使用進口柴油機的內(nèi)燃機車項目柴油發(fā)電機組設(shè)計流程及設(shè)計要點

王淑琴

（常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213011）

近年來，大量出口機車項目使用了進口的柴油機，在機車設(shè)計中，柴油機組主要負(fù)責(zé)柴油發(fā)電機組的有關(guān)設(shè)計。由于柴油機為整體外購，設(shè)計工作與傳統(tǒng)機車項目差異較大，工作過程中通常是少量的設(shè)計人員完成大量數(shù)據(jù)信息的對接，涉及除了轉(zhuǎn)向架外的所有設(shè)計業(yè)務(wù)組。

同時，有關(guān)機車項目的柴油發(fā)電機組設(shè)計負(fù)責(zé)人，不斷變動，與之相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗、教訓(xùn)和工作流程等重要設(shè)計信息沒有形成知識積累，嚴(yán)重影響了機車項目的工作效率。

本文對既往使用外購柴油機的機車項目柴油機組設(shè)計工作進行梳理，結(jié)合具體項目案例，詳細(xì)介紹外購柴油機機車項目各個階段的主要工作內(nèi)容及柴油機組設(shè)計師的主要任務(wù)，設(shè)計輸入和輸出信息，重要文件如技術(shù)協(xié)議、業(yè)務(wù)聯(lián)系書的編寫、編制注意事項及柴油發(fā)電機組設(shè)計中注意事項等，可以有效提高設(shè)計效率，減少重復(fù)錯誤。

1 進口柴油機內(nèi)燃機車柴油發(fā)電機組設(shè)計工作基本流程

1.1 投標(biāo)階段

①招標(biāo)文件技術(shù)要求識別；②柴油機初步選型；③招標(biāo)文件逐條響應(yīng)；④投標(biāo)技術(shù)文件（柴油機部分）編寫。

1.2 方案設(shè)計階段

①發(fā)電機組方案設(shè)計；②柴油機技術(shù)協(xié)議編寫；③方案設(shè)計業(yè)務(wù)聯(lián)系書編寫；④方案設(shè)計評審材料準(zhǔn)備及評審意見響應(yīng)。

1.3 技術(shù)設(shè)計，施工設(shè)計階段

①發(fā)電機組的詳細(xì)設(shè)計；②物料編碼申請；③技術(shù)設(shè)計業(yè)務(wù)聯(lián)系書編寫；④輔助系統(tǒng)設(shè)計校核；⑤柴油機維保材料整理；⑥柴油發(fā)電機組零部件清單。

1.4 機車制造階段

①柴油機進廠檢查；②首臺發(fā)電機組拼裝；③首臺發(fā)電機組落車；④柴油機油水氣管路連接；⑤物料協(xié)調(diào)；⑥其他業(yè)務(wù)組工作協(xié)調(diào)。

1.5 機車試驗階段

①輔助系統(tǒng)檢查；②柴油機靜態(tài)最終產(chǎn)品調(diào)試測試試驗（End Product Questionnaire Test）；③其他用戶要求的試驗項點；④現(xiàn)場試驗。

2 進口柴油機內(nèi)燃機車柴油發(fā)電機組設(shè)計工作要點

2.1 投標(biāo)階段

2.1.1 招標(biāo)文件要求識別

在前期的投標(biāo)過程中，依據(jù)用戶發(fā)布的機車技術(shù)要求識別用戶對柴油機的主要技術(shù)要求。

在這一階段工作中，主要需識別出柴油機基本參數(shù)需求包括重量、功率、排放等級及驗收方式（如有）。

（1）用戶環(huán)境條件。識別用戶的環(huán)境要求，包括溫度范圍、海拔范圍及特殊氣候條件等。

（2）柴油機重量。總體組將依據(jù)機車的軸重、工作條件及其他系統(tǒng)的重量綜合框定柴油發(fā)電機組的重量，再根據(jù)電傳動組評估的發(fā)電機重量反推柴油機重量范圍，需和總體組確認(rèn)彈性空間。除了柴油機本身重量外，柴油機對配套系統(tǒng)的要求也會帶來額外的重量，如CAT柴油機通常需要配備公共底架、彈性聯(lián)軸節(jié)和雙支撐電機，上述配置意味著15%以上的附加重量。

（3）柴油機功率。招標(biāo)文件中通常不會直接提出柴油機功率，而是提出機車牽引能力及速度要求，因此需在其他組協(xié)助下利用牽引計算和輔助功率計算反推柴油機基本功率要求。因此需要與電傳動組明確，其提出的功率是否考慮功率波動，因為在機車的牽引控制中（特別是電恒功控制），電功率控制通常允許出現(xiàn)3%～5%的功率波動（GB/T 2820—2009《往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組》、可查招標(biāo)文件中是否有對電機控制精度等級G1、G2、G3之類的要求），若波動功率超出柴油機名義功率上限，功率波將導(dǎo)致柴油機“碰止檔”（即柴油機的最大噴油量無法維持柴油機轉(zhuǎn)速，柴油機轉(zhuǎn)速將被壓低引起牽引功率降低）。個別情況下，招標(biāo)技術(shù)文件中會籠統(tǒng)地提出機車功率，按照美國機車習(xí)慣，內(nèi)燃機車功率等同于機車柴油機的裝車功率，而按照中國機車習(xí)慣，內(nèi)燃機車功率代表機車的牽引功率，不同的定義方法可引起10%左右的柴油機功率需求。因此需要求總體組明確，避免選配功率過大或過小的柴油機從而導(dǎo)致柴油機采購成本過高或機車牽引力不足。

（4）柴油機排放及驗收方式。目前國際項目中主要參考排放法規(guī)為EPA和UIC（EU），其中EPA為機車排放法規(guī)，UIC（EU）為柴油機排放法規(guī)。前者需在機車完成試制和調(diào)試后進行機車排放測試，因此在機車通過排放驗收試驗前，我方和柴油機供應(yīng)商都只能給出承諾；后者可向柴油機供應(yīng)商索要柴油機排放證書或有效的測試報告，直接作為投標(biāo)文件附件。當(dāng)排放要求高于EUIIIB和EPA Tier IV后，柴油機可能需要使用后處理系統(tǒng)，需識別用戶是否接受后處理。在技術(shù)要求識別過程中，檢查有無關(guān)于排放驗收的條款，特別是對于單獨要求滿足EPA排放的機車。如有涉及在機車上進行的排放驗收試驗，應(yīng)督促輔助系統(tǒng)設(shè)計師盡可能滿足柴油機提出的油水氣接口溫度、壓力及流量等要求。若沒有相關(guān)要求則盡量不主動提及。

（5）工作液體確認(rèn)。部分標(biāo)書中會明確用戶現(xiàn)有的燃油，機油和冷卻水規(guī)格，或是提出自己傾向于使用的上述液體的參數(shù)、品牌及型號。

（6）噪聲要求。機車的總體噪聲要求通常由總體組進行識別、分解，最終給出柴油發(fā)電機組的噪聲要求，結(jié)合柴油機的實際噪聲特性，確定是否需要使用消音器及消音器的消聲量。

2.1.2 柴油機初步選型

若用戶在招標(biāo)文件中明確要求使用某型號柴油機（即用戶點裝），則可忽略該步驟。

柴油機初步選型的主要依據(jù)是柴油機的重量，外形尺寸和功率范圍。在初步框定若干型號柴油機后，重點收集所選柴油機型號的熱平衡參數(shù)、通信協(xié)議和安裝形式等信息，以支撐系統(tǒng)組、電傳動組和車體組開展設(shè)計工作。

在前期識別的功率、排放要求基礎(chǔ)上，依據(jù)招標(biāo)文件上的環(huán)境條件和供應(yīng)商提供的柴油機功率修正信息，校核柴油機在極限環(huán)境條件下，能否滿足機車牽引需求。若柴油機因極限條件降功而無法滿足牽引需求，首先與總體設(shè)計師溝通，評估該牽引狀態(tài)的發(fā)生頻次，隨后討論處理方法，一般有以下幾種情況。

（1）討論柴油機的功率修正方法能否調(diào)整，滿足牽引需求。這一調(diào)整可能會引起柴油機維保周期的變動，具體情況主要看發(fā)生頻次。

（2）調(diào)整柴油機型號規(guī)格，主要需校核新型號柴油機的排放、重量和價格。

（3）聯(lián)系用戶，澄清調(diào)整牽引需求。

2.1.3 投標(biāo)方案及招標(biāo)文件逐條響應(yīng)階段

在柴油機的技術(shù)文件中，識別其對輔助系統(tǒng)的技術(shù)要求包括：空氣流量、燃油進回油流量、壓力和熱平衡參數(shù)等信息用于支撐輔助系統(tǒng)的投標(biāo)方案；識別柴油機電氣控制方面需求，如通信協(xié)議，供電要求，可用的啟動方式，柴油機電氣設(shè)備接線原理圖、外形圖等，用于支撐電傳動組投標(biāo)方案。

認(rèn)真閱讀招標(biāo)文件，逐條識別其中對柴油機的詳細(xì)技術(shù)要求，或者需要提供的技術(shù)資料，在柴油機供應(yīng)商提供的技術(shù)資料中逐一識別不滿足項和缺失項。聯(lián)系供應(yīng)商確認(rèn)能否調(diào)整不滿足項并提供缺失項資料，形成最終的逐條響應(yīng)清單。

需要注意，在逐條響應(yīng)過程中，國外技術(shù)人員通常響應(yīng)速度較慢，因此中方柴油機銷售人員通常敢于給出比制造方更大膽的承諾。為明確技術(shù)責(zé)任，相關(guān)承諾須銷售方負(fù)責(zé)人以郵件形式發(fā)送作為存檔和支撐資料。

2.1.4 投標(biāo)技術(shù)文件編寫

編寫投標(biāo)文件中的柴油機部分，該部分文件編寫有以下要點：

（1）介紹柴油機主要結(jié)構(gòu)特點，排放性能（宜附證書），主要優(yōu)點，歷史業(yè)績等信息，附帶外形圖片。

（2）圍繞逐條響應(yīng)清單詳細(xì)介紹柴油機的技術(shù)信息，如柴油機缸數(shù)、燃油消耗和機油消等信息，盡可能將用戶關(guān)切的技術(shù)信息體現(xiàn)在投標(biāo)技術(shù)文件中。

（3）對于無法滿足用戶要求的技術(shù)信息，請總體組進行權(quán)衡決策（并留存溝通、決策痕跡）。

2.2 技術(shù)設(shè)計及施工設(shè)計階段

2.2.1 發(fā)電機組的詳細(xì)設(shè)計

（1）柴油機與主發(fā)電機連接設(shè)計。

嚴(yán)格依照柴油機圖紙和電傳動業(yè)聯(lián)為依據(jù)，確認(rèn)以下尺寸。

柴油機飛輪，飛輪殼尺寸，如螺栓孔分布、螺紋規(guī)格（國標(biāo)、美標(biāo)、粗牙、細(xì)牙）和止口尺寸；柴油機飛輪與飛輪殼相對位置；主發(fā)定子，轉(zhuǎn)子尺寸，如螺栓孔分布、螺紋規(guī)格（國標(biāo)、美標(biāo)、粗牙、細(xì)牙）、止口尺寸；主發(fā)定子與轉(zhuǎn)子的相對位置。

首先確定連接箱的軸向長度（或柴油機飛輪殼法蘭面與主發(fā)電機定子法蘭面的距離），長度的確定首先應(yīng)確保主發(fā)電機和柴油機不發(fā)生干涉，其次應(yīng)滿足主發(fā)電機的通風(fēng)需求（強制通風(fēng)的主發(fā)電機連接箱需設(shè)計有通風(fēng)口）。在滿足上述要求的前提下，連接箱長度應(yīng)盡可能短。

連接箱軸向長度確定后，通過尺寸鏈計算確定柴油機飛輪與電機轉(zhuǎn)子的距離范圍。由于柴油機和發(fā)電機均存在裝配誤差和加工誤差，同時發(fā)動機完成拼裝后需保證連接后發(fā)電機組軸系的整體竄動量滿足設(shè)計要求，連接法蘭的軸向長度尺寸需比尺寸鏈計算的最小可用尺寸再短1~3 mm，以便于通過調(diào)整墊片調(diào)節(jié)軸向尺寸。調(diào)整墊片有2類，一類為環(huán)裝鋼板，依據(jù)實測零件尺寸配磨厚度；另一類為固定厚度型材加工，具有多種厚度規(guī)格（如0.2、0.5、1 mm等），可自行設(shè)計或要求柴油機供應(yīng)商提供（列入散供件清單）。

柴油機制造商會提供的技術(shù)資料中一般會包含有墊片厚度的計算公式，執(zhí)行方法應(yīng)在圖紙技術(shù)要求中寫明。

（2）排氣管路設(shè)計。施工設(shè)計階段，核實、檢查方案設(shè)計階段提出的彈性結(jié)構(gòu)、補償手段、防雨結(jié)構(gòu)、車頂密封結(jié)構(gòu)和車體密封結(jié)構(gòu)防熱等設(shè)計要點是否在設(shè)計圖紙上體現(xiàn)。

（3）發(fā)電機組安裝設(shè)計。柴油發(fā)電機組安裝于車體上平面，一般情況下，柴油機彈性支撐不會直接通過螺直接安裝在車體上平面上，而是安裝于焊接在車體上平面的支撐座或支撐座板上。支撐座或支撐座板需要配套的上下調(diào)整墊片，下調(diào)整墊片用于在支撐座或支撐座板焊接前調(diào)整車體上平面的整體平面度，上調(diào)整墊片用于調(diào)整彈性支撐的壓縮量（如柴油機使用高度可調(diào)的彈性支撐，則可省略上調(diào)整墊片）。支撐座板焊接時，須注意切勿燙壞彈性支撐。

2.2.2 輔助系統(tǒng)設(shè)計校核

柴油機冷卻系統(tǒng)，進排氣系統(tǒng)設(shè)計，安裝、拼裝結(jié)構(gòu)完成后，需提交柴油機供應(yīng)商進行審核，不同供應(yīng)商有不同的關(guān)注細(xì)節(jié)，應(yīng)積極溝通。對于審核中存在的不滿足項或有爭議的技術(shù)項點，需雙方積極溝通，形成共識以避免出問題時互相推諉。最終溝通成果應(yīng)當(dāng)以郵件或會議紀(jì)要形式簽字留存。

2.2.3柴油機維保材料整理

向供應(yīng)商索要柴油機維保計劃，柴油機零件手冊，柴油機維保作業(yè)指南。

維保計劃為表格式清單，規(guī)定不同的運用時間進行何種維保工作，標(biāo)注的工作周期應(yīng)與前期商務(wù)洽談的成果一致。需要注意的是，柴油機維保計劃通常以工作小時數(shù)計算，而機車的維保通常以年計算，個別情況還會以機車運用里程計算，因此需與總體組明確換算方法。

柴油機零件手冊用于查閱柴油機上某一零件的廠家編號，用戶可通過該手冊在向廠家訂購特定零件。有些柴油機廠家不提供零件手冊，其柴油機零件的更換、訂購等工作均由當(dāng)?shù)丶夹g(shù)人員完成。

柴油機維保作業(yè)指南用于指導(dǎo)用戶或現(xiàn)場人員進行常規(guī)的維保作業(yè)，如一般性檢查，更換耗材等。

2.2.4 柴油發(fā)電機組零部件清單

對照裝配圖，制作三維爆炸圖，將爆炸圖輸出為CAD圖紙，按照順時針或逆時針順序標(biāo)注零件序號。

2.3 機車制造階段

2.3.1 柴油機進廠檢查

柴油機運抵工廠后，一般應(yīng)有采購與供應(yīng)商對接，進行發(fā)貨內(nèi)容的清點，設(shè)計人員須注意向供應(yīng)商索要柴油機的出廠試驗報告，校核柴油機的出廠試驗數(shù)據(jù)。與采購或柴油機銷售人員溝通，了解散發(fā)件有無清點。

2.3.2 首臺發(fā)電機組拼裝

首臺發(fā)電機組拼裝時，設(shè)計師應(yīng)到場提供技術(shù)支持，條件允許還應(yīng)有柴油機廠家技術(shù)人員到場，觀察現(xiàn)場作業(yè)中有無不符合圖紙要求的項點，如吊繩方向、吊點數(shù)量，緊固件力矩、配件油漆狀態(tài)（加工面被油漆），壓鐵位置是否會造成柴油機損傷等。

關(guān)注工人師傅反饋，有無施工困難、零件缺失、編碼錯誤或散件安裝方式不清楚等問題。收到問題反饋后，盡快給現(xiàn)場提供指導(dǎo)并完成圖紙、技術(shù)文件更改。

2.3.3 首臺發(fā)電機組落車

注意事項與發(fā)電機組拼裝大致相同。需注意柴油發(fā)電機組支撐座和支撐座板的焊接工藝不會燙傷彈性支撐。

2.3.4 柴油機油水氣電管線連接

對于現(xiàn)場安裝有困難或不清楚安裝方法的柴油機散供件、零配件進行答疑和解釋，檢查業(yè)聯(lián)中提出的測點位置有無傳感器接頭等。

2.3.5 其他業(yè)務(wù)組工作協(xié)調(diào)

其他業(yè)務(wù)組涉及柴油機的相關(guān)技術(shù)支持。

2.4 機車試驗階段

機車試驗階段中，設(shè)計柴油機的試驗主要由廠家進行，工作要點在于盡早與柴油機廠家明確試驗計劃和試驗流程，方便生產(chǎn)單位安排試驗。

柴油機EPQ試驗的核心是檢驗機車設(shè)計是否滿足柴油機的關(guān)鍵性技術(shù)要求，對于柴油機設(shè)計師則是校核其他業(yè)務(wù)組的設(shè)計制造有無滿足業(yè)聯(lián)中的要求。

需要注意，柴油機EPQ試驗中的熱平衡試驗中需要拆裝柴油機自帶的溫控閥（又稱截溫器，英文為Thermostat），更換節(jié)流孔板，拆裝和更換的過程均需要放掉柴油機冷卻水；如果冷卻水中含有價格較高的添加劑，那么放掉的水需注意回收，不可隨意丟棄，因此需要在計劃中明確指出，便于統(tǒng)籌安排。

各項試驗完成后，注意索要測試報告。

3 機車后續(xù)技術(shù)服務(wù)

主要處理機車運用中發(fā)生的故障，處理過程中，積極與現(xiàn)場人員溝通，掌握柴油機、機車的第一手現(xiàn)象、狀態(tài)信息，緊扣技術(shù)協(xié)議與柴油機廠家溝通。

4 結(jié)論

從上述內(nèi)容中不難發(fā)現(xiàn)，使用口柴油機的內(nèi)燃機車項目柴油發(fā)電機組設(shè)計工作與一般的設(shè)計工作有較大的區(qū)別，柴發(fā)組的設(shè)計工作重點集中于前期，在于對用戶需求的識別，對柴油機技術(shù)要求的理解、轉(zhuǎn)化和傳遞。

另一方面，以上內(nèi)容是完整、全流程的設(shè)計過程，實際項目中，不同階段的工作（如技術(shù)設(shè)計和方案設(shè)計）可能合并，有些工作可能被跳過（如投標(biāo)過程），需要設(shè)計人員積極、主動溝通，靈活調(diào)整。