铁路机车

机车是铁路运输的牵引动力，为满足牵引要求应具有的特征：•①可靠性高•②牵引性能良好•③数量足够•④定期的维护与维修•⑤机车组织运用合理一、概述机车分类按运用分：客运机车、货运机车、调车机车。按牵引动力分：蒸汽机车、内燃机车、电力机车。蒸汽机车内燃机车电力机车一、概述内燃机车是以内燃机作为原动力的机车。内燃机车的优点：热效率高；机车整备时间短，持续工作时间长；初期投资少，便于多机牵引。内燃机车按传动方式的不同可分为电力传动内燃机车和液力传动内燃机车两种类型。东风4B型内燃机车东风5型内燃机车二、内燃机车铁路上采用的内燃机绝大多数是柴油机，是将柴油燃烧产生的热能转变为由柴油机曲轴输出机械能的动力机械。四冲程柴油机：柴油机完成一个工作循环（进气、压缩、燃烧膨胀、排气），活塞经历四个冲程，曲轴旋转720度。二、内燃机车内燃机车主要由柴油机、传动装置、走行部、车体、车底架、车钩缓冲装置、制动装置和辅助装置等部分组成。（一）电力传动内燃机车（一）电力传动内燃机车16V240ZD型柴油机1、动力装置——柴油机（一）电力传动内燃机车16V240柴油机1、动力装置——柴油机（1）柴油机的工作原理活塞可以在气缸内滑行，并通过连杆与曲轴相连。活塞在最高位置时，活塞顶部与气缸、气缸头所包围的空间组成燃烧室。为了向气缸内供给新鲜空气、喷送燃料和向缸外排出燃烧后的高温高压的燃气，在气缸内膨胀并推动活塞而对外作械功。（一）电力传动内燃机车（1）柴油机的工作原理柴油机的活塞在工作时，从气缸内的最上方(上止点)滑行至最下方(下止点)，或从最下方滑行至最上方所走过的行程，叫一个冲程。活塞需要经过往复四个行程，柴油机的曲轴转动二周，才能完成进气、压缩、燃烧膨胀、排气这样一个工作循环的柴油机，就叫做四冲程柴油机。（一）电力传动内燃机车（1）柴油机的工作原理进气冲程：活塞自上止点滑行到下止点，在配汽机构的作用下打开了进气阀，新鲜空气便进入进气阀并充满气缸。压缩冲程：活塞由下止点回行至上止点，此时两个进气阀都是关闭的，进入气缸的空气，由于活塞回行而受着压缩，压缩终了时，气缸内空气的压力和温度都达到了很高的程度。（一）电力传动内燃机车（1）柴油机的工作原理燃烧膨胀冲程：当活塞行至上止点时，由喷油器喷入气缸内的雾化燃料与高温高压的空气相遇后立即燃烧而放出热能，而高温高压的燃气推动括塞向下移动，使热能变为机械能，经过连杆的传递，使曲轴旋转对外作功，所以这个冲程又叫作功冲程。（一）电力传动内燃机车（1）柴油机的工作原理排气冲程：在膨胀冲程末期，即活塞到达下止点前，排气阀在配气机构作用下开启，将已经做过功的废气排入大气，此时缸内压力亦迅速下降。在活塞由下止点回行到达上止点后，排气阀关闭，同时进气阀又再次打开，新鲜空气进入气缸，于是，又开始了一个新的工作循环。（一）电力传动内燃机车2、传动装置（1）机车牵引性能机车牵引力（F）和运行速度（V）的乘积，就是机车的功率（N），即F·V＝N，常用“千瓦”做单位。任何一种机车，它的最大功率是一定的，叫做标称功率。机车理想牵引性能曲线要求机车在各种运行阻力下，具有恒定功率输出，使F·V为常数。故牵引力与速度之间成反比关系：速度小，牵引力大；速度大，牵引力小。（一）电力传动内燃机车2、传动装置（2）设传动装置必要性在机车起动低速运行时，柴油机却因低速发出功率甚小，于是机车的牵引力也很小，这样就不适合直接用于铁路牵引工作的要求，因此在它们之间需要有一套传动装置，使其牵引特性接近或符合于机车理想的牵引特性，以便满足机车牵引列车的要求。（一）电力传动内燃机车2、传动装置机车牵引性能直流串励电动机转速与转矩关系示意图电传动内燃机车由牵引电动机通过齿轮驱动，所以机车牵引力和速度取决于牵引电动机的转矩和转速。串励牵引电动机的速率与转矩关系具有的工作特性最适合于机车牵引的要求。即机车上坡或负载增加时，牵引电动机转矩较大，而转速较低，反之，则转矩减小，转速上升。（一）电力传动内燃机车2、传动装置（3）传动基本原理柴油机→牵引发电机F（机械能转变为电能，三相交流电）→整流装置ZL（交流电变为直流电）→牵引电动机（1D－6D）。前进或后退，通过改变电动机的励磁绕组的电流方向进行实现。（一）电力传动内燃机车内燃机车的牵引电动机原动机(柴油机)首先带动一台发电机，把燃料的热能变为机械能，然后把电能送给驱动车轴的牵引电动机，把电能变成机械能，使机车运行。传动时如是直流发电机和直流电动机，称“直—直流电传动”；如是交流发电机和直流电动机，称“交—直流电传动”，东风4就是此类传动，其指标较优；交流发电机和交流电动机的传动形式，称为“交—直—交流电传动”内燃机车。电力传动工作原理1－柴油机；2－牵引发电机；3－电路；4－牵引电动机；5－主动齿轮；6－从动齿轮；7－动轮。（4）传动类型（一）电力传动内燃机车3、走行部（1）构架构架是转向架的骨架，用以联系转向架各组成部分和传递各方向的力。它由左右两侧梁、前后端梁和前后横梁所组成。每一转向架上有四个摩擦式旁承,机车上部重量，就是通过旁承传给转向架的。我国内燃机车转向架一般都采用焊接构架。（一）电力传动内燃机车3、走行部（2）轮对和轴箱转向架上有三个轮对。轮对由车轴、轮心、轮箍、从动齿轮等组成。轴箱位于车轴两端，其主要作用为固定轮对的位置，并将机车上的负荷传达于轮对。（一）电力传动内燃机车3、走行部（3）减振装置减振装置的作用主要为了缓和轮轨间的冲击，降低动载荷，减少振动，使机车运行平稳和安全。减振装置包括弹簧、液压减振器和橡胶垫等。（4）电机悬挂装置每一转向架上安有三台牵引电动机，它们都采用电车式悬挂安装在转向架上。（5）牵引装置牵引装置由两根牵引杆，两个牵引拐臂和一报连接杆等组成。（一）电力传动内燃机车3、走行部（6）基础制动装置从转向架上的制动缸到闸瓦之间的一套装置称为基础制动装置，这种转向架的基础制动装置为独立作用式单边闸瓦制动，就是每个车轮都由一个制动缸带动一块闸瓦来制动。（7）撒砂装置每个转向架的四角都装有一套撒砂装置，当司机按动操纵台上的撒砂开关时，砂就撒在车轮运行方向前的轨面上，以提高轮轨之间的摩擦系数，防止车轮空转。（一）电力传动内燃机车•用英文字母表示动轴数，如A为1根动轴、B为2根动轴、C为3根动轴、D为4根轴：•用数字表示无动力的轴数。•C0一C0表示机车有两个三轴转向架装在同一个车底架上，注脚“0”表示每个转向架内3根动轴各用电动机单独驱动。•轴列式B0一B0一B0表示3个二轴转向架装在同一车底架上，每根动轴都是单独驱动。•B一B表示机车有两个二轴转向架，转向架内的两根轴是成组驱动的。•轴列式A1A一A1A表示机车有两个三轴转向架。A1A表示三轴转向架，其两根端轴用“A”表示为动轴，中间一根轴用数字“1”表示为无动力，即不装牵引电动机。•B0一2一B0表示两端两个二轴转向架为动力转向架，中间二轴转向架为无动力转向架。转向架式机车轴列式表示法3、走行部（一）电力传动内燃机车液力传动内燃机车与电力传动内燃机车相比，在机车的各个组成部分——由柴油机、传动装置、走行部、车体、车底架、车钩缓冲装置、制动装置相辅助装置中，除传动装置不同外，其余部分都是相似的。在液力传动内燃机车上，原动力仍是柴油机，在柴油机和机车动轮之间，装有一套液力传动装置，利用工作油改变柴油机的外部特性，以适合列车运行的要求。北京型液力传动内燃机车（二）液力传动内燃机车液力变扭器由泵轮、涡轮和导向轮组成。泵轮（能量输入）通过泵轮铀、齿轮和方向轴与柴油机构主轴相连；涡轮（能量输出）通过轮轴、齿轮和方向轴与机车动轮相连；导向轮是固定在变扭器体上不能转动。1、液力变扭器的组成在柴油机和机车动轮之间，装有一套液力传动装置，利用工作油改变柴油机的外特性，以适合列车运行的要求。（二）液力传动内燃机车2、液力变扭器工作原理（二）液力传动内燃机车柴油机起动，泵轮高速转动。如向变扭器充工作油，工作油被高速旋转的泵轮叶片带动旋转。由于离心力，工作油从泵轮叶片处流出具有很高流速和压力。高压油冲击涡轮叶片，涡轮跟着转动，最后传动到机车，使机车运行。2、液力变扭器工作原理（二）液力传动内燃机车涡轮速度很低时，工作油对涡轮叶片压力很大，涡轮速度不断提高，越接近泵轮转速，涡轮叶片压力越小。故柴油机发出基本不变扭矩，经过变扭器可满足机车牵引列车要求。2、液力变扭器工作原理（二）液力传动内燃机车工作油作为传递能量的介质，从泵轮上得到高压、高速的能量，传到涡轮，从涡轮叶片流出后，经导向轮叶片的引导，又重新返回泵轮，即：泵轮→涡轮→导向轮→泵轮，往复循环，不断地把柴油机的功率传输给机车动轮。2、液力变扭器工作原理机车需要制动时，司机只要操纵把变扭器工作油排出，使它流回油箱即可。（二）液力传动内燃机车中国第一台自己制造的内燃机车是1958年大连机车车辆工厂仿照前苏联ТЭ3型电传动内燃机车试制成功的。它就是“巨龙”号电传动内燃机车，后经过改进设计定型，命名为东风型并成批生产。1.第一代（三）内燃机车的发展•58年，北京二七机车厂试制成功“建设”号电传动内燃机车。戚墅堰机车车辆厂也试制成功“先行”号电传动内燃机车。这两种车都没有批量生产（三）内燃机车的发展•四方机车车辆工厂也于1958年开始设计，1959年试制成功中国第一台液力传动内燃机车，当时命名为“卫星”号，代号NY1。后经过长期试验和多次改进，定型为东方红型，于1966年成批生产。（三）内燃机车的发展2.第二代：•比第一代机车功率大，机车运用可靠性、耐久性也有了明显提高。DF4、BJ型北京型是二七机车工厂1970年开始试制，1975年批量生产的四轴干线客运内燃机车。机车标称功率1500kW，最大速度120km/h，车长15045mm，轴式B-B。（三）内燃机车的发展东方红1型是四方机车车辆工厂1959年试制，1964年批量生产的干线客运内燃机车，机车按双机联挂设计，也可以单机使用。前73台的机车标称功率是1060kW，最大速度140km/h，车长16550mm，轴式B-B。后36台的机车标称功率增加到1220kW，最大速度降为120km/h，其他不变。（三）内燃机车的发展•东方红2型1966年由四方机车车辆工厂按客运内燃机车设计制造的，机车功率为1470kW，只试制了一台。1972年资阳内燃机车厂和四方机车车辆工厂共同设计，1973年资阳内燃机车厂试制投产的东方红2型，已改为调车用的内燃机车，机车标称功率是650kW，最大速度62km/h，车长12400mm，轴式B-B。（三）内燃机车的发展•东方红3型是四方机车车辆工厂1976年开始制造的干线客运内燃机车，机车标称功率是730×2kW，最大速度120km/h，车长17970mm，轴式B-B。机车的动力装置是两套相同而独立的机组，可以使用其中任何一套或两套同时工作。1987年，该厂还制造了两台机车标称功率为820×2kW的东方红3型。（三）内燃机车的发展•东方红4型从1969年到1977年共制造了5台，没有进行大批量生产。机车功率为3308kW。（三）内燃机车的发展•东方红5型是调车和小运转内燃机车，由资阳内燃机车工厂于1976年~1988年制造。机车标称功率是590kW，最大速度，调车时为40km/h，小运转时为80km/h，车长13700mm，轴式B-B。（三）内燃机车的发展•东方红6型是资阳内燃机车工厂1981年专为上海黄浦港生产的内燃机车。机车功率是1740kW，轴式B-B。只生产1台。（三）内燃机车的发展•东方红21型是高原米轨通用型内燃机车，由四方机车车辆工厂于1976年设计，1977年试制投产，1982年又进行改进。机车标称功率是640kW，最大速度50km/h，车长12000mm，轴式B-B。（三）内燃机车的发展3.第三代•为适应铁路“重载提速”要求，通过学习国外先进技术，引进消化和与国外合作，生产出功率更大、速度更快，满足干线货运列车的重载牵引要求。以DF6、DF8B、DF11为代表车型。（三）内燃机车的发展东风5型内燃机车代号DF5，1974年设计