原志強(qiáng)， 武學(xué)良， 聶 敏

(中車大同電力機(jī)車有限公司 技術(shù)中心， 山西大同 037038)

普通內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車用于鐵路站場調(diào)車作業(yè)時(shí)，柴油機(jī)是內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車唯一的動(dòng)力來源，由于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率需要不斷變化才能滿足牽引需求，為了保持機(jī)車正常作業(yè)，柴油機(jī)一直處于工作狀態(tài)，不僅浪費(fèi)機(jī)車柴油，而且加大柴油機(jī)磨損，縮短柴油機(jī)使用壽命，增加柴油機(jī)的維修成本。多動(dòng)力源調(diào)車機(jī)車的出現(xiàn)，解決了上述問題，并具有節(jié)能環(huán)保、全壽命周期運(yùn)營成本低的優(yōu)點(diǎn)。

1 調(diào)車機(jī)車產(chǎn)品

目前以堅(jiān)持“科技創(chuàng)新”、 “節(jié)能環(huán)?！?、“綠色設(shè)計(jì)”是國內(nèi)外調(diào)車機(jī)車設(shè)計(jì)所要考慮的最重要的問題。對(duì)2018年柏林國際軌道交通技術(shù)展上展出的調(diào)車機(jī)車進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體如下：

1.1 ALSTOM公司Prima H4調(diào)車機(jī)車

阿爾斯通公司研制的Prima H4調(diào)車機(jī)車(以下簡稱：H4調(diào)車機(jī)車)屬于4軸電力和柴油機(jī)多動(dòng)力混合調(diào)車機(jī)車，首批47臺(tái)機(jī)車將從2019年開始向瑞士聯(lián)邦鐵路貨運(yùn)公司SBB Cargo交付，被譽(yù)為“環(huán)保型”機(jī)車(零排放)，具有“接觸網(wǎng)、柴油機(jī)、蓄電池”3種牽引動(dòng)力模式。雙模式電源(接觸網(wǎng)和電池)集成了電池的附加優(yōu)勢(shì)動(dòng)力或混合動(dòng)力(電池和柴油發(fā)動(dòng)機(jī))使用電池模式減少柴油消耗或在封閉的限制區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。這種機(jī)車系列大大降低了噪聲和碳排量，預(yù)計(jì)SBB公司每年減少了CO2排放多達(dá)6 000 t。即使在柴油模式下，H4調(diào)車機(jī)車也能提供高燃油效率，在其單一發(fā)動(dòng)機(jī)配置中，Prima H4采用可選的啟停系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的調(diào)車機(jī)車節(jié)省了15%的油耗。H4調(diào)車機(jī)車采用B0-B0軸式，輪周功率高達(dá)2 000 kW，起動(dòng)牽引力為300 kN，運(yùn)行速度高達(dá)120 km/h，不僅可作為調(diào)車機(jī)車使用，同時(shí)可作為干線牽引任務(wù)的機(jī)車使用。機(jī)車的設(shè)計(jì)提供低維護(hù)成本和高運(yùn)營性能水平，同時(shí)其靈活的設(shè)計(jì)和較低的運(yùn)營成本可以優(yōu)化全壽命周期成本。

H4調(diào)車機(jī)車可滿足 4 種不同供電組合方式：

(1)蓄電池(600 kW)/柴油機(jī)(895 kW)

(2)2 個(gè)柴油機(jī)(2×895 kW)

(3)柴油機(jī)(895 kW)/接觸網(wǎng)(2 000 kW)

(4)蓄電池(600 kW)/接觸網(wǎng)(2 000 kW)

圖1 ALSTOM公司的H4調(diào)車機(jī)車

表1 ALSTOM公司的H4調(diào)車機(jī)車主要參數(shù)

1.2 德國DB漢堡調(diào)車機(jī)車

德國DB漢堡調(diào)車機(jī)車是中國中車與德國聯(lián)邦鐵路公司(DBAG)合作開發(fā)，該型機(jī)車主要用于德鐵鐵路網(wǎng)(包含漢堡快軌線路)上牽引無旅客列車和維修區(qū)域內(nèi)的調(diào)車作業(yè)。 機(jī)車采用柴電混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式，最高速度80 km/h，單司機(jī)室、雙外側(cè)走廊布置方式，遵照TSI標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的全新混合動(dòng)力交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車。

該調(diào)車機(jī)車是符合TSI和EBA認(rèn)證的“柴油發(fā)電機(jī)組+鈦酸鋰電池”混合動(dòng)力調(diào)車機(jī)車，滿足歐洲環(huán)保和各種不同運(yùn)用工況要求的混合動(dòng)力匹配和控制技術(shù)，能有效降低燃油消耗，減少尾氣和噪聲排放；研發(fā)便于檢修且安全可靠的分體式軸箱、空心軸和沙漏彈簧轉(zhuǎn)向架；采用高強(qiáng)度和高碰撞安全性的單司機(jī)室底架承載車體技術(shù)，配備了無線遙控調(diào)車系統(tǒng)、PZB系統(tǒng)、IMS系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)，并預(yù)留了ETCS系統(tǒng)擴(kuò)展接口，為歐洲調(diào)車機(jī)車市場提供全新的解決方案。 產(chǎn)品特色如下：

(1)符合TSI和EBA認(rèn)證要求的調(diào)車機(jī)車

本產(chǎn)品通過了TSI和德國EBA認(rèn)證，滿足在泛歐鐵路運(yùn)用的要求，具備廣泛的適用性。

圖2 德國DB漢堡調(diào)車機(jī)車

表2 德國DB漢堡調(diào)車機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)

(2)創(chuàng)新的混合動(dòng)力系統(tǒng)集成

采用“柴油發(fā)電機(jī)組+鈦酸鋰電池”混合動(dòng)力系統(tǒng)，使得小功率柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)揮出更高的性能，始終保持柴油發(fā)電機(jī)組工作在最佳轉(zhuǎn)速狀態(tài)，提高燃油利用率，降低廢氣排放和噪聲污染。

(3)節(jié)能的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和控制策略

本調(diào)車機(jī)車產(chǎn)品采用先進(jìn)的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)，針對(duì)不同運(yùn)用工況和使用模式采取合理高效的控制策略，使用鋰電池實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量的回收利用，更節(jié)能。

(4)環(huán)境敏感區(qū)域?qū)崿F(xiàn)零排放

在特殊敏感區(qū)域，采用鈦酸鋰電池作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)零排放要求，改善了機(jī)車運(yùn)用環(huán)境，特別是隧道內(nèi)的使用舒適度。

1.3 DE75BB調(diào)車機(jī)車

德國GMEINDER公司開發(fā)的DE75BB型重載調(diào)車采用軸控技術(shù)，裝用354 kW的柴油機(jī)和 Hoppecke鋰電池。該機(jī)車最大的特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)雙柴油機(jī)控制、柴油機(jī)與蓄電池混動(dòng)并且可考慮與受電弓、第3軌等混動(dòng)。

圖3 DE75BB調(diào)車機(jī)車

表3 DE75BB調(diào)車機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)

1.4 HSL-700混動(dòng)調(diào)車機(jī)車

Aselsan公司是土耳其最大的國防企業(yè)、軍事電子設(shè)備生產(chǎn)商，HSL-700混動(dòng)調(diào)車機(jī)車是其推出的第一款機(jī)車，蓄電池采用鋰離子電池，儲(chǔ)存能量111 kWh。

1.5 G6 Hybrid調(diào)車機(jī)車

福斯羅Vossloh在G6平臺(tái)上開發(fā)出了 G6 Hybrid混合動(dòng)力機(jī)車，該六軸機(jī)車配有一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的350 kW柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組和一個(gè)容量為80 kWh 的電池組，最大速度80 km/h，起動(dòng)牽引力220 kN，整備質(zhì)量60～67.5 t，最大功率700 kW，燃油箱容積1 800 dm3。

圖4 HSL-700調(diào)車機(jī)車

表4 HSL-700調(diào)車機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)

圖5 G6 Hybrid型混合動(dòng)力調(diào)車機(jī)車

表5 G6 Hybrid型調(diào)車機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)

2 調(diào)車機(jī)車技術(shù)發(fā)展分析

(1)混合動(dòng)力調(diào)車機(jī)車和多動(dòng)力源調(diào)車機(jī)車勢(shì)必成為調(diào)車市場的主力軍。

近幾屆德國柏林國際軌道交通技術(shù)展情況：

(a)2014年ALSTOM 公司雖然展出了H3型混合動(dòng)力(柴油發(fā)電機(jī)組+鎳鎘蓄電池)調(diào)車機(jī)車，但整個(gè)展會(huì)的調(diào)車機(jī)車仍以純內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車為主，且主傳動(dòng)方式以液力傳動(dòng)為主。

(b)2016年日本TOSHIBA展出了以鈦酸鋰動(dòng)力電池+柴油發(fā)電機(jī)組為動(dòng)力的混合動(dòng)力交流電傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車，德國Schalke展出了MMT-M-270-BDE 型多動(dòng)力源(動(dòng)力蓄電池+柴油發(fā)電機(jī)組+第3軌供電)交流電傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車，中車公司展出了多動(dòng)力源(受電弓+動(dòng)力蓄電池+超級(jí)電容)電傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，上述新型調(diào)車機(jī)車與所展出調(diào)車機(jī)車占比為50%。

(c)2018年ALSTOM公司展出了H4型具有“接觸網(wǎng)、柴油機(jī)、蓄電池”多動(dòng)力混合調(diào)車機(jī)車；中車公司展出了“柴油發(fā)電機(jī)組+鈦酸鋰電池”混合動(dòng)力調(diào)車機(jī)車；多動(dòng)力源或混合動(dòng)力調(diào)車與所展出調(diào)車機(jī)車占比為 70%以上。

通過歷屆德國柏林國際軌道交通技術(shù)展可以看出， “綠色環(huán)?！币呀?jīng)是國際上調(diào)車機(jī)車的發(fā)展趨勢(shì)，而混合動(dòng)力則是其最重要的實(shí)施手段，發(fā)展混合動(dòng)力調(diào)車機(jī)車和多動(dòng)力源調(diào)車機(jī)車勢(shì)在必行。

(2)模塊化、平臺(tái)化思路仍將是調(diào)車機(jī)車研發(fā)的指導(dǎo)思路。

如ALSTOM的Prima H4平臺(tái)，VOSLLOH 的 DE18與DE12為同一平臺(tái)。產(chǎn)品平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)市場需求的快速響應(yīng)，匹配最優(yōu)性能，滿足運(yùn)用要求，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、 維護(hù)、運(yùn)用成本，提高經(jīng)濟(jì)性。調(diào)車機(jī)車設(shè)備都以模塊化的形式進(jìn)行整體安裝，可方便根據(jù)供電電源方式進(jìn)行配置。

3 結(jié)束語

經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展和積累，我國鐵路機(jī)車行業(yè)已建成了比較完善的技術(shù)體系，從研發(fā)、制造、檢驗(yàn)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，已形成了一套具有我國特色的機(jī)車產(chǎn)品發(fā)展模式。從機(jī)車技術(shù)的進(jìn)展來看，“綠色環(huán)?！币呀?jīng)是國際上機(jī)車的發(fā)展趨勢(shì)，加快推進(jìn)新能源的技術(shù)儲(chǔ)備和工程應(yīng)用研究勢(shì)在必行。

目前世界各國電網(wǎng)建設(shè)程度的不同，電力-內(nèi)燃機(jī)車有一定的市場需求，可實(shí)現(xiàn)電氣化區(qū)段和非電氣化區(qū)段的方便過渡運(yùn)輸。為兼顧車輛運(yùn)行區(qū)間的多樣性，減少城市污染，采用電池作為動(dòng)力是一種主流的方案。電網(wǎng)、電池及柴油發(fā)電機(jī)組兩種或三種的多動(dòng)力源列車在部分區(qū)域有一定市場需求。新能源技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)車的牽引動(dòng)力模式和相關(guān)輔助功能都會(huì)產(chǎn)生較大影響，建議加快推進(jìn)新能源的技術(shù)儲(chǔ)備和工程應(yīng)用研究。