和120km/ h 快捷货列牵引。
机车按“重载5000t 、最高速度90km/ h”和“快运货物2000t 、最高速度120km/ h”牵引要求进行设计,车体和走行部按机车最大速度140km/ h 设计(牵引电机按滚动轴承抱轴结构考虑) 。机车轴重按23t 和25t 两种装车方案设计,从23t 到25t 只需在机车两侧腰部加加重压铁。其总体技术水平要达到20 世纪90 年代末世界先进水平。结合内燃机车国产化交流传动系统能力和微机粘着控制水平,机车最大起动牵引力:25t 轴重机车按560kN、23t 轴重机车按520kN 设计(相应的粘着系数为0138 和01385) ;机车持续牵引力按410kN设计。
为确保安全和考虑微机粘着控制水平的进一步发展,主传动系统的主要部件采用冗余设计,如牵引变流器、牵引电动机按机车最大起动牵引力600kN、持续牵引力420kN 设计,牵引齿轮按机车最大起动牵引力620kN、持续牵引力440kN 设计。该机车的研制原计划分两步进行:第一步主要实现机车主传动系统交流化、国产化,即机车主传动系统及牵引发电机、牵引变流器装置、异步牵引电动机、微机控制系统(包括牵引变流器控制和机车防滑空转控制) 、电阻制动装置等主要部件采用国内研制件; 并研制采用电子喷射技术的16V280ZJ G型柴油机,将柴油机装车功率提高到4000kW(考虑到柴油机的研制进度可能跟不上交流传动机车样机的试制进度,原设计评审和项目申报均提5000 马力) ;走行部采用按传统技术设计的三轴转向架。第二步是在机车主传动系统交流化、国产化基础上进一步将辅助传动系统交流化,走行部采用引进美国EMD HTCR 径向转向架技术生产的三轴径向转向架。
机车总体布置
机车分上、下两部分,上部分为车体及安装在其上的设备,下部两端为转向架,中间为燃油箱,燃油箱左、右两侧为蓄电池箱。车体以5 道间壁将其分成6 个室,从前往后依次为Ⅰ司机室、电气室、动力室、冷却室、辅助室、Ⅱ司机室。两个司机室具有完全相同的功能。由机车总体布置图可见,除电气室因装牵引变流系统有较大改变外,机车其余部分的结构与现批量生产的DF8B机车相似。电气室前端为低压电器柜,柜门在司机室内开。柜体立面与Ⅰ司机室隔墙焊固,底部与主车架铁地板焊固,除必要的出气孔和走线管外,全为密封结构。柜内采用正压通风,风源引自前牵引电机通风机。司机室后端墙上对开有两门,打开它可检修和装拆低压电器柜内的所有电器件。门采用特殊的密封结构,使低压电气柜形成的空腔具有良好的隔声功能。电气室中主要安装有牵引变流器柜、起动变速箱、起动发电机、牵引电动机通风机等。另外,在靠动力室的侧墙处布置行车安全装置的控制柜、空调电源柜及空气制动阀柜。牵引变流器采用GTO 大功率开关元件组成的相模块,相模块为水冷式,采用加有防冻液的冷却水进行冷却。冷却水泵和冷却风机均采用直流电机驱动,主整流模块、变流控制用微机控制系统的机箱和冷却水泵机组等均安装在牵引变流器柜中。电气室顶部设计成一个夹层,中间隔墙将其隔成电阻制动间和变流器冷却间,两侧肩均为活动百叶窗。变流器冷却风扇从机车一侧肩部吸气,经通风机、冷却散热器,再从另一端排出车外,在风道进风口处设有防水和滤清装置。电阻制动柜外形及接口尺寸与DF8B型机车的相同,制动电阻柜的通风机从制动电阻分压获取动力。该夹层采用活动结构,以方便下层各机组的吊装,夹层结构采用专门的防雨、隔热结构,即使雨水随吸风进入夹层,也能及时排出。电气室侧墙上除照明窗外,两侧各设有一百叶窗,为提高进入电气间空气的清洁度,在百叶窗进风口上装有整体式机车侧墙过滤网,该过滤网采用特殊处理过的无纺棉作过滤材料,具有通风量大、过滤精度高、拆卸方便、易冲洗、抗震性强、使用寿命长等优点,在风沙地区可确保进入电气间和牵引电机的空气清洁。
机车主传动系统
主传动采用交直交电传动。主电路由双星形绕组交流主发电机、牵引变流器、异步牵引电动机、电阻制动装置等组成。柴油发电机组输出三相交流电,经主硅整流器整流成稳定的中间直流电压,再经牵引变流器变换成电压和频率可调的三相交流电供给异步电动机,实现电动机变频调速,从而控制机车的速度和牵引力。牵引变流器采用架控式、元件为GTO (4500V/3000A) 、水冷式,最高中间直流电压2600V ,中间直流回路设支撑电容和制动电阻,支撑电容用以吸收整流回路输出的交流分量和异步牵引电动机返回的无功能量;制动电阻在机车制动时由微机控制投入,同时制动电阻与GTO 元件串联在中间直流回路还兼作中间直流电压限制器,在机车牵引工况下用以吸收过高的直流电压。机车牵引和制动工况的控制由控制系统控制变流器实现,电动机变频调速采用直接力矩控制方式。机车主电路中不设电空接触器,机车方向的转换由GTO 开关元件实现, 线路得以大大简化。
机车辅助电传动系统
由直流起动发电机通过变速箱带动柴油发电机组起动,起动完成后转为发电工况,发出110V 直流电,为照明、控制、行车安全控制、空调、蓄电池充电、空压机电机等提供电源。起动发电机是在ZOF —412 的基础上改进设计的,主要是将发电功率提高到90kW和扩大运用转速范围,以满足机车辅助用电量增加和柴油机空载转速降为350r/ min的需要。
机车控制系统
机车采用多微机控制系统实现机车的全部控制功能。多微机系统采用分布式控制,由机车控制级、逆变控制级和人机界面级组成,相互之间采用网络连接。变流器—电动机系统采用直接力矩控制。机车控制级采用双机冗余结构。每端各设有两块功能完全一样的大屏幕彩色显示屏,可以同时也可分别显示机车和柴油机的运行状态参数、牵引变流系统的工作参数和系统的故障信息等,并设有人机对话功能。该机车微机控制系统具有机车牵引和电阻制动控制、自负荷控制、轮对防空转和防滑行控制、各系统检测、保护和故障显示等功能,并预留与列车级控制器之间的通讯接口。
机车电阻制动系统
机车设电阻制动,通过控制牵引电机的转速实施电阻制动(牵引电机同步转速小于实际转速) ,而主回路不用任何操作转换。制动电阻设两组,卧式安装,最大功率2 ×2075kW,可满足自负荷试验要求。在电阻制动工况下,机车的轮周制动功率约为3040kW,机车最大制动力约为280kN。电阻制动与空气制动互相联锁。
轨距 1435mm
轴式 C0-C0
轮径 1050mm
整备重量 138+3%t或150%t
通过最小曲线半径 145mm
标称功率 3350kW
机车最大速度 120km/h
最大恒功速度 110km/h
持续速度 28.8km/h
起动牵引力 机车23t轴重时为520kN机车25t轴重时为560kN
持续牵引力 410kN
外形尺寸(长X宽X高) 22300X3304X4736mm
燃油储备量 9000L
机油储备量 1200kg
冷却水储备量 1200kg
砂储备量 800kg
机车全轴距 16.2m
转向架轴距 2X1.8m
柴油机型号 16V280ZJG
柴油机标定功率 4200kW
柴油机装车功率 4000kW
牵引发电机型号 JF220
牵引电动机型号 Jdl20
