CK2S型苏丹液传内燃机车电气系统开发研制

CK2S型苏丹液传内燃机车电气系统开发研制

田红强

中车北京二七机车有限公司研发中心北京100072

摘要：本文介绍了CK2s型苏丹液传内燃机车电气系统的主要配置，阐述了该型机车的电气系统。该系统为适应用户的操作习惯而对操作界面进行了专项设计，联合北京东风机车电器有限公司完成微机控制系统设计，联合中车永济电机有限公司完成辅助供电系统设计，联合Caterpillar公司完成柴油机控制系统设计，并结合二七公司自主开发的液力传动箱的机械特性完成机车动力牵引系统的设计。最终，成功的实现了CK2s型苏丹液传内燃机车电气系统的开发研制。

关键词：CK2s型苏丹液传内燃机车；电气系统；微机控制系统；动力牵引系统；开发研制。

DevelopmentofelectricalsystemforCK2SSultandiesellocomotive

TIANHong-qiang

（BeijingZhongcheLocomotiveCo.，Ltd.，27

ResearchandDevelopmentCenter，Beijing100072，China）

Abstract：Inthispaper，themainconfigurationoftheelectricalsystemoftheCK2stypeSultandiesellocomotiveisintroduced，andtheelectricalsystemofthelocomotiveisexpounded.Inordertoadapttotheuser'soperatinghabits，thesystemhasbeenspeciallydesignedfortheoperationinterface.BeijingDongfengLocomotiveElectricalApplianceCo.，Ltd.hascompletedthedesignofthemicrocomputercontrolsystem.YongjiMotorCo.，Ltd.completedthedesignoftheauxiliarypowersupplysystem.Caterpillarcompanycompletedthedesignofthedieselenginecontrolsystem，combinedwith27Themechanicalcharacteristicofthehydraulictransmissionboxdevelopedbythecompanycompletesthedesignoflocomotivepowertractionsystem.Finally，theelectricalsystemofCK2stypeSultandiesellocomotivewassuccessfullydeveloped.

Keywords：CK2sSultandiesellocomotive，electricalsystem，microcomputercontrolsystem，powertractionsystem，development.

1前言

随着我国铁路动力牵引机车由内燃向电力转型，以及路外内燃机车市场的日益饱和，传统的四大内燃主机厂面临的经营形式日益严峻，各主机厂争相开拓海外市场。亚非拉美等欠发达地区是未来内燃机车的主要消费市场，但该类地区普遍存在自然条件极端，线路状况恶劣，以及人文差异巨大等问题。欲开拓此类地区市场，必须对内燃机车进行深层次的适应性改进。苏丹地处非洲大陆中部，其西部延伸至世界最大沙漠撒哈拉沙漠，东部濒临红海。受地理因素影响，苏丹气候分旱季与雨季，旱季风沙极大而雨季又高温湿热，为显著的热带季风气候。在这种大背景下，我公司与苏丹国家铁路运营商苏丹铁路公司达成协议，试制2台液传内燃机车，用于其西部内陆城市喀土穆（苏丹首都）与东部海港苏丹港之间窄轨铁路区段的客货运输。

2CK2s型苏丹液传内燃机车电气系统概述

CK2s型机车为六轴液力传动内燃机车，为双司机室、双操纵台（立式）、内走廊、车体承载结构。其柴油机采用Caterpillar公司的成熟产品，3508B型八缸电喷柴油机；起动发电机采用中车永济电机有限公司的改进型产品，ZQF408J2型起动发电机；空压机电机采用西安泰富西玛电机有限公司的改进型产品，ZTP-180C2型电机；传动箱采用二七公司自主开发的成熟产品，DH20B型液力传动箱；电气控制系统采用北京东风机车电器有限公司改进型产品，EXP2000型微机控制系统。

机车电气系统主要用以实现柴油机起动、发电、调速、保护、状态显示等功能；实现液力传动箱的换向、换挡、液力制动、保护、状态显示等功能；实现机车的重联操作功能，以及机车超速保护，传动箱油温超高保护，警醒保护等各项功能。

图1CK2s型苏丹液传内燃机车主要电气相关部件布局

3CK2s型苏丹液传内燃机车电气系统

为适应苏丹的热带季风气候，迎合用户现有的操作习惯以及特定技术要求，CK2s型内燃机车电气系统进行了一系列有针对性的研发设计。司机操纵台由传统卧式结构改为立式结构；电器柜采用柜体隔热密封、进气主动过滤与正压排气散热的特殊结构，内部主要接触器、继电器防护等级设计高达IP60；制定微机控制逻辑，智能控制两台空气压缩机工作模式；综合Caterpillar3508B柴油机的功率输出特性以及DH20B传动箱的功率吸收特性，制定不同档位下的微机控制策略。

3.1司机室操纵台

机车控制主令电器主要集中在操纵台上。为适应苏丹用户操作习惯，特对我方传统的操纵台平面布置方案进行颠覆性改造设计，将所有主令电器（脚踏开关除外）置于操纵台的垂直平面上。新型操纵台（DF-E75D型）电器布置方案，可有效减少面板电器上沉积沙尘，更加适应苏丹旱季多细沙的恶劣环境。

图2DF-E75D型操纵台

1—脚踏开关；2—电炉插座；3—空调控制板；4—抽屉；5—阅读灯；6—压力表模块；7—故障报警灯；8—司控器；9—扳键开关；10—微机显示屏；11—重联电话；12—电台；13—多功能仪表模块；14—控制按钮；15—转换开关。

3.2电器柜

DF-E74型电器柜置于司机室与动力室之间，电器柜正面设门，可向司机室内开启，便于司机操作柜体内部电器。电器柜门的右下、左上位置设置具有过滤功能的散热窗，且右下窗内装有正压风扇，能够将冷空气由下部吸入，对柜内电器设备冷却后再由左上通风窗排出。电器柜与动力室接触面采用全密封结构，且柜体表面加装隔热静噪保护层，用以防御外界的风沙以及动力室的高温空气。电器柜内部关键器件，如接触器、继电器等动作器件选用防护等级高达IP60的速动触头。经过特殊设计的电器柜可以适应苏丹防尘、防锈与散热的苛刻环境要求。

图3DF-E74型电器柜

1—隔热静噪保护层；2—左上通风窗；3—接触器速动触头；4—继电器速动触头；5—右下通风窗.

3.3空压机控制逻辑

针对苏丹用户方车辆的制动管路气密性较差的现状，将会导致空压机出现较为频繁的起机、停机，导致空压机润滑油的乳化。另外，当两台空压机同时运行时，电气系统辅助耗电功率将超过起动发电机的装机容量，存在烧损电机的风险。因此，需要将控制逻辑固化在微机控制系统（EXP2000型）内，微机根据压力传感器检测到总风缸压力信号的变化，自动控制两台空压机的工作模式，使制动系统总风压力维持在600kPa～900kPa之间，以期在防止空压机机油乳化、降低辅助耗电功率的前提下，保障用户车辆的安全运行。

空压机自动控制关键逻辑如下：当总风缸压力P＜6bar时，双空压机先后起动并运行；当总风缸压力6bar≤P≤9bar时，单泵工作；当总风压力P＞9bar时，双机均停机；单机工作时执行轮流工作制。

图4空压机控制主要逻辑流程图

3.4柴油机转速控制逻辑

根据用户的操作习惯，将司机控制挡位划分为8个固定挡位。通过分析Caterpillar3508B柴油机在13挡位下的功率输出特性，以及DH20B型传动箱在13挡位下的功率吸收特性，可以模拟全速范围内的“速度—功率”特性曲线。13挡位转速对应的柴油机、传动箱功率特性，见表1。

表113挡位转速对应的柴油机、传动箱功率特性

综合考虑柴油机、传动箱的“速度—功率”特性，以及冷却风扇在柴油机高转速下的消耗辅助功率增加的特性，可以制定转速控制策略：5挡以下按照转速等差200r/min划分，5挡以上按照功率等差150kw划分。由此确定8个挡位对应的柴油机转速，并将控制策略固化入微机，从而使柴油机、传动箱的利用率达到最优。

图5柴油机、传动箱功率特性以及8挡位划分节点

4结束语

CK2s型苏丹液传内燃机车电气系统使用全新的理念设计，使我公司的旧型液传机车在电器结构布局与电气控制原理上取得了巨大进步，改变了我公司液传机车配置简陋、功能局促、操作性差、故障频发的形象，开创了我公司液传内燃机车在高风沙、高温、高湿同期存在的恶劣气象条件下可靠运用的先河。改进设计后的电气系统具有更好的人机界面，更好的操控性，以及更高的运用可靠性，可以适应非洲各地区的极端条件有利于我们开拓更加广泛的海外市场。自2015年交车至今，这两台机车液传内燃机车一直承担着苏丹国铁繁重的运输任务，且运行状态良好，苏丹用户已经不止一次向我公司国贸部表达追加该型机车订单的意向，足以见该机车电气系统开发研制之成功。

参考文献：

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[2]李廉枫.出口非洲机车的运用分析与未来机车开发设想.铁道机车车辆.2010年6月.第30卷第3期80-83.

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