既有直流機(jī)車DF8B/DF11交流化改造的可行性研究

陳志杰

摘 要： 目前，國內(nèi)主要干線的運(yùn)力已多由交流機(jī)車承擔(dān)，傳統(tǒng)直流機(jī)車大多已推出干線舞臺，但DF8B/DF11等經(jīng)典車型，仍在不少支線及路外工況企業(yè)繼續(xù)服役。這些直流機(jī)車多已進(jìn)入大修期，大修期間，若能在車體結(jié)構(gòu)不做重大變動的前提下，對機(jī)車進(jìn)行交流化改造，無疑將延續(xù)這些經(jīng)典車型的服役壽命。本文將通過機(jī)車拓?fù)浞桨竿茖?dǎo)、機(jī)車總體布局方案驗(yàn)證等方式進(jìn)行DF8B/DF11直流機(jī)車交流化改造的研究。

關(guān)鍵詞： 直流機(jī)車;交流機(jī)車;改造;DF8B;DF11

1.交流化改造方案的可行性拓?fù)渫茖?dǎo)

研究既有直流機(jī)車DF8B/DF11的交流改造方案，首先應(yīng)比對傳統(tǒng)直流機(jī)車與現(xiàn)有成熟交流機(jī)車的異同。本節(jié)中，將對兩種機(jī)車拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的異同進(jìn)行說明，繼而推導(dǎo)出可行的改造方案拓?fù)洹?/p>

1.1 DF8B/DF11機(jī)車拓?fù)?/p>

1）主牽引系統(tǒng)：柴油機(jī)帶動主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，主發(fā)輸出的三相交流電經(jīng)主硅整流柜后提供給牽引電機(jī)，通過機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)，可以控制機(jī)車的工況轉(zhuǎn)換，包括牽引、電阻制動以及自負(fù)荷;

2）直流輔助系統(tǒng)：由前變速箱帶動直流啟動發(fā)電機(jī)發(fā)電，向蓄電池、空調(diào)、電爐、控制與照明以及空壓機(jī)供電;

3）機(jī)械式與靜液壓輔助系統(tǒng)：包括主發(fā)與整流柜通風(fēng)機(jī)、前架牽引通風(fēng)機(jī)、后架牽引通風(fēng)機(jī)以及由靜液壓馬達(dá)驅(qū)動的2臺冷卻風(fēng)扇;

4）勵磁系統(tǒng)：由前變速箱帶動勵磁機(jī)，勵磁電流經(jīng)勵磁整流器整流后提供給主發(fā)勵磁繞組;

1.2 SDA3交流機(jī)車拓?fù)?/p>

目前市面上較為成熟的的交流機(jī)車主要有HXN5、HXN5B、SDA3等，考慮車體結(jié)構(gòu)的通用性，在本節(jié)中，將主要以SDA3的拓?fù)浞桨笧橹饕芯繉ο蟆?/p>

1）主牽引系統(tǒng)：柴油機(jī)帶動主發(fā)輸出三相交流電，經(jīng)由牽引變流器變?yōu)榭煽氐娜嘟涣麟娞峁┙o牽引電機(jī);

2）交流輔助系統(tǒng)：有獨(dú)立的輔發(fā)電機(jī)，輔發(fā)電機(jī)通過后變速箱由柴油機(jī)曲軸帶動，輔發(fā)輸出三相交流電，機(jī)車配有5個輔變模塊，其中2個冷卻風(fēng)扇和2個空壓機(jī)由變壓變頻的輔變模塊控制，另有1個定壓定頻模塊為冷卻塔水泵電機(jī)、2個車體通風(fēng)機(jī)以及空調(diào)和生活電源供電;

3）直流輔助系統(tǒng)：在輔變中還配有蓄電池充電機(jī)，其為機(jī)車控制系統(tǒng)、柴油機(jī)啟動電機(jī)、照明等提供電源;

4）勵磁系統(tǒng)：SDA3的主發(fā)勵磁是由微機(jī)完成的，而輔發(fā)勵磁則集成于輔變柜內(nèi);

1.3 直流與交流機(jī)車拓?fù)浞桨笇Ρ?/p>

根據(jù)上兩節(jié)的方案描述可以得到上述機(jī)車的拓?fù)浞桨笇Ρ惹闆r，如表1：

1.4 交流化改造前提

根據(jù)1.3節(jié)的方案對比，在確定可行的交流改造方案之前，應(yīng)先明確幾個大的前提：

1）從成本角度出發(fā)，應(yīng)盡可能采用現(xiàn)有成熟方案進(jìn)行交流改造;

2）所有改造方案應(yīng)保持主體車架不變;

3）直流機(jī)車主發(fā)額定電壓為3AC 540/740V，而交流機(jī)車由于牽引變流器的中間電壓較高（SDA3取DC 1600V），由此要求主發(fā)電機(jī)的額定輸出電壓也必須提高（SDA3為3AC 1270V），所以主發(fā)電機(jī)必須更換;

4）由于DF8B/DF11的柴油機(jī)的最大運(yùn)用功率為3610kW，功率較大，交流化方案的主變冷卻方式應(yīng)選擇水冷。

2.總體布置方案可行性確認(rèn)

2.1交流改造方案總體布局描述

1）由于改造方案的前提是原車架不應(yīng)做大的改動，所以在重新排布各電氣部件時(shí)應(yīng)充分考慮車架與車體結(jié)構(gòu)，在原框架內(nèi)進(jìn)行總體排布考慮。兩端司機(jī)室保持不變;

2）取消前變速箱結(jié)構(gòu)，取而代之，原電氣室及電機(jī)室空間應(yīng)布置主變柜、電器柜、電阻制動柜、制動柜（閥類柜）以及冷卻塔;

3）更換主發(fā)，依照SDA3所用主發(fā)CDJF201N進(jìn)行改進(jìn)型開發(fā)，要求主發(fā)容量應(yīng)提升至3600kVA以上;

4）柴油機(jī)保持不變，且柴油機(jī)在車體的安裝位置不變;

5）調(diào)整后變速箱結(jié)構(gòu)，保留后架牽引通風(fēng)機(jī)，取消靜液壓冷卻風(fēng)扇，改為交流電機(jī)驅(qū)動，增加輔發(fā)電機(jī)以及輔變柜。

具體的改造方案以DF11為例，從前向后改造內(nèi)容如表2：

2.2 交流改造方案可行性論證結(jié)論

從2.1節(jié)的分析描述可以看出，在應(yīng)用成熟交流傳動部件的想法下所進(jìn)行的交流改造方案，除了輔變、機(jī)油濾清器、起動馬達(dá)以及機(jī)油熱交換器等部件的安裝位置的問題外，還可能因?yàn)榍昂蠹軤恳L(fēng)風(fēng)口位置的變化而導(dǎo)致車架結(jié)構(gòu)變化，這樣一來，又與1.3.1節(jié)中提出的“所有改造方案應(yīng)保持主體車架不變”的前提相悖。所以，可以得出初步結(jié)論：在保持主體車架不變，并考慮現(xiàn)有成熟交流方案的前提下，是無法完成DF11/DF8B的交流改造的。

3.結(jié)論

受限于車架結(jié)構(gòu)不做大的變化以及盡可能應(yīng)用現(xiàn)有成熟交流方案的前提條件，想要通過直接更換車上電氣大部件的方式是無法實(shí)現(xiàn)DF11/DF8B的交流化改造的。

雖然主回路交流化改造的方案無法實(shí)現(xiàn)，但是輔助系統(tǒng)的交流化改造方案已經(jīng)有了一定研究，具體的方案在《DF8B內(nèi)燃機(jī)車變頻交流輔助傳動改造設(shè)計(jì)說明書》已有詳細(xì)論述。考慮到這一方案的時(shí)間背景已是十多年前，經(jīng)過十幾年的創(chuàng)新與發(fā)展，現(xiàn)在又有很多新技術(shù)可以應(yīng)用。而這又將是另一個新的課題。