李廉楓

(南車資陽機車有限公司技術(shù)中心,四川資陽641301)

隨著發(fā)展中國家經(jīng)濟的發(fā)展,運量將大幅增加,鐵路裝備的需求量也隨之大幅增加,美國GE和EMD、德國西門子、法國阿爾斯通、加拿大龐巴迪等世界知名公司利用已搭建完善的機車技術(shù)和產(chǎn)品平臺大力開發(fā)國際市場,其產(chǎn)品以先進、可靠的優(yōu)勢贏得世界各國青睞。

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

1 主要出口機車

非洲市場是重點開拓的市場之一,已有5種型號50余臺內(nèi)燃機車在非洲鐵路上運用,除了CKD8C型內(nèi)燃機車不能滿足納米比亞鐵路運用外,其余4種車型均很好的滿足用戶要求,其中,SDD1和SDD1A型內(nèi)燃機車已經(jīng)成為蘇丹鐵路的主型機車,成為未來蘇丹鐵路采購內(nèi)燃機車的首選產(chǎn)品,資陽公司也成為蘇丹鐵路機車用戶合作伙伴。資陽公司已出口非洲機車的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 已出口非洲機車主要技術(shù)參數(shù)

2 出口機車運用分析

2.1 機車運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)出口蘇丹機車的質(zhì)量信息進行統(tǒng)計分析,按照發(fā)生故障的部件統(tǒng)計情況見表2,按照故障來源情況統(tǒng)計見表3。由于原始資料的收集不詳細完整,統(tǒng)計結(jié)果并不能全面反映部件發(fā)生故障的絕對數(shù)值,也不能進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車整體性能和可靠性的因素,為今后提高機車可靠性奠定一定的基礎(chǔ)。

2.2 機車運用故障原因分析

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

表2 部件故障統(tǒng)計

表3 故障來源統(tǒng)計

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

(2)本身質(zhì)量問題。

從表2、表3中可以看出,與設(shè)計、制造和試驗等環(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)計理念和結(jié)構(gòu)不能滿足特定的運用環(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)試驗不充分,質(zhì)量控制不科學(xué)。

為此,應(yīng)提高機車開發(fā)水平,嚴格控制各零部件質(zhì)量,提高機車整體性能和可靠性。

3 未來機車開發(fā)的設(shè)想

3.1 非洲鐵路基本特點

(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50℃,風(fēng)沙大。

(2)鐵路狀況極差,路基差、路軌差,機車設(shè)計的動載荷系數(shù)在0.7以上。

(3)鐵路運營均采用輪乘制,司機沒有處理突發(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)非洲各國主要以內(nèi)燃牽引為主。

(5)機車軸重在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,未來軸重可能達到21 t,功率3 000 kW左右。

3.2 設(shè)計準則

非洲各國或地區(qū)鐵路的內(nèi)燃機車運用條件存在著一定差異,如果針對每個鐵路用戶的運用條件來設(shè)計機車,固然能夠保證技術(shù)上的運用性能,但是明顯存在著不經(jīng)濟和質(zhì)量得不到保證的風(fēng)險。內(nèi)燃機車的設(shè)計思想就是在避免發(fā)生上述風(fēng)險的前提下,盡可能滿足各個用戶的不同需求,為此應(yīng)采用以下設(shè)計準則:

(1)采用模塊化設(shè)計理念;

(2)采用先進、成熟可靠的零部件;

(3)機車平均無故障間隔時間更長,并且維修方便;

(4)經(jīng)濟合理的壽命周期成本。

3.3 設(shè)計思想與關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 交直流傳動內(nèi)燃機車的完善與升級

內(nèi)燃機車交直流傳動技術(shù)在我國設(shè)計、制造和運用已經(jīng)非常成熟,特別是和諧號機車的發(fā)展,一些交流傳動機車的配套技術(shù)和裝置隨后也將被移植到交直流傳動機車上,從而使得交直流傳動機車更加完善,目前,交直流傳動內(nèi)燃機車主要有以下3個特點:

(1)交直流傳動技術(shù)成熟、部件可靠

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

(2)價格優(yōu)勢

即使隨著交流傳動技術(shù)快速發(fā)展,兩種型式內(nèi)燃機車的差價在進一步縮小,交直流傳動內(nèi)燃機車價格約為交流傳動內(nèi)燃機車價格的70%,在價格指標方面還有相當?shù)膬?yōu)勢。

(3)特定的運用條件限制了交流傳動機車性能的發(fā)揮

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

根據(jù)目前的發(fā)展形勢來看,在未來10年左右的時間內(nèi),直流傳動內(nèi)燃機車在非洲還有很大的需求市場。因此,很有必要以現(xiàn)有出口內(nèi)燃機車為原型,積極深入用戶現(xiàn)場調(diào)研和分析,并進行系統(tǒng)性的整改、簡化、優(yōu)化、完善等工作,以期達到以下目標:

(1)機車更符合用戶的使用要求;

(2)提高機車整體可靠性;

(3)操作更簡單,維護量更少;

(4)降低制造成本和售后服務(wù)成本,增加利潤。

3.3.2 交流傳動技術(shù)

在交直流傳動內(nèi)燃機車完善升級的同時,還必須加大交流傳動內(nèi)燃機車的研制,以獲得更有前景的未來市場。

相比交直流傳動內(nèi)燃機車,交流傳動內(nèi)燃機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力,因而特別適合于重載、快速、存在長大坡道的鐵路線路。從機車整體性能和運用維護角度,內(nèi)燃機車的交流傳動系統(tǒng)較之直流傳動系統(tǒng)有許多優(yōu)越之處,這一點為世界鐵路行業(yè)所公認,傳動方式交流化是未來機車發(fā)展的趨勢。非洲鐵路需求交流傳動內(nèi)燃機車的主要原因有以下兩點:

(1)非洲經(jīng)濟發(fā)展的實際需求

隨著世界格局的變化,發(fā)達國家為尋求更大的發(fā)展空間,積極加強同非洲各國進行廣泛的合作,非洲經(jīng)濟的快速發(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、重載運輸?shù)男枰?/p>

(2)鐵路交流傳動技術(shù)運用優(yōu)勢的引導(dǎo)

隨著交流傳動技術(shù)快速發(fā)展和普及,兩種傳動型式內(nèi)燃機車的差價在進一步縮小,特別是美國等發(fā)達國家知名公司對國際機車市場的引導(dǎo)和積極開拓,非洲等不發(fā)達國家在電傳動機車采購中也逐步傾向于交流傳動內(nèi)燃機車。

根據(jù)目前的發(fā)展形勢,大約5年后,交流傳動內(nèi)燃機車將至少占居未來非洲內(nèi)燃機車采購數(shù)量40℅～50℅的份額,因此,積極開發(fā)低成本的、高可靠性的內(nèi)燃機車交流傳動系統(tǒng)有著深遠的市場價值。

3.3.3 徑向轉(zhuǎn)向架

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

國內(nèi)機車在徑向轉(zhuǎn)向架的開發(fā)和運用方面也做了大量有價值的工作,主要在 DF4D、DF7D、DF8B等成熟車型的機車上進行徑向技術(shù)改造,在中國鐵路上有近30臺采用徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)的內(nèi)燃機車在成功運用。

理論分析和國內(nèi)外應(yīng)用實踐均表明,采用徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)能有效降低機車輪緣和鋼軌的磨耗、減少曲線黏著降低、改善牽引性能、提高曲線通過能力,而且對提高機車在曲線上的安全性能,效果也比較顯著。國內(nèi)實際運用測試發(fā)現(xiàn),輪緣萬公里平均磨耗量為0.046 mm,踏面萬公里平均磨耗量約為0.115 mm,即HTCR徑向轉(zhuǎn)向架機車運行約60萬km后由于車輪踏面的磨耗到限才進行旋輪,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發(fā)機車和重造機車中普及使用,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,開發(fā)適用于準軌、窄軌和寬軌的低成本、結(jié)構(gòu)簡單、維護量少的徑向轉(zhuǎn)向架。

3.3.4 全壽命周期成本

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

對于鐵路運輸企業(yè)來說,如何節(jié)約運營費用的問題備受關(guān)注。近年來,某些國家在采購機車車輛時非常注重壽命周期的費用指標,在采購合同中,不僅對機車車輛有明確的性能要求,而且還要求給出壽命周期的費用計算,并在機車車輛交付使用后對合同規(guī)定的壽命周期費用指標進行嚴格的驗證。全壽命周期費用將成為未來機車車輛國際采購中的一項重要指標,如何在保證機車、車輛等產(chǎn)品使用性能的前提下,降低其壽命周期費用,已經(jīng)成為機車車輛購銷雙方共同關(guān)心的問題。

機車壽命周期/安全性(LCC/RAMS)數(shù)值直接影響其在市場上的競爭能力,因此,機車制造商除了提升公司自身的設(shè)計和制造水平之外,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。對于機車制造商來說,機車成本至少應(yīng)包括設(shè)計、制造、試驗、運輸、交驗、培訓(xùn)與售后服務(wù)、質(zhì)保期等階段所產(chǎn)生費用,并受到機車潛在市場的影響,直接影響到公司的實際利潤。所以,機車的開發(fā)應(yīng)立足于機車全壽命周期成本的角度,通過改善可靠性、維修性、可用性和安全性(RAMS),優(yōu)化機車制造成本和降低全壽命周期費用,以提高機車在國際市場上的競爭力。

為此,公司很有必要就所開發(fā)的內(nèi)燃機車進行壽命周期費用的研究,對于指導(dǎo)公司產(chǎn)品的銷售決策、零部件采購決策等具有重要的現(xiàn)實意義。

4 結(jié)束語

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

因此,充分考慮非洲鐵路多年的運用習(xí)慣,基于LCC/RAMS的思想和方法,以模塊化設(shè)計理念開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、低成本、高可靠性的徑向轉(zhuǎn)向架、交直流傳動、交流傳動內(nèi)燃機車,對于開拓未來的非洲市場有著深遠的經(jīng)濟意義。

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