李廉楓

(南車資陽(yáng)機(jī)車有限公司技術(shù)中心,四川資陽(yáng)641301)

隨著發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,運(yùn)量將大幅增加,鐵路裝備的需求量也隨之大幅增加,美國(guó)GE和EMD、德國(guó)西門(mén)子、法國(guó)阿爾斯通、加拿大龐巴迪等世界知名公司利用已搭建完善的機(jī)車技術(shù)和產(chǎn)品平臺(tái)大力開(kāi)發(fā)國(guó)際市場(chǎng),其產(chǎn)品以先進(jìn)、可靠的優(yōu)勢(shì)贏得世界各國(guó)青睞。

近年來(lái),我國(guó)鐵路實(shí)行快速發(fā)展戰(zhàn)略,通過(guò)自主創(chuàng)新,機(jī)車的設(shè)計(jì)水平和制造質(zhì)量有了極大提高,同時(shí),各機(jī)車制造公司積極開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng),大量出口自主開(kāi)發(fā)的新型機(jī)車,積累了出口非洲、亞洲、拉美等國(guó)家機(jī)車開(kāi)發(fā)的大量經(jīng)驗(yàn),以較低的價(jià)格、高的性價(jià)比、最短的交貨期以及良好的售后服務(wù)贏得廣大發(fā)展中國(guó)家鐵路用戶的青睞,內(nèi)燃、電力機(jī)車等軌道裝備紛紛出口到亞洲、非洲、拉美等國(guó)家。

1 主要出口機(jī)車

非洲市場(chǎng)是重點(diǎn)開(kāi)拓的市場(chǎng)之一,已有5種型號(hào)50余臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車在非洲鐵路上運(yùn)用,除了CKD8C型內(nèi)燃機(jī)車不能滿足納米比亞鐵路運(yùn)用外,其余4種車型均很好的滿足用戶要求,其中,SDD1和SDD1A型內(nèi)燃機(jī)車已經(jīng)成為蘇丹鐵路的主型機(jī)車,成為未來(lái)蘇丹鐵路采購(gòu)內(nèi)燃機(jī)車的首選產(chǎn)品,資陽(yáng)公司也成為蘇丹鐵路機(jī)車用戶合作伙伴。資陽(yáng)公司已出口非洲機(jī)車的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 已出口非洲機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)

2 出口機(jī)車運(yùn)用分析

2.1 機(jī)車運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)出口蘇丹機(jī)車的質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,按照發(fā)生故障的部件統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2,按照故障來(lái)源情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。由于原始資料的收集不詳細(xì)完整,統(tǒng)計(jì)結(jié)果并不能全面反映部件發(fā)生故障的絕對(duì)數(shù)值,也不能進(jìn)行諸如零部件可靠性和壽命等內(nèi)容更深入的分析,但可以大體地反映影響機(jī)車整體性能和可靠性的因素,為今后提高機(jī)車可靠性奠定一定的基礎(chǔ)。

2.2 機(jī)車運(yùn)用故障原因分析

從表2、表3中可以看出,外購(gòu)件故障是影響機(jī)車整體性能的重要原因,約占44%,外購(gòu)件故障主要有以下兩方面的原因:

表2 部件故障統(tǒng)計(jì)

表3 故障來(lái)源統(tǒng)計(jì)

(1)產(chǎn)品不能完全滿足特定的運(yùn)用環(huán)境(高溫、風(fēng)沙、線路差等)和使用要求;

(2)本身質(zhì)量問(wèn)題。

從表2、表3中可以看出,與設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)等環(huán)節(jié)有關(guān)的故障約占36%,其主要原因有以下3方面:①設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)不能滿足特定的運(yùn)用環(huán)境和使用要求。②制造質(zhì)量不高,僅螺紋連接造成的故障占總故障次數(shù)的10℅。③廠內(nèi)試驗(yàn)不充分,質(zhì)量控制不科學(xué)。

為此,應(yīng)提高機(jī)車開(kāi)發(fā)水平,嚴(yán)格控制各零部件質(zhì)量,提高機(jī)車整體性能和可靠性。

3 未來(lái)機(jī)車開(kāi)發(fā)的設(shè)想

3.1 非洲鐵路基本特點(diǎn)

(1)自然環(huán)境普遍惡劣,既有熱帶沙漠氣候,也有熱帶雨林氣候,氣溫高,最熱季節(jié)氣溫可達(dá)50℃,風(fēng)沙大。

(2)鐵路狀況極差,路基差、路軌差,機(jī)車設(shè)計(jì)的動(dòng)載荷系數(shù)在0.7以上。

(3)鐵路運(yùn)營(yíng)均采用輪乘制,司機(jī)沒(méi)有處理突發(fā)事件的能力和責(zé)任,技術(shù)人員的維修能力和水平較低。

(4)非洲各國(guó)主要以內(nèi)燃牽引為主。

(5)機(jī)車軸重在13.5 t～18 t之間,功率在1 500～2 000 kW之間,隨著新型線路的修建,未來(lái)軸重可能達(dá)到21 t,功率3 000 kW左右。

3.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

非洲各國(guó)或地區(qū)鐵路的內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)用條件存在著一定差異,如果針對(duì)每個(gè)鐵路用戶的運(yùn)用條件來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)車,固然能夠保證技術(shù)上的運(yùn)用性能,但是明顯存在著不經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量得不到保證的風(fēng)險(xiǎn)。內(nèi)燃機(jī)車的設(shè)計(jì)思想就是在避免發(fā)生上述風(fēng)險(xiǎn)的前提下,盡可能滿足各個(gè)用戶的不同需求,為此應(yīng)采用以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:

(1)采用模塊化設(shè)計(jì)理念;

(2)采用先進(jìn)、成熟可靠的零部件;

(3)機(jī)車平均無(wú)故障間隔時(shí)間更長(zhǎng),并且維修方便;

(4)經(jīng)濟(jì)合理的壽命周期成本。

3.3 設(shè)計(jì)思想與關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 交直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的完善與升級(jí)

內(nèi)燃機(jī)車交直流傳動(dòng)技術(shù)在我國(guó)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)用已經(jīng)非常成熟,特別是和諧號(hào)機(jī)車的發(fā)展,一些交流傳動(dòng)機(jī)車的配套技術(shù)和裝置隨后也將被移植到交直流傳動(dòng)機(jī)車上,從而使得交直流傳動(dòng)機(jī)車更加完善,目前,交直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車主要有以下3個(gè)特點(diǎn):

(1)交直流傳動(dòng)技術(shù)成熟、部件可靠

從以上機(jī)車運(yùn)用分析結(jié)果也可以看出,機(jī)車的交直流傳動(dòng)系統(tǒng)各部件是相當(dāng)可靠的,在蘇丹惡劣的環(huán)境下運(yùn)用已近5年,還未出現(xiàn)由機(jī)車交直流系統(tǒng)部件直接引起的故障,采用滾動(dòng)抱軸承結(jié)構(gòu)的交直流牽引系統(tǒng)除了牽引電機(jī)定期更換碳刷之外,相比交流牽引不需要其他額外的維護(hù)。

(2)價(jià)格優(yōu)勢(shì)

即使隨著交流傳動(dòng)技術(shù)快速發(fā)展,兩種型式內(nèi)燃機(jī)車的差價(jià)在進(jìn)一步縮小,交直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車價(jià)格約為交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車價(jià)格的70%,在價(jià)格指標(biāo)方面還有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。

(3)特定的運(yùn)用條件限制了交流傳動(dòng)機(jī)車性能的發(fā)揮

目前,非洲大部分鐵路較落后,軸重低,且牽引噸位不高,運(yùn)行速度不高于60 km/h,交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車并不能很好地發(fā)揮應(yīng)有的優(yōu)勢(shì),交直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車完全能夠滿足非洲國(guó)家鐵路運(yùn)用的需要。

根據(jù)目前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看,在未來(lái)10年左右的時(shí)間內(nèi),直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車在非洲還有很大的需求市場(chǎng)。因此,很有必要以現(xiàn)有出口內(nèi)燃機(jī)車為原型,積極深入用戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和分析,并進(jìn)行系統(tǒng)性的整改、簡(jiǎn)化、優(yōu)化、完善等工作,以期達(dá)到以下目標(biāo):

(1)機(jī)車更符合用戶的使用要求;

(2)提高機(jī)車整體可靠性;

(3)操作更簡(jiǎn)單,維護(hù)量更少;

(4)降低制造成本和售后服務(wù)成本,增加利潤(rùn)。

3.3.2 交流傳動(dòng)技術(shù)

在交直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車完善升級(jí)的同時(shí),還必須加大交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的研制,以獲得更有前景的未來(lái)市場(chǎng)。

相比交直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車,交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車具有更高的牽引力、恒功速度范圍廣、更大的黏著力和制動(dòng)力,因而特別適合于重載、快速、存在長(zhǎng)大坡道的鐵路線路。從機(jī)車整體性能和運(yùn)用維護(hù)角度,內(nèi)燃機(jī)車的交流傳動(dòng)系統(tǒng)較之直流傳動(dòng)系統(tǒng)有許多優(yōu)越之處,這一點(diǎn)為世界鐵路行業(yè)所公認(rèn),傳動(dòng)方式交流化是未來(lái)機(jī)車發(fā)展的趨勢(shì)。非洲鐵路需求交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的主要原因有以下兩點(diǎn):

(1)非洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際需求

隨著世界格局的變化,發(fā)達(dá)國(guó)家為尋求更大的發(fā)展空間,積極加強(qiáng)同非洲各國(guó)進(jìn)行廣泛的合作,非洲經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,非洲鐵路將面臨很大的壓力,需要現(xiàn)代化高效率的鐵路和牽引裝備,以滿足高速、重載運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

(2)鐵路交流傳動(dòng)技術(shù)運(yùn)用優(yōu)勢(shì)的引導(dǎo)

隨著交流傳動(dòng)技術(shù)快速發(fā)展和普及,兩種傳動(dòng)型式內(nèi)燃機(jī)車的差價(jià)在進(jìn)一步縮小,特別是美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家知名公司對(duì)國(guó)際機(jī)車市場(chǎng)的引導(dǎo)和積極開(kāi)拓,非洲等不發(fā)達(dá)國(guó)家在電傳動(dòng)機(jī)車采購(gòu)中也逐步傾向于交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。

根據(jù)目前的發(fā)展形勢(shì),大約5年后,交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車將至少占居未來(lái)非洲內(nèi)燃機(jī)車采購(gòu)數(shù)量40℅～50℅的份額,因此,積極開(kāi)發(fā)低成本的、高可靠性的內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)系統(tǒng)有著深遠(yuǎn)的市場(chǎng)價(jià)值。

3.3.3 徑向轉(zhuǎn)向架

機(jī)車徑向轉(zhuǎn)向架是80年代末至90年代初國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的新型機(jī)車轉(zhuǎn)向架,既適合重載貨運(yùn),又適合于客運(yùn);既適應(yīng)于山區(qū)線路,又適合于干線運(yùn)輸。世界上應(yīng)用較好的徑向轉(zhuǎn)向架主要有德國(guó)的E120機(jī)車、瑞士的460機(jī)車、美國(guó)的SD70M-AC機(jī)車以及南非的3 000 VDC機(jī)車等,其中,美國(guó)GM公司設(shè)計(jì)制造的徑向轉(zhuǎn)向架屬于3軸、高黏著、重載、貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車,是目前世界上徑向轉(zhuǎn)向架運(yùn)用最成功的例子。至今,國(guó)外已有3 000臺(tái)以上的裝用徑向轉(zhuǎn)向架的機(jī)車在成功運(yùn)用。

國(guó)內(nèi)機(jī)車在徑向轉(zhuǎn)向架的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用方面也做了大量有價(jià)值的工作,主要在 DF4D、DF7D、DF8B等成熟車型的機(jī)車上進(jìn)行徑向技術(shù)改造,在中國(guó)鐵路上有近30臺(tái)采用徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)車在成功運(yùn)用。

理論分析和國(guó)內(nèi)外應(yīng)用實(shí)踐均表明,采用徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)能有效降低機(jī)車輪緣和鋼軌的磨耗、減少曲線黏著降低、改善牽引性能、提高曲線通過(guò)能力,而且對(duì)提高機(jī)車在曲線上的安全性能,效果也比較顯著。國(guó)內(nèi)實(shí)際運(yùn)用測(cè)試發(fā)現(xiàn),輪緣萬(wàn)公里平均磨耗量為0.046 mm,踏面萬(wàn)公里平均磨耗量約為0.115 mm,即HTCR徑向轉(zhuǎn)向架機(jī)車運(yùn)行約60萬(wàn)km后由于車輪踏面的磨耗到限才進(jìn)行旋輪,是普通轉(zhuǎn)向架的4倍多。

徑向轉(zhuǎn)向架以其優(yōu)良的特性必將在新開(kāi)發(fā)機(jī)車和重造機(jī)車中普及使用,因此,需充分總結(jié)現(xiàn)有研究成果,并繼續(xù)加大研發(fā)力度,開(kāi)發(fā)適用于準(zhǔn)軌、窄軌和寬軌的低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)量少的徑向轉(zhuǎn)向架。

3.3.4 全壽命周期成本

壽命周期費(fèi)用(LCC:Life Cycle Cost)是指設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定的壽命周期內(nèi)為購(gòu)置和維持其正常運(yùn)用所支付的全部費(fèi)用,是一個(gè)非常重要的經(jīng)濟(jì)參數(shù),已成為現(xiàn)代質(zhì)量觀念的重要內(nèi)涵和要素。

對(duì)于鐵路運(yùn)輸企業(yè)來(lái)說(shuō),如何節(jié)約運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的問(wèn)題備受關(guān)注。近年來(lái),某些國(guó)家在采購(gòu)機(jī)車車輛時(shí)非常注重壽命周期的費(fèi)用指標(biāo),在采購(gòu)合同中,不僅對(duì)機(jī)車車輛有明確的性能要求,而且還要求給出壽命周期的費(fèi)用計(jì)算,并在機(jī)車車輛交付使用后對(duì)合同規(guī)定的壽命周期費(fèi)用指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證。全壽命周期費(fèi)用將成為未來(lái)機(jī)車車輛國(guó)際采購(gòu)中的一項(xiàng)重要指標(biāo),如何在保證機(jī)車、車輛等產(chǎn)品使用性能的前提下,降低其壽命周期費(fèi)用,已經(jīng)成為機(jī)車車輛購(gòu)銷雙方共同關(guān)心的問(wèn)題。

機(jī)車壽命周期/安全性(LCC/RAMS)數(shù)值直接影響其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力,因此,機(jī)車制造商除了提升公司自身的設(shè)計(jì)和制造水平之外,還應(yīng)向部件供應(yīng)商提出確保其部件性能的擔(dān)保要求。對(duì)于機(jī)車制造商來(lái)說(shuō),機(jī)車成本至少應(yīng)包括設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、運(yùn)輸、交驗(yàn)、培訓(xùn)與售后服務(wù)、質(zhì)保期等階段所產(chǎn)生費(fèi)用,并受到機(jī)車潛在市場(chǎng)的影響,直接影響到公司的實(shí)際利潤(rùn)。所以,機(jī)車的開(kāi)發(fā)應(yīng)立足于機(jī)車全壽命周期成本的角度,通過(guò)改善可靠性、維修性、可用性和安全性(RAMS),優(yōu)化機(jī)車制造成本和降低全壽命周期費(fèi)用,以提高機(jī)車在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

為此,公司很有必要就所開(kāi)發(fā)的內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行壽命周期費(fèi)用的研究,對(duì)于指導(dǎo)公司產(chǎn)品的銷售決策、零部件采購(gòu)決策等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

非洲各國(guó)不具備機(jī)車設(shè)計(jì)、制造能力,與鐵路配套的機(jī)車主要來(lái)自美國(guó)、德國(guó)和日本以及俄羅斯,雖然近年來(lái)也從中國(guó)、印度和南非等國(guó)家購(gòu)買了一些新造機(jī)車和二手機(jī)車,整體水平仍處于上世紀(jì)80年代的水平。

因此,充分考慮非洲鐵路多年的運(yùn)用習(xí)慣,基于LCC/RAMS的思想和方法,以模塊化設(shè)計(jì)理念開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高可靠性的徑向轉(zhuǎn)向架、交直流傳動(dòng)、交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車,對(duì)于開(kāi)拓未來(lái)的非洲市場(chǎng)有著深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)意義。

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