内燃机车运用环保设计理念分析

1972年6月5日至16日由联合国发起，在瑞典斯德哥尔摩召开“第一届联合国人类环境会议”，提出了著名的《人类环境宣言》，这是环境保护事业正式引起世界各国政府重视的开端，中国政府也参加了这个会议。中华人民共和国的环境保护事业也是从1972年开始起步。地球环境的恶化引起了人们的广泛关注，于是，环境保护日渐得到了各国的重视。大力推进节能减排、发展循环经济是全面落实科学发展观、实现协调可持续发展的国家战略。进行资源优化、能源替代，实现节能减排，同样也是交通运输企业自身发展的需要。相对其他运输方式，铁路运输具有单位运输能耗低、占地少、效率高、污染小等优势。铁路机车牵引主要有三种方式：蒸汽机车牵引、内燃机车牵引和电力机车牵引。其中内燃机车在国家战略发展中有着不可替代的地位，因此设计制造出既能合理利用资源，又能保护生态环境的内燃机车，是铁路现代化发展的一个主要方向。
1环保设计在内燃机车上的应用
1.1机车节能设计
1.1.1机车采用
LED节能灯LED即半导体发光二极管，LED节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源，光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保。普通白炽灯、卤钨灯光效为12～24流明/瓦、荧光灯50～70流明/瓦、钠灯90～140流明/瓦，大部分的耗电变成热量损耗。而LED灯光效可达到50～200流明/瓦，发光效率有了很大提高。内燃机车上需要安装的灯具很多，如：前照灯、标志灯、司机室灯、车体灯、车底灯等，因此，如果在机车上大量的应用LED节能灯，既减少了能源（燃油）消耗，又降低了机车排放。同时，LED为全固体发光体、耐冲击不易破碎、废弃物可回收、没有污染、减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体的产生，改善人们生活居住环境，可称“绿色照明光源。”由于以上特点，使其必然成为国家、地区与相关行业企业关注和发展的热点。
1.1.2机车采用交流辅助传动系统
辅助传动系统是内燃机车的重要组成部分，其性能的好坏直接影响机车的经济性、可靠性。内燃机车采用交流辅助传动系统可以有效的降低辅助消耗，提高整车的经济性。并且简化了机械装置，提高了系统可靠性，降低了系统维护工作量。例如DF10DDA型调车机车采用交流辅助发电机为辅助系统供电，辅助系统通过逆变装置驱动和控制交流负载电机。通过逆变器控制，可以使冷却风扇电机的转速调节变成动态调节，使辅助系统达到最佳工况，起到明显节能效果。在机车主传动不变的情况下，改善风机、泵类电机的系统调节方式，可有效的提高电机的工作效率。例如冷却风扇电机采用变频调速方式，效率可提高10～15%。因此，应尽快将原有的直流机车向交流辅助传动转化。同时在新造机车上，加快推行交流辅助传动系统，使这项技术为机车工业的发展带来更多的效益，推动我国内燃机车向交流传动方向发展。
1.2机车降噪设计
噪音污染的防治现在受到了越来越多的关注，对于我们现代轨道交通运输设备制造业而言，改进对机车鸣笛的控制是势在必行。随着社会的发展，人们对生活质量的要求越来越高，列车再为人们的生活提供便捷的同时，也给铁路沿线居民带来了噪声等方面的负面影响。列车运行过程中产生的鸣笛噪声是铁路运行噪声的重要组成部分，机车鸣笛是突发性的噪声,具有声级大、声源位置高、传播距离远、影响范围广等特点。列车或机车穿越城区、郊区、沿线居民区或在编组站、调车场以及各站段调车作业时,列车运行及调车作业不分昼夜,鸣笛时机多、频繁等不良因素，为此我们开发了机车风笛按机车运行方向控制的功能，来尽量减少以上问题。我们提出改进的这种减少噪音的方法，主要是通过改造机车电气线路中的2条风笛电磁阀（LF1,LF2）回路，在机车电器柜内的接线柱上增加2个接点，并且分别串联入方向转换开关(1HK)的2个触点（一常开，一常闭），这样机车就实现了机车风笛按机车运行方向控制的功能（见图1），当机车运行在前进的方向时，按风笛按钮是机车前风笛鸣笛，当机车运行在后退的方向时，按风笛按钮是机车后风笛鸣笛，这样既方便了司机的操作，又减少了铁路运行噪声。既增强了指向性，又满足了环保的要求。图1机车风笛按机车运行方向控制原理图通过以上改进，能有效的减少防治环境污染成本，更使得机车对周边环境噪音的污染减少50%。为了更好地满足机车控制与环保的需求，在增加很少成本与车间工作人员工作量，保证机车电气回路安全可靠的基础上，我们在东风10D型调车机车上改造了电气线路原理图，为机车运行时机车司机与车站值班员、调度人员等工作人员之间方便了联络；为机车运行前方的行人、车辆及线路作业人员等明确了警告范围；降低了对乘务员的噪声干扰；减少了机车鸣笛噪声对沿线居民生活的影响；提高了我国的环境保护水平。
1.3机车减排设计
2008年，中国北车集团大连机车车辆公司与美国EMD内燃机车公司联合设计制造，编号为HXN3的和谐3型大功率内燃机车正式下线。该机车装用4400kW的16V265H柴油机，同时采用三个冷却风扇，加强了中冷水的冷却能力，并且使冷却水的温度被控制在了一个很小的范围，提高了控制精度，从而使机车排放达到美国EPATier2水平。机车采用大功率电子喷射柴油机，可满足机车牵引功率4400kW的要求和双机牵引5000吨运行120km/h的要求，同时降低燃油消耗和废气排放。Tier2美国环保署二级排放标准是美国政府制定的气体排放标准，于2005年1月1日起生效，是对新型发动机生产的特别要求（NAICS333618号）。EMD的内燃机车是第一批符合此项严格气体排放标准的机车。
1.4机车环保技术发展
在能源和环境问题日益突出的今天，节能减排工作就显得逾发重要迫切。在未能开发替代能源的前提下，如何对现有能源进行更加有效的利用，是解决能源短缺问题的有效途径。对于机车设计制造方面的环保应用，除了以上提到的节能、降噪、减排等，在其他方面的应用及有待改进的地方还有很多，例如机车内部装潢、门窗等采用高效节能，耐候性及耐久性、密封性、保温隔热性能、隔音性能良好的型材和玻璃等低碳环保材料；机车柴油机采用涡轮增压器；加速老旧电机设备淘汰更新，使高效电动机得到应用，如：永磁电机、磁阻电机等；优化电机系统的运行和控制，推广软启动装置、无功补偿、计算机自动控制系统等技术；选择功率与负载相匹配的电气设备，避免大功率设备低负载长时间运行，减少不必要的废气排放等。通过这些环保技术的不断应用，对于快速提升我国内燃机车研发和制造水平、迅速与国际一流水平接轨、推进我国铁路运输装备技术的现代化具有重要的意义。
2结束语
环境保护不仅是国家的责任，也是我们每一个人的职责，我们也要尽我们自己的所能，认清我国当前内燃机车在环保应用方面的现状和发展方向，制定可行的措施，逐步推动我国内燃机车在环保技术上的发展，从而提高我国内燃机车的运用性能和环保标准，使地球的明天更加美好。