第4章_鐵路機車新

1、第四章第四章 列車飛馳的基石之三列車飛馳的基石之三 機車機車1882-1950s蒸汽機車蒸汽機車0號機車號機車4.1 機車歷史1882-1950s蒸汽機車蒸汽機車前進型機車前進型機車 1957年年1882-1950s1950s-1980s蒸汽機車蒸汽機車內(nèi)燃機車內(nèi)燃機車巨龍巨龍 1958 東風東風東方紅東方紅北京北京1882-1950s1950s-1980s蒸汽機車蒸汽機車內(nèi)燃機車內(nèi)燃機車東風東風4D客運機車客運機車東風東風7調(diào)車機車調(diào)車機車1882-1950s1950s-1980s蒸汽機車蒸汽機車內(nèi)燃機車內(nèi)燃機車東風東風8B貨運機車貨運機車東風東風11G客運機車客運機車1882-1950s1

2、950s-1980s1980s-2000s蒸汽機車蒸汽機車內(nèi)燃機車內(nèi)燃機車電力機車電力機車1882-1950s1950s-1980s1980s-2000s2000s-至今至今蒸汽機車蒸汽機車內(nèi)燃機車內(nèi)燃機車電力機車電力機車動車組動車組 內(nèi)燃機車是以內(nèi)燃機作為原動力的機車。鐵路上采用的內(nèi)燃機絕大多數(shù)是柴油機。 內(nèi)燃機車的優(yōu)點：熱效率高；動力裝置體積小，功率大；用水少；利用率高；速度高；勞動條件好。 內(nèi)燃機車是以內(nèi)燃機作為原動力的一種機車。 內(nèi)燃機車按傳動方式的不同可分為電力傳動內(nèi)燃機車和液力傳動內(nèi)燃機車兩種類型。 4.2 內(nèi)燃機車4.2.1 內(nèi)燃機車 根據(jù)電機型式不同，如果采用直流發(fā)電機和直流電

3、動機配合，就該類機車為“直直流電傳動”內(nèi)燃機車；如果采用交流發(fā)電機和直流電動機配合，則稱為“交直流電傳動”內(nèi)燃機車?，F(xiàn)在，還有交直交電力傳動和交交電力傳動等類型內(nèi)燃機車。 “交直流電傳動”內(nèi)燃機車被世界各國廣泛應用。 “交直交電力傳動”內(nèi)燃機車已有應用。 “交交電力傳動”內(nèi)燃機車正處在開發(fā)階段。4.2.2 電力傳動內(nèi)燃機車 電力傳動內(nèi)燃機車的能量傳輸過程是由柴油機驅動主發(fā)電機發(fā)電，然后向牽引電動機供電使其旋轉，并通過牽引齒輪傳動驅動機車輪對旋轉。電力傳動工作原理1柴油機；2牽引發(fā)電機；3電路；4牽引電動機；5主動齒輪；6從動齒輪；7動輪。 內(nèi)燃機車主要由柴油機、傳動裝置、走行部、車體、車底架、

4、車鉤緩沖裝置、制動裝置和輔助裝置等部分組成。東風東風4型內(nèi)燃機車轉向架型內(nèi)燃機車轉向架 鐵路上采用的內(nèi)燃機絕大多數(shù)是柴油機，是將柴油燃燒產(chǎn)生的熱能轉變?yōu)橛刹裼蜋C曲軸輸出機械能的動力機械。 四沖程柴油機：柴油機完成一個工作循環(huán)（進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣），活塞經(jīng)歷四個沖程，曲軸旋轉720度。柴油機柴油機 液力傳動內(nèi)燃機車與電力傳動內(nèi)燃機車相比，在機車的各個組成部分由柴油機、傳動裝置、走行部、車體、車底架、車鉤緩沖裝置、制動裝置相輔助裝置中，除傳動裝置不同外，其余部分都是相似的。 4.2.3 液力傳動內(nèi)燃機車 在液力傳動內(nèi)燃機車上，原動力仍是柴油機，在柴油機和機車動輪之間，裝有一套液力傳動裝置，

5、利用工作油改變柴油機的外部特性，以適合列車運行的要求。圖3-48 北京型液力傳動內(nèi)燃機車 北京型液力傳動內(nèi)燃機車總體布置示意圖北京型液力傳動內(nèi)燃機車總體布置示意圖液力傳動工作原理液力傳動工作原理 采用電力機車牽引的鐵道稱為電氣化鐵道。電氣化鐵道由牽引供電系統(tǒng)和電力機車兩部分組成。 由電力機車實施的牽引運行稱為電力牽引，電力牽引具有功率大、效率高、過載能力強、運營費用低、司機勞動條件好、不污染環(huán)境等一系列優(yōu)點，是世界各國公認的最佳鐵路牽引方式。 我國鐵路牽引動力現(xiàn)代化的主要方向就是大力發(fā)展電力牽引。4.3.1 電力機車4.3 電力機車 電力機車是靠其頂部升起的受電弓從接觸網(wǎng)上取得電能，將電能轉換

6、成機械能牽引列車運行的。電力機車主要由車體、車底架、走行部、車鉤緩沖裝置、制動裝置和一整套電氣設備電氣設備等組成。除電氣設備外，其余部分都同交直流電力傳動內(nèi)燃機車相似。 機車的走行部為兩臺三軸轉向架。在每根車軸上都裝有一臺牽引電動機，因此這種機車的車軸排列形式為3030。 電力機車上設有主電路、輔助電路和控制電路三條電氣回路，機車上所有的電氣設備都在這三條電器回路中。 1 電力機車的電氣設備及其電路 （1）主電路 主電路將產(chǎn)生機車牽引力和制動力的各種電氣設備連成一個電系統(tǒng)，實現(xiàn)機車的功率傳輸。 主電路中包括的電氣設備主要有受電弓、主斷路器、主變壓器（即牽引變壓器）、整流調(diào)壓線路、電抗器柜、牽引

7、電動機和制動電阻等。 l）受電弓：機車頂部裝有兩套單臂受電弓，受電弓緊壓接觸網(wǎng)導線滑行摩擦從電網(wǎng)上取得電流。機車運行時機車只需升起一套受電弓，另一受電弓作為備用。接觸網(wǎng)上送來的25千伏工頻單相交流電就由此引入機車。(圖3-57)圖3-57 受電弓 2）主斷路器：主斷路器是用來接通或斷開電力機車高壓電路的。當主電路發(fā)生短路、接地或整流調(diào)壓電路、牽引電動機等設備發(fā)生故障時，它能自動切斷機車電源，實現(xiàn)對機車上設備的保護。(圖3-58)圖3-58 主斷路器 4）調(diào)壓開關：用來調(diào)節(jié)牽引變壓器中副邊牽引繞組的輸出電壓，從而使牽引電動機的端電壓得以改變，以達到機車的調(diào)速目的。 3）主變壓器：又稱牽引變壓器，

8、它把從接觸網(wǎng)上取得的 25千伏高壓電降低為牽引電動機所適用的電壓。變壓器共有四個繞組：一個原邊繞組接25千伏高壓電；三個副邊繞組，其中牽引繞組用來向牽引電動機供電；勵磁繞組用在電阻制動時給電動機提供勵磁電流；輔助繞組用來給機車的輔助電機供電。 5）電抗器：由于索引電動機本身的電感極小，不足以將整流后的電流濾平到所需要的范圍。因此，在牽引電動機電路中串接一個增大電感的平波電抗器，以減小整流電流的脈動。 （3）控制電路 控制電路將主電路和輔助電路中各電氣設備的控制電器（包括各種控制開關、接觸器、電空閥等）同電源、照明、信號等的控制裝置連成一個電系統(tǒng)。 （2）輔助電路 輔助電路電源來自主變壓器的輔助

9、繞組，通過劈相機將單相交流電轉變成三相交流電后，供給牽引通風機；油泵機組和空氣壓縮機等輔助電機使用。 以上三個電路系統(tǒng)在電氣方面一般是相互隔離的，但三者通過電磁、電空或機械傳動等方式相互聯(lián)系，配合動作，用低壓電控制高壓電，以保證操作的安全和實現(xiàn)機車的運行。 2 電力機車制動 列車的安全性很大程度上決定于列車的制動性能。一般的機械制動，不能保證列車在高速運行中的可靠制動。 與車輛不同，當機車需要制動時，除使用空氣制動裝置外，電力機車還能夠實行電氣制動。這是由于牽引電動機具有工作狀態(tài)可逆轉性的緣故，即牽引電動機不僅能在電動機狀態(tài)下工作并產(chǎn)生牽引力，而且也能在發(fā)電機狀態(tài)下工作產(chǎn)生制動力。 電力機車的

10、電氣制動包括： (1)電阻制動 該制動方式是將機車動能轉化為熱能散發(fā)。司機板動轉換開關，使其從牽引位轉到制動位，把牽引電動機從串勵電動機改成他勵發(fā)電機，把電樞繞組同制動電阻連接起來。這樣，車軸帶動電動機的電樞旋轉，發(fā)出的電流就會被制動電阻變成熱能散逸，消耗機車動能。 (2)再生制動 該制動方式是將機車動能將電能重新反饋回電網(wǎng)中去加以利用。電力機車進行再生制動時，牽引電動機作為發(fā)電機工作，將列車在運行中所具有的機械能轉換成電能送回接觸網(wǎng)。尤其是在長大下坡道上，電力機車可以進行恒速再生制動。 電力機車 我國目前使用的干線電力機車主要是國產(chǎn)韶山型系列交直流電力機車。投入運用的電力機車有SS1型、SS

11、3型、SS4型等。 將電能從電力系統(tǒng)傳送到電力機車的電力設備，總稱為電氣化鐵道的供電系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)主要包括牽引變電所和接觸網(wǎng)兩部分。 4.3.2 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng) 供電系統(tǒng)示意圖 圖3-53 電力牽引系統(tǒng)的組成 發(fā)電廠(1)發(fā)出的電流，經(jīng)升壓變壓器(2)提高電壓后，由高壓輸電線(3)送到鐵路沿線的牽引變電所(4)。在牽引變電所里把電流變換成所要求的電流或電壓后，經(jīng)饋流線(5)轉送到鄰近區(qū)間和站場線路的接觸網(wǎng)(6)上供電力機車使用。 （1）定義 牽引變電所是設置于電氣化鐵路沿線，安裝有受電、變電、配電設備的建筑物。 1 牽引變電所 （2）任務 牽引變電所的任務是將電力系統(tǒng)高壓輸電線輸送

12、來的110千伏（或220千伏）的三相交流電，變壓為25千伏的單相交流電，向其鄰近區(qū)間和所在站場線路的接觸網(wǎng)送電，保證可靠而又不間斷地向接觸網(wǎng)供電。 （3）設備 在牽引變電所里，主要設有主變壓器、電壓互感器、電流互感器、高壓斷路器、各種高壓隔離開關以及避雷器等電氣設備。 （4）牽引變電所的供電安全 a）電網(wǎng)向牽引變電所供電：我國電氣化鐵路為國家一級電力負荷。因此，每個牽引變電所都采用兩路輸電線供電，且兩路輸電線有各自的桿塔、走線，以保證在一路輸電線發(fā)生故障時，牽引變電所供電不致于長時間中斷。牽引變電所內(nèi)還裝有各種控制、測量、監(jiān)視儀表和繼電保護裝置等。 b)牽引變電所向接觸網(wǎng)供電：目前。供電方式有

13、兩種，即單邊供電和雙邊供電。在單邊供電方式下，接觸網(wǎng)在相鄰兩個牽引變電所之間的中央部位是斷開的，將兩個牽引變電所之間的接觸網(wǎng)分成為兩個供電分區(qū)，電力機車只從一個牽引變電所取用電能。單邊供電的操作和保護都比較簡單，故障范圍也比較小，所以我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)普遍采用單邊供電方式。 通常，將接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線構成的電路稱為牽引網(wǎng)。接觸網(wǎng)和鋼軌是牽引網(wǎng)的主體。 2 牽引網(wǎng) 接觸網(wǎng)（圖3-54）是架設在電氣化鐵路上空，向電力機車供電的一種特殊形式的輸電線路，其質(zhì)量和工作狀態(tài)直接影響電氣化鐵路的運輸能力。 接觸網(wǎng)根據(jù)其接觸懸掛類型，可以分為簡單接觸懸掛和鏈形接觸懸掛兩類。圖3-54 接觸網(wǎng) 鏈形接觸懸掛

14、是將接觸導線通過吊弦掛在承力索上。 簡單接觸懸掛是將接觸導線直接固定在支持裝置上的懸掛類型。 圖3-56 簡單接觸懸掛圖3-55 鏈形接觸懸掛 機車牽引列車運行是由于它具有相當大的牽引力，用來克服列車起動時和運行中所受的阻力。機車牽引力（F）和運行速度（V）的乘積，就是機車的功率（N），即FVN，常用“千瓦”做單位。 任何一種機車，它的最大功率是一定的，叫做標稱功率。 4.4.1 機車的牽引力與機車功率4.4 機車牽引性能 圖3-50 東風11型機車牽引旅客列車 機車在牽引列車時，所受到的阻力是經(jīng)常變化的。當阻力增大時，機車就要發(fā)揮出更大的牽引力來克服它；反之，當阻力減小時，牽引力就可以小一點

15、。為了充分利用機車的功率，要求機車在各種不同運行阻力的情況下，都能具有恒功率輸出性能。這就要使FV常數(shù)。可見牽引力和速度之間應當成反比關系：當速度小時，牽引力大；速度大時，牽引力小。4.4.2 機車牽引性能曲線圖3-51 機車理想牽引性能曲線 機車理想牽引性能曲線 直流串勵電動機轉速與轉矩關系示意圖 把對F和V的這種要求表示在坐標上，應該是一條雙曲線，如下圖所示。這條曲線叫做機車理想牽引性能曲線，無論任何一種機車的牽引性能，都應與它相符合。 當然，曲線的兩端不能無限延長。左端，牽引力不能超過輪軌之間的粘著力，否則車輪會空轉；右端，速度也不能超過機車構造所能允許的范圍 電力傳動內(nèi)燃機車是由牽引電

16、動機通過齒輪驅動的，所以機車牽引力和速度取決于牽引電動機的轉矩和轉速，從而也就決定了機車的牽引特性。 串勵牽引電動機的速率與轉矩關系如上右圖所示。它所具有的工作特性最適合于機車牽引的要求。即機車上坡或負載增加時，牽引電動機轉矩較大，而轉速較低，反之，則轉矩減小，轉速上升。 目前，世界各國鐵路在旅客運輸，特別是在大城市之間的旅客運輸中，大力發(fā)展動車或動車組的運輸方式，最大限度滿足旅客運輸快速、舒適的需求。 安裝有動力裝置，其既具有牽引動力，又可以載客的客車叫做動車。只載旅客，沒有動力裝置的車輛稱為附掛車或拖車。由動車和拖車編組而成的列車，就叫動車組。4.5 電力動車組 動車組有兩種形式，一種是以

17、內(nèi)燃機驅動的內(nèi)燃動車組，另一種是由接觸網(wǎng)供電的電動車組。中國首列液力傳動內(nèi)燃動車組“中華之星”交流傳動高速電動車組. 動車組的編組內(nèi)容具有多樣性。目前，各國采用的動車組編組方式主要為： 1）全列均采用動車。例如日本東北新干線的200系，采用12輛動車編組。最高營運速度260km/h。（見圖3-73）圖3-73 日本新干線200系 2）動力車（不載旅客）掛在動車組的兩端，采用前拉、后推的方式推拉運行，即動+拖+動的形式。例如：西歐營運于倫敦-布魯塞爾-巴黎的eurostar，采用動1+拖9+拖9+動1的編組內(nèi)容。最高營運速度300km/h。（見圖3-74）圖3-74 法國TGV系動車組 3）動車

18、與拖車分別集中編組，即動+拖的形式。例如日本山陽新干線的700系，采用動12+拖4的編組內(nèi)容。最高營運速度285km/h。（見圖3-75）圖3-75 日本新干線700系 擁有相應數(shù)量的、性能良好的鐵路機車，是完成運輸任務的重要前提條件。 與車輛相同，我們從也兩方面保證鐵路運輸對機車的需求：一方面，鐵路工業(yè)部門不斷地新造足夠數(shù)量的機車；另一方面，鐵路機務部門做好機車在日常運用中的維修保養(yǎng)工作，使已有機車經(jīng)常處于質(zhì)量良好的狀態(tài)，確保安全、高速、便利地運送旅客和貨物，并延長機車的使用壽命。4.6 機車的檢修與運用 1、機務部門 機車的維護、檢修和運用是機務部門的基本任務，要求能夠經(jīng)濟、合理地運用機車

19、和質(zhì)量良好地檢修機車。 鐵路沿線負責機車運用和檢修工作的基層生產(chǎn)單位是機務段機務段。全路所有的機車分別配屬于各個機務段，并由它們來組織和計劃本段所屬機車的運用和檢修工作，同時也負責組織機車乘務人員的工作。此外，在機車交路的折返點，還設有機務折返段折返段，般沒有配屬機車和檢修設備，只供機車進行整備作業(yè)和折返前乘務人員臨時休息之用。 2、機車的整備作業(yè) 機車在牽引列車或調(diào)車工作之前需要供應機車必須的物資和做好各項準備工作這種物資供應和準備工作的總稱，叫做機車整備作業(yè)。 機車類型不同，整備作業(yè)的內(nèi)容也不一樣，其中以蒸汽機車最復雜。各種機車整備作業(yè)的項目如表3-5。需要供應的物資需要供應的物資項目內(nèi)燃

20、電力項目內(nèi)燃電力燃料YN機車轉向Y(N)N水YN機車擦拭YY砂YY檢查YY潤滑油YY給油YY擦拭材料YY交接班YY 機車經(jīng)過一定時期的運用以后，各部分構件都會發(fā)生磨耗、變形或損壞。為了保證機車正常工作延長使用期限，除機車乘務員的日常檢查和保養(yǎng)以外，還必須進行各種定期檢修。 機車的定期檢修除大修在機車工廠進行以外，其余的檢修一般都在機務段進行。因此，機務段除了機車的整備設備，還設有機車的檢修設備。 機車類型不同，它們的檢修周期和檢修內(nèi)容也不樣。4.6.1 機車的檢修 (1)機車的大修是一種全面的恢復性修理，大修后的機車基本上要達到新車的水平。 (2)機車中修又稱為架修，其主要目的是修理走行部，因此必須把機車架起，特定行部推出進行修理。 (3)小修主要是為了對有關設備進行測試和維修。 (4)輔修是臨時性的維修和養(yǎng)護。內(nèi)燃機車檢修周期表干線客、貨運機車調(diào)車、小運轉機車附注大修7090萬公里810年 小修公里或期限允許伸縮20%中修2330萬公里2.53年小修46萬公里46個月輔修不少于2萬公里不少于2個月電力機車檢修周期表干線客、貨運機車調(diào)車、小運轉機車附注大修160200萬公里不少于于15年 小修公里或期限允許伸縮20%中修4050萬公里不少于3年小修810萬公里不少于6個月輔修13萬公里不少于1個月 配屬給各機務段的機車，一般分配在一、二個牽引區(qū)段里