第二章 鐵路牽引動力

本章要點(diǎn)：內(nèi)燃機(jī)車組成傳動裝置柴油發(fā)動機(jī)工作原理電阻制動電氣化鐵道供電系統(tǒng)電力機(jī)車組成再生制動第二章鐵路牽引動力一.類型：

a.蒸汽：我國已淘汰

b.內(nèi)燃：主要動力方式

c.電力：主要動力方式§2.1牽引動力概述二.我國牽引動力概況§2.1牽引動力概述50年代以蒸氣機(jī)車牽引為主。60～70年代，內(nèi)燃電力得到了發(fā)展。80～90年代，內(nèi)燃電力取代了蒸汽。90年代向貨運(yùn)重載，客運(yùn)高速化發(fā)展。目前，我國內(nèi)燃機(jī)車為東風(fēng)型系列，電力機(jī)車為韶山系列。三.國外概況美國、西歐、日本，50～60年代蒸汽機(jī)車。美國、加拿大以內(nèi)燃機(jī)車為主，俄羅斯以電力機(jī)車為主?！案咚?，重載”是牽引動力的發(fā)展方向?！?.1牽引動力概述§2.2內(nèi)燃機(jī)車一.內(nèi)燃機(jī)車特點(diǎn)1.柴油機(jī)傳動裝置動輪2.熱效率高27～30％3.重量輕，功率大4.利用率高5.勞動條件好6.制造成本高，高海拔、長大隧道適應(yīng)性差。二.內(nèi)燃機(jī)車分類1.按用途：干線機(jī)車調(diào)車機(jī)車內(nèi)燃動車組2.按傳動方式：

§2.2內(nèi)燃機(jī)車機(jī)械傳動：柴油機(jī)齒輪變速系統(tǒng)動輪電傳動：柴油機(jī)電傳動裝置動輪液力傳動：柴油機(jī)液力變扭裝置動輪3.按機(jī)車軸式B0－B0

表示機(jī)車具有兩臺兩軸轉(zhuǎn)向架（單獨(dú)驅(qū)動）B－B表示機(jī)車具有兩臺兩軸轉(zhuǎn)向架（成組驅(qū)動）C－C表示機(jī)車具有兩臺三軸轉(zhuǎn)向架（成組驅(qū)動）C0－C0

表示機(jī)車具有兩臺三軸轉(zhuǎn)向架（單獨(dú)驅(qū)動）§2.2內(nèi)燃機(jī)車三.電傳動內(nèi)燃機(jī)車(一)組成發(fā)動機(jī)—柴油機(jī)傳動裝置—發(fā)電機(jī)、牽引電動機(jī)啟動裝置—蓄電池、起動電機(jī)

§2.2內(nèi)燃機(jī)車空氣制動系統(tǒng)—空氣壓縮機(jī)，總風(fēng)缸電氣控制系統(tǒng)—控制機(jī)車啟動，換檔等走行部—轉(zhuǎn)向架車體及底架§2.2內(nèi)燃機(jī)車(二)柴油機(jī)1.組成①固定部件—機(jī)體、機(jī)座、氣缸套、主軸承②運(yùn)動部件—活塞組、連桿、曲軸③配氣機(jī)構(gòu)④燃油系統(tǒng)⑤潤滑冷卻系統(tǒng)⑥進(jìn)排氣系統(tǒng)§2.2內(nèi)燃機(jī)車2.柴油機(jī)的分類(1)按氣缸排列方式分①直立式②V型③對動式(2)按空氣進(jìn)入汽缸的特點(diǎn)分①非增壓式②增壓式

§2.2內(nèi)燃機(jī)車(3)按柴油機(jī)工作方式分①二沖程式—活塞在氣缸中運(yùn)行一個來回完成一個工作循環(huán)。②四沖程式—活塞氣缸運(yùn)行兩個來回完成一個工作循環(huán)。沖程：活塞在氣缸中運(yùn)行單邊的距離。工作循環(huán)：進(jìn)氣，壓縮，燃燒膨脹，排氣?！?.2內(nèi)燃機(jī)車3.柴油機(jī)工作原理(1)進(jìn)氣沖程(圖a)?；钊陨现裹c(diǎn)向下運(yùn)動，配氣機(jī)構(gòu)打開進(jìn)氣閥，新鮮空氣進(jìn)入并充滿汽缸。

(2)壓縮沖程(圖b)。活塞自下向上運(yùn)動，進(jìn)氣閥關(guān)閉，進(jìn)入汽缸的空氣被壓縮，壓縮終了時，汽缸內(nèi)的壓力和溫度都達(dá)到了很高程度?！?.2內(nèi)燃機(jī)車(3)燃燒膨脹沖程(圖c)。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時，噴油器向汽缸里噴油，柴油與氣缸內(nèi)高溫高壓空氣相遇后立即燃燒，高壓燃?xì)馔苿踊钊蛳乱苿?，把熱能轉(zhuǎn)變成了機(jī)械能，經(jīng)過連桿傳遞，使曲軸旋轉(zhuǎn)對外作功，這是作功沖程§2.2內(nèi)燃機(jī)車(4)排氣沖程(圖d)。活塞自下止點(diǎn)向上運(yùn)動，排氣閥打開，廢氣從排閥排出汽缸。當(dāng)活塞臨近上止點(diǎn)時，進(jìn)氣閥又再次打開，讓新鮮空氣進(jìn)入汽缸，開始了又一個新的工循環(huán)。注：在柴油機(jī)的一個工作循環(huán)中，只有第三沖程，燃燒膨脹沖程是作功沖程，其他三個沖程是輔助沖程，這些輔助沖程所需的能量都是直接或間接來自各工作循環(huán)的第三沖程。因此柴油機(jī)工作時，必須首先用外力驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)，16240Z型柴油機(jī)的起動是利用機(jī)車上的蓄電池驅(qū)動起動電動機(jī)，帶動曲軸轉(zhuǎn)動的?！?.2內(nèi)燃機(jī)車4.傳動裝置(1)為什么要設(shè)傳動裝置機(jī)車?yán)硐霠恳匦訬=FVN—機(jī)車功率F—機(jī)車牽引力V—機(jī)車速度§2.2內(nèi)燃機(jī)車(2)柴油機(jī)特點(diǎn)及外輸出特性a.只能在空載時起動b.只能在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作c.轉(zhuǎn)速n變化時，扭矩M幾乎不變d.柴油機(jī)功率與n成正比，柴油機(jī)一般是在接近n=max條件下工作e.柴油機(jī)輸出軸只能一個方向轉(zhuǎn)動§2.2內(nèi)燃機(jī)車(3)電傳動裝置類型類型：1.直－直：直流電傳動2.交－直：交、直流傳動3.交－直－交：交流電傳動a.直－直電傳動柴油機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流串勵式牽引電動機(jī)動軸優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：直流發(fā)電機(jī)體積大，機(jī)車功率受限我國東風(fēng)2、3型屬此類§2.2內(nèi)燃機(jī)車

b.交－直電傳動柴油機(jī)三相交流發(fā)電機(jī)直流串勵式牽引電動機(jī)動軸優(yōu)點(diǎn)：功率大，構(gòu)造簡單缺點(diǎn)：需整流設(shè)備（東風(fēng)4屬此類）§2.2內(nèi)燃機(jī)車硅整流§2.2內(nèi)燃機(jī)車C.交－直－交電傳動傳動方式：柴油機(jī)交流發(fā)電機(jī)硅整流可控硅逆變器三相交流牽引電動機(jī)動軸優(yōu)點(diǎn)：功率大，性能好缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜。2000年,我國開發(fā)東風(fēng)4DJ型交流電傳動機(jī)車。三相交流直流三相交流、變頻(4)牽引發(fā)電機(jī)

①牽引發(fā)電機(jī)

a.同步—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速同步b.異步—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速不同步②組成

定子—由硅鋼片構(gòu)成，槽中嵌有電樞繞組。轉(zhuǎn)子—勵磁繞組，磁極鐵芯?！?.2內(nèi)燃機(jī)車直流交流③工作過程小型交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組柴油機(jī)交流牽引發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸定子輸出三相交流§2.2內(nèi)燃機(jī)車（5）牽引電動機(jī)①要求：a.牽引電動機(jī)的負(fù)載和轉(zhuǎn)速要有較大范圍的變化b.能經(jīng)受劇烈的震動c.能在惡劣的氣候條件下工作d.電機(jī)牽引動力和轉(zhuǎn)速能符合機(jī)車牽引的要求②直流串勵式牽引電動機(jī)A.組成：定子—勵磁繞組轉(zhuǎn)子—電樞繞組§2.2內(nèi)燃機(jī)車B.特點(diǎn)：a.勵磁繞組與電樞繞組串連b.通過兩個繞組的電流相等c.勵磁繞組的磁通量與電樞繞組電流成正比即：IS=ILφ=KISφ=KIL

IL—勵磁電流；IS—電樞電流

§2.2內(nèi)燃機(jī)車③直流串勵式牽引電機(jī)特性曲線A.轉(zhuǎn)距特性M=CmφIs=CmKIS2

Cm—電動機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；K—系數(shù)?！?.2內(nèi)燃機(jī)車B.轉(zhuǎn)速特性C.分析

當(dāng)負(fù)載MISn

當(dāng)負(fù)載MISn故直流串勵式轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)距M的關(guān)系如右圖：§2.2內(nèi)燃機(jī)車(6)交－直電傳動裝置工作原理§2.2內(nèi)燃機(jī)車（7）機(jī)車的速度調(diào)解

柴油機(jī)功率調(diào)解—燃料供應(yīng)調(diào)解發(fā)電機(jī)調(diào)解—牽引發(fā)電機(jī)勵磁電流的調(diào)節(jié)牽引電機(jī)調(diào)解—磁場削弱

①改變Rs—在電樞回路中增加附加電阻，但只能使Un，故一般不采用.方式由§2.2內(nèi)燃機(jī)車§2.2內(nèi)燃機(jī)車②改變牽引電動機(jī)端電壓，即牽引發(fā)電機(jī)輸出電壓.若忽略Rs，使IsRs＝0則有：當(dāng)在負(fù)載不變的條件下，Is不變故ф亦不變故有n＝kU因此，可通過改變φ來實(shí)現(xiàn)U的改變，實(shí)際上φ的改變是通過改變牽引發(fā)電機(jī)的勵磁電流實(shí)現(xiàn)的.(8)機(jī)車換向方法：通過改變勵磁繞組的電流方向來實(shí)現(xiàn)③磁場的削弱

方法：在牽引電動機(jī)勵磁繞組的兩端并聯(lián)一級或多級分路電阻，如圖

當(dāng)Xc斷開Is＝IL（全磁場）當(dāng)Xc閉合Is>IL(磁場削弱)

根據(jù)Un＝Ceφ

由于IL

φn§2.2內(nèi)燃機(jī)車原理：利用電動機(jī)的可逆性原理，在機(jī)車需要減速時，將電動機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)使用，發(fā)出的電通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。直流串勵式牽引電動機(jī)由牽引工況轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿庸r原理圖：(9)電阻制動§2.2內(nèi)燃機(jī)車注：電阻制動的特點(diǎn)①速度越高，制動力越大;②特別適合于長大下坡道制動;③車速<15km/h，需要與空氣制動配合.§2.2內(nèi)燃機(jī)車§2.3液力傳動內(nèi)燃機(jī)車二.液力傳動基本原理一.特點(diǎn)：柴油機(jī)液力傳動裝置動軸1.原理：§2.3液力傳動內(nèi)燃機(jī)車2.工作過程柴油機(jī)液力泵渦輪機(jī)齒輪變速箱動軸§2.3液力傳動內(nèi)燃機(jī)車三.液力變扭器特性－泵輪扭距－渦輪扭距

－渦輪轉(zhuǎn)速

－變扭頻率曲線說明：1.當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速為常數(shù)時=常數(shù)2.＝0時，＝最大＝最大時，＝03.渦輪變扭的效率在

之間為最大4.渦輪扭距隨

變化而成雙曲線§2.3液力傳動內(nèi)燃機(jī)車

變扭器高效區(qū)較窄,即變扭器轉(zhuǎn)速范圍較小,因此，柴油機(jī)與單個變扭器配合只能實(shí)現(xiàn)某一檔（速度級）的工作范圍，不能滿足機(jī)車牽引需要。一般，液力傳動裝置多由兩個以上不同性能的變扭器組成，它們聯(lián)合工作以實(shí)現(xiàn)機(jī)車牽引的要求.如圖：四.液力傳動裝置§2.3液力傳動內(nèi)燃機(jī)車五.機(jī)車的調(diào)速通過控制系統(tǒng)向不同的變扭器自動充油來完成，實(shí)現(xiàn)機(jī)車調(diào)速。(對不同的變扭器充油稱為換檔)六.機(jī)車換向通過齒輪變速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。注：我國生產(chǎn)的北京型、東方紅型機(jī)車均為液力動機(jī)車§2.3液力傳動內(nèi)燃機(jī)車一.概述二.電力機(jī)車的特點(diǎn)1.機(jī)車本身并無發(fā)動機(jī)，能量從外界獲得;2.功率比較大;3.效率較高，火電15～18％，水電60％;4.具有較好的爬坡性能，適于山區(qū)的長大隧道等線路;5.不夠靈活，初期投資較大?！?.4電力機(jī)車三.分類

直流分類

單相低頻

交流

交－直傳動

單相工頻

交－直－交傳動§2.4電力機(jī)車韶山系列SS1SS2SS3SS4BSS6SS7SS8SS9AC4000SS1:1958年制造功率4200KW（5710馬力）6軸SS3:1978年制造功率4800KW（6530馬力）6軸第二代SS4B:1995年制造功率6400KW（8700馬力）8軸第二代AC4000:1996年制造功率4000KW4軸再生制動交流傳動SS8SS9：準(zhǔn)高速客運(yùn)機(jī)車，時速達(dá)200KM以上1998年研制四.我國電力機(jī)車§2.4電力機(jī)車五.電氣化鐵道供電系統(tǒng)(一)接觸網(wǎng)電流制§2.4電力機(jī)車

定義：機(jī)車從接觸網(wǎng)取得直流電直流制

過程：發(fā)電廠（110kv3相）

牽引變電所(整流降壓)

接觸網(wǎng)(3000v)

機(jī)車

特點(diǎn)：變電所數(shù)量多，機(jī)車結(jié)構(gòu)簡單

1.低頻單相交流：機(jī)車從接觸網(wǎng)取得低頻單相交流電

過程:發(fā)電廠(110kv3相)

牽引變電所（換相降壓變頻）

接觸網(wǎng)（11～15kv單相交流）

機(jī)車交流制

特點(diǎn)：需要造低頻發(fā)電廠或低頻變電所

2.工頻單相交流：機(jī)車從接觸網(wǎng)取得工頻單相交流電

過程：發(fā)電廠（110kv3相）

牽引變電所(換相降壓)

接觸網(wǎng)（25kv單相交流）

機(jī)車

特點(diǎn)：牽引變電所數(shù)量少，機(jī)車結(jié)構(gòu)復(fù)雜§2.4電力機(jī)車1.牽引變電所：沿鐵路線布置，相隔50～60km主要設(shè)備：變壓器，母線，隔離開關(guān)任務(wù)：降壓，換相a.換相原理：(二)牽引供電系統(tǒng)§2.4電力機(jī)車

b.電流引入過程電流

隔離開關(guān)

母線

變壓器

隔離開關(guān)

接觸網(wǎng)§2.4電力機(jī)車2.接觸網(wǎng)(1)對接觸網(wǎng)的要求a.輸電線弛度小，彈性均勻b.具有良好的穩(wěn)定性（無上下振動及擺動）c.具有良好的機(jī)械強(qiáng)度d.能適應(yīng)氣候的變化§2.4電力機(jī)車(2)接觸網(wǎng)a.接觸懸掛：承力索吊弦接觸線b.支撐裝置：腕臂拉桿絕緣子c.定位裝置：定位器與定位管d.支柱基礎(chǔ)：承受負(fù)荷§2.4電力機(jī)車§2.4電力機(jī)車支持裝置接觸懸掛支柱與基礎(chǔ)定位裝置(3)接觸網(wǎng)懸掛方式

a.簡單懸掛：無承力索與吊弦適用于速度較低的線路，速度不大于70km/hb.鏈形懸掛:①無補(bǔ)償鏈形懸掛②半補(bǔ)償鏈形③全補(bǔ)償鏈形§2.4電力機(jī)車(4)接觸