内燃机车篇
内燃机车简介
内燃机车(diesel locomotive)以内燃机作为原动力,通过传动装置驱动车轮的机车。根据机车上内燃机的种类,可分为柴油机车和燃气轮机车。由于燃气轮机车的效率低于柴油机车以及耐高温材料成本高、噪声大等原因,所以其发展落后于柴油机车。在中国,内燃机车的概念习惯上指的是柴油机。
20世纪初,国外开始探索试制内燃机车。1924年,苏联制成一台电力传动内燃机车,并交付铁路使用。同年,德国用柴油机和空压缩机配接,利用柴油机排 气余热加热压缩空气代替蒸汽,将蒸汽机车改装成为空气传动内燃机车。1925年,美国将一台220 kW电传动内燃机车投入运用,从事调车作业。30年代,内燃机车进入试用阶段,直流电力传动液力变扭器等广泛采用,并开始在内燃机车上采用液力耦合器和液 力变扭器等热力传动装置的元件,但内燃机车仍以调车机车为主。30年代后期,出现了一些由功率为900~1 000 kW单节机车多节连挂的干线客运内燃机车。
第二次 世界大战以后,因柴油机的性能和制造技术迅速提高,内燃机车多数配装了废气涡轮增压系统,功率比战前提高约50%,配置直流电力传动装置和液力传动装置的 内燃机车的发展加快了,到了20世纪50年代,内燃机车数量急骤增长。60年代期,大功率硅整流器研制成功,并应用于机车制进,出现了交—直流电力传动的 2 940 kw内燃机车。在70年代,单柴油机内燃机车功率已达到4 410kW。随着电子技术的发展,联邦德国在1971年试制出1 840 kW的交一直一交电力传动内燃机车,从而为内燃机车和电力机车的技术发展提供了新的途径。内燃机车随后的发展,表现为在提高机车的可靠性、耐久性和经济 性,以及防止污染、降低噪声等方面不断取得新的进展。
中国从 1958年开始制造内燃机车,先后有东风型等3 种型号机车最早投入批量生产。1969年后相继批量生产了东风4等15种新机型,同第一代内燃机车相比较,在功率、结构、柴油机热效率和传动装置效率上, 都有显著提高;而且还分别增设了电阻制或液力制动和液力换向、机车各系统保护和故障诊断显示、微机控制的功能;采用了承载式车体、静液压驱动等一系列新技 术;机车可靠性和使用寿命方面,性能有很大提高。东风11客运机车的速度达到了160 km/h。在生产内燃机车的同时,中国还先后从罗马尼亚、法国、美国、德国等国家进口了不同数量的内燃机车,随着铁路高速化和重载化进程的加快,正在进一 步研究设计、开发与之相适应的内燃机车。
按用途可分客运、货运、调车内燃机车。接走行部形式分为车架式和转向架式内燃车。 按传动方式分为机械传动、液力传动、电力传动内燃机车。现代机车多采用电力和液力传动。电力传动又可分为直流电力传动和交—直流电力传动和交—直—交电力传动内燃机车。
内燃机车由柴油机、传动装置、辅助装置、车体走行部(包括车架、车体、转向架等)、制动装置和控制设备等组成。
内燃机车的动力装置,又称压燃式内燃机。主要结构特点包括汽缸数、汽缸排列形式、汽缸直径、活塞冲程、增压与否等。现代机车用的柴油机都配装废气涡轮增 压器,以利用柴油机废气推动涡轮压气机,把提高了压力的空气经中间冷却器冷却后送入柴油机进气管,从而大幅度提高了柴油机功率和热效率。柴油机工作有四冲 程和二冲程两种方式,同等转速的四冲程机的热效率一般高于二冲程,所以大部分采用四冲程。从转速来看,分为高速机(1 500 r/min左右)、中速机(1 000 r/min)和低速机(中速机转速以下)。为满足各种功率的需要,生产有相同汽缸直径和活塞的各种缸数的产品。功率较小用6缸、8缸直列或8缸V型,功率 较大用12、16、18和20缸V型,其中以12、16缸的最为常用。
为使柴油机的功率传到动轴上能符合机车牵引要求而在两者之间设置的媒介装置。柴油机扭矩—转速特性和机车牵引力—速度特性完全不同,不能用柴油机来直接 驱动机车动轮:柴油机有一个最低转速,低于这个转速就不能工作,柴油机因此无法启动机车;柴油机功率基本上与转速成正比,只有在最高转速下才能达到最大功 率值,而机车运行的速度经常变化,使柴油机功率得不到充分利用;柴油机不能逆转,机车也就无法换向。所以,内燃机车必须加装传动装置来满足机车牵引要求。 常用的传动方式有机械传动、液力传动和电力传动。①机械传动装置是由离合器、齿轮变速箱、轴减速箱等组成的。因其功率受到限制,在铁路内燃机车中不再采 用。②液力传动装置主要由液力传动箱、车轴齿轮箱、万向轴等组成。液力变扭器(又称变矩器)是液力传动机车最重要的传动元件,由泵轮、涡轮、导向轮组成。 泵轮和柴油机曲轴相连,泵轮叶片带动工作液体使其获得能量,并在涡轮叶片流道内流动中将能量传给涡轮叶片,由涡轮轴输出机械能做功,通过万向轴、车轴齿轮 箱将柴油机功率传给机车动轮;工作液体从涡轮叶片流出后,经导向轮叶片的引导,又重新返回泵轮。液力传动机车(图2)操纵简单、可靠,特别适用于多风沙和 多雨的地带。③电力传动分为三种:(a)直流电力传动装置。牵引发电机和电动机均为直流电机,发动机带动直流牵引发电机,将直流电直接供各牵引直流电动机 驱动机车动轮。(b)交—直流电力传动装置。发动机带动三相交流同步发电机,发出的三相交流电经过大功率半导体整流装置变为直流电,供给直流牵引电动机驱 动机车动轮。(c)变—直—交流电力传动装置。发动机带动三相同步交流牵引发电机,发出的直流通过整流器到达直流中间回路,中间回路中恒定的直流电压通过 逆变器调节其振幅和频率,再将直流电逆变成三相变频调压交流电压,并供给三相异步牵引电动机驱动机车动轮。电力传动机车的应用最为广泛。
包括车架、车体、转向架等基础部件。①车架是机车的骨干,安装动力机、车体、弹簧装置的基础。车架为一矩形钢结构,由中梁、侧梁、枕梁、横梁等主要部分 组成,上面安装有柴油机、传动装置、辅助装置和车体(包括司机室),下面由两个转向架支撑并与车架相连,车架中梁前后两端的中下部装设车钩、缓冲装置。车 架承受荷载最大,并传递牵引力使列车运行,因此,车架必须有足够的强度和刚度。②车体是车架上部的外壳,起保护机车上的人员和机器设备不受风、沙、雨雪的 侵袭和防寒作用。按其承受载荷情况,分为整体承载式和非整体承车体;按其外形分为罩式和棚式车体。③转向架是机车的走行装置,又称台车。由构架、旁承、轴 箱、轮对、车轴齿轮箱(电力传动时包括牵引电机)、弹簧、减振器、均衡梁,以及同车架的连结装置、基础制动装置等主要部件组成。其作用是承载车架及其上面 装置的重量,传递牵引力,帮助机车平衡运行和顺利通过曲线。内燃机车一般为具有两个2 轴或3 轴的转向架。
用来保证柴油机、传动装置、走行部、制动装置和控制调节设备等正常工作的装置。主要设备包括:燃油系统——保证给柴油机供应燃油的设备及管路系统;冷却 系统——保证柴油机和液力传动装置能够正常工作的冷却设备和管路系统;机油管路系统——给柴油机正常润滑的设备及管路系统;空气滤清器——过滤空气中灰尘 等赃物的装置;压缩空气系统——供给列车的空气制动装置、砂箱、空气笛及其他设备压缩空气的系统;辅助电气设备——蓄电池组、直流辅助发电机、柴油机起动 电机等。
内燃机车都装有一套空气制动机和手制动机。此外,多数电力传动机车增设电阻制动装选,液力传动机车装有液力制动装置。
控制机车速度、行驶方向和停车的的设备。主要有机车速度控制器、换向控制器、自动控制阀和辅助制动阀。操纵台上的监视表和警告信号装置有:空气、水、油 等压力表,主要部位温度表,电流表、电压表,主要部位超温、超压或压力不足等音响和显示警告信号。为了保证安全,便于操作,内燃机车上还装设有机车信号和 自动停车装置。
燃料在汽缸内燃烧,所产生的高温高压气体在汽缸内膨胀,推动活塞往复运动,连杆带动曲轴旋转对外做功,燃料的热能转化为机械功。柴油机发出的动力传输给 传动装置,通过对柴油机、传动装置的控制和调节,将适应机车运行工况的输出转速和转矩送到每个车轴齿轮箱驱动动轮,动轮产生的轮周牵引力传递到车架,由车 架端部的车钩变为挽钩牵引力来拖动或推送车辆。
北京型液力传动内燃机车 |
1、机车总体布置 机车分上、下两大部分,上部为车体及内部设施,下部为走行部。 侧壁承载式车体由主车架及焊装在车架上面的4个部分组成:I端司机室、冷却间、机器间及II端司机室。 2、机车动力装置 机车装用12V240/260ZJ型柴油机。 3、机车液力传动 北京型机车的传动系统,主要包括液力传动箱、车轴齿轮箱、辅助传动装置、万向轴及弹性联轴节等。 EQ2027A型液力传动箱与12V240ZJ型柴油机配套使用。传动箱位于机车冷却室下方,并通过4个弹性支座固定在机车车架上。其功率由一端输入,两 端输出。输入法兰经万向轴和弹性联轴节与柴油机曲轴相连,面向传动箱的输入端看,输入轴为逆时针旋转;其两端的输出法兰经万向轴与车轴齿轮箱的输入轴相 连。 4、机车走行部 北京型机车走行部为两台无导框、外牵引杆式二轴转向架。 根据运用部门的要求,在照顾到改进前后零部件互换性的条件下,从3075号机车开始,使用了新的转向架,轴距由原来的 2350mm,增大为2500mm,除解决了落轮和便于制动缸的维护外,还改善了机车运行品质。 5、机车辅助系统 机车辅助系统包括燃油系统、机油系统、传动油系统、冷却水系统、进排气系统、空气制动系统及电气系统。 燃油系统由两部分组成,一部分是柴油机内部的燃油系统,主要由燃油精滤器、喷油泵、喷油器、限压阀及管路组成;二部分是柴油机以外的装在机车上的燃油系 统,主要由燃油箱、粗滤器、燃油泵组、燃油预热器及燃油管路组成。两部分以燃油精滤器为联接枢纽,共同完成向柴油机燃烧室的供油工作。 柴油机机油系统由两部分组成:1、主润滑油路主要由润滑机油泵、机油离心精滤器、机油精滤器、主油道、分油器、限压阀、增压器机油滤清器及机油管路等组成; 2、活塞冷却油路主要由活塞冷却机油泵、活塞冷却油道、冷却喷嘴、分油器及冷却油管路等组成。 机车机油系统主要由辅助机油泵、机油热交换器、机油滤清主机油管路等组成。 传动油系统由两部分组成:1、液力传动箱内部的传动油系统,包括变矩器工作油路、冷却润滑油路;2、机车上的传动油系统,包括传动油热交换器和传动油管路。 机车冷却系统为封闭式循环系统。按工作性质不同,整个水系统由3个回路组成:高温水回路、低温水回路及预热采暖回路。 6、机车辅助传动装置 机车辅助传动装置,即冷却风扇传动装置,由风扇偶合器、万向轴、控制系统及管路等部分组成。驱动高温回路冷却风扇的是高温风扇偶合器,驱动低温回路冷却风 扇的是低温风扇偶合器。两个风扇偶合器均装于冷却室散热器的V形夹角内。高低温风扇偶合器的构造基本相同,只是因为动力输人方向不同,箱体构造略有差异。 三、技术改进 (1)1973年,对12V240/260ZJ型柴油机全面改进设计。采用脉冲增压、钢顶铝裙活塞、进气稳压箱等先进技术,以及加大自由端重联介轮直径, 重点解决齿轮轴定位和连接结构等一系列技术问题。提高了柴油机技术性能指标和可靠性。于1994年9月通过部级鉴定。 (2)液力传动系统改进设计,采用了具有世界先进水平的液力变矩器和新型的结构设计。经运用实践考核,北京型机车液力传动箱首先做到一个大修期不拆检。北京型 3142号机车牵引热工性能试验表明,机车轮周效率达31.32%。 (3)为提高机车的可靠性,在12V240/ 2幻U型柴油机上采用铸焊结合结构的B型机体,机车相关部位也作了改进,并于 1997年10月通过了中车公司组织的技术鉴定。 北京型液力传动内燃机车主要技术参数 轴列式 B-B 轨距 1435mm 装车功率 1990k 轴重 23t 计算整备重量 92t 轮径 1050mm 最大速度 120km/h 起动牵引力 245kN 通过最小曲线半径 125m 机车全长 16505mm 机车高度 4735mm 机车宽度 3285mm 燃料箱容积 5500L |
行型内燃机车 | ||||||
先行型内燃机车是 戚墅堰机车车辆厂制造的国产第一台干线客货运内燃机车。机车装用2台仿西德的SZ175型柴油机,装车功率为2×1000马力,最高速度125km/h, 牵引10辆客车时速可达96公里。。1958年12月30日,先行型内燃机车剪彩出厂。1959年国庆10周年时,该机车曾在北京展览馆展出。 主要技术参数 用途: 客、货运 柴油机型号: 12V175 装车功率: 2X1000马力 传动方式: 直--直电传动 轴式: C0-C0 轨距: 1435MM 整备重量: 120T 轴重: 20T 构造速度: 125KM/H 持续速度: 20KM/H 起动牵引力: 持续牵引力: 199KN 轮径: 1120MM 机车轴距: 14800MM 转向架轴距: 2100MM 转向架中心线间距: 10600MM 车钩中心线间距: 18920MM 通过最小半径: 125M 最大高度: 4700MM 最大宽度: 3279MM 燃油储备量: 5640KG 主发电机型号: ZFN74/38 牵引电机型号: ZQ439/420
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