1-1 电力牵引的发展过程和趋势

1-1电力牵引的发展过程和趋势概述：一、机车的诞生伴随着工业进步，真正用机器作为牵引动力是由183年前蒸汽机车的诞生开始的。从此人类用智慧谱写了牵引技术辉煌发展的历史。◇形成时期(1804～1830年)1769年，法国人居尼奥，用了6年时间制成了世界第一辆具有实用价值的蒸汽汽车。因而法国被认为是是蒸汽汽车的诞生地。1804年英国人R.特里维西克创造了一辆铁路蒸汽机车。这一实践证实两个重要现象：光滑的铁制机车驱动轮可在光滑的铁轨上运行而不会空转；机车可以拖动比其自重大的多的重物。后人继起研究，得知轮轨间粘着力、粘着重量、粘着系数、粘着牵引力等相互关系。这个问题涉及如何利用有限的机车粘着重量牵引更多的载重，至今仍在继续探讨。机车重4.5吨，时速8公里，能牵引10吨货物，5节车，可乘70名旅客。◇1814年7月英国发明家G.斯蒂芬森造出他的第一辆机车，被誉为首次成功的机车。后来主要由其子R.斯蒂芬森设计建造的“火箭”号蒸汽机车。蒸汽机车的基本构造形式除广泛采用外汽缸式（汽缸装于车架前端两外侧）外，迄今无多大变化“新城堡”号—首次投入实际应用的蒸汽机车（1804年）乔治·斯蒂芬森制造蒸汽机车“旅行”号“№1”（现陈列于达林顿车站）1814年拿破仑侵英战争爆发，马车不能适应战时运煤的需要，斯蒂芬逊研制成从烟囱排蒸汽以使锅炉鼓风燃烧的机车。载30吨煤每小时行驶6.4公里。到1825年9月，他终于制成可供使用的蒸汽机车，每小时可行驶24公里，载重90吨，从而完成了火车的发明。◇发展时期(1831～1920年)●1830年：美国以及其他一些国家先后开始制造蒸汽机车。这个时期最早使用二轴引导转向架是美国于1832年制造的2-1-0式“乔纳森兄弟”号机车。1884年：瑞士人A.马利特发明关节式机车，能顺利通过曲线。整备重量为543吨,锅炉压力为2.068兆帕（21.1千克力/厘米2），在时速120公里条件下，发挥出功率6000马力以上。●1875～1900年：广泛应用蒸汽两次膨胀原理，创造了复胀式机车，提高了机车热效率。●1900～1920年：由于采用蒸汽过热和给水加热等装置，机车的热效率、牵引力和功率有大幅提高。二、机车牵引技术的发展中国的蒸汽机车2003年4月，英国彼得·克拉什提供的一张与RocketofChina合影的照片。1881年在唐胥铁路，时任总工程师的英人Burnet的夫人仿照乔治·斯蒂文森制造的英国著名的蒸汽机车“火箭号”，把它命名为RocketofChina。中国第一台蒸汽机车—“龙”号（1882年）这台“极其奇形怪状的二轴蒸汽机车”是由矿用机械零部件拼装而成的，是真正的“中国火箭”号。●1952年我国研制出具有世界先进水平的前进系列蒸汽机车并且出口到世界很多国家。以后逐步制造了解放型和建设型（1-4-1式）,胜利型和人民型(2-3-1式),FD型和前进型（1-5-1式）等六种主型蒸汽机车。●同年日本、美国宣布蒸汽机车停产。于是中国成为全球最後一个制造大型蒸汽机车的国家，大同机车厂一直生产蒸汽机车至1988年。●我国在鼎盛时期达到蒸汽机车8000台左右。前进型蒸汽机车建设型蒸汽机车2005年12月9日，在内蒙古大板附近的铁道边上，最后一列蒸汽机车执行完务后，从正线退出运营，从而见证了我国蒸汽机车退出历史舞台的最后一刻！内蒙古集通铁路大板机务段一名司炉工为蒸汽机车加煤。蒸汽机车呼啸飞驰、气势磅礴，张扬着“火车”的个性。§1-1我国内燃机车的发展1894年，德国研制成功了第一台汽油内燃机车。开创了内燃机车的新纪元。但这种机车烧汽油，耗费太高，不易推广。1924年，德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车，并在世界上得到广泛使用。1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车，以柴油为燃料，且结构简单、震动小、运行性能好，因而，在工业国家得以普遍采用。1958年中国第一台自己制造的内燃机车。由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。DFDF8存在的问题：①电力牵引与内燃牵引：韶山1型与东风4型机车②电传动与液力传动：东方红3、北京型与东风4、5型机车③中速与高速柴油机④主机与配件的关系⑤制作与运用的关系东风4D型内燃机车代号DF4D，是一种以成熟设计、成熟技术和成熟零部件集合而成的干线客货运内燃机车最新产品。机车标称功率2425kW，最大速度，货运100km/h，客运145km/h，车长20500mm。东风11型准高速客运内燃机车，代号DF11。1992年由戚墅堰机车车辆工厂试制成功，是中国自行设计、自行研制的一项新的成果。最高运行速度170km/h，最高试验速度达到183km/h。。§1-2我国新型内燃机车介绍一、东风6型内燃机车（一）东风6型机车结构特点代号DF6，是大连机车车辆工厂新一代大功率、高性能的干线客货运内燃机车。动力装置（16V240ZJD型柴油机）：与英国里卡多咨询工程公司合作改进的。传动装置：与美国G.E.公司合作改进的。机车采用了微机控制、电阻制动系统等多项世界先进技术。机车的牵引性能、经济性和耐久可靠性均进入世界先进行列。机车标称功率2425kW，最大速度118km/h，车长21100mm，轴式C0-C0，传动方式为交-直流电传动。（二）东风6型机车性能（1）机车功率大。标定功率3300kW，最大运用功率：2940kW（4000马力）。（2）恒功率速度范围宽。同步发电机+直流牵引电机+微机恒功励磁系统。（3）粘着性能好。机车装有防轮对空转微机控制装置。（4）可靠性好。微机监控保护+故障诊断显示。厂修间走行里程800，000km。（5）经济性能好。柴油机全负荷油耗204g/kW.h，额定平均轮周油耗245g/kW.h。二、东风11型客运内燃机车东风11型内燃机车，是为广深线开行时速160公里旅客列车而研制的准高速客运内燃机车。机车标称功率3040kW，最高运行速度为170km/h。1991年底完成试制后，先后通过了型式试验、研究性试验和15万km线路运用考核试验，最高试验速度为186km//h,牵引13辆客车，最高速度达162km/h。1994年12月22日厂深线正式开通，由东风11型内燃机车担当准高速旅客列车的牵引任务。自1995年10月起，先后在沪宁、京秦、沈山、京沪等线牵引客运列车，进行提速试验。牵引450t，最高运行速度为173.5km/h，达到预期效果。为1997年4月1日和1998年10月1日两次全路大提速奠定了基础，做出了贡献。东风11型内燃机车的研制成功和大范围投人运用，是我国客运内燃机车技术发展新阶段的一个重要标志，开创了我国铁路客运向高速发展的新时期。电气化铁路对电力机车的供电电气化铁路牵引接触网•馈电线是牵引变电所与接触网之间的连接线，它的功能是从牵引变电所向接触网供电。它由牵引变电所的母线上引出，在分相装置的两侧连接在接触网上。•利用走行钢轨作为牵引电流的回路。•回流线是钢轨回路与牵引变电所之间的连接线，它的作用是将轨道回路内的牵引电流吸回牵引变电所。回流线由架空线引到铁路线附近，然后改用地下电缆连接到轨道回路。电气化铁路牵引供电方式•直接供电方式（TR供电方式）•吸流变压器供电方式（BT供电方式）•带回流线的直接供电方式•自耦变压器供电方式（AT供电方式）•同轴电缆供电方式（CC供电方式）电气化铁路牵引供电方式•直接供电方式（TR供电方式）•是在牵引网中不加特殊防护措施的一种供电方式。电气化铁路最早大都采用这种供电方式，它一根馈线接在接触网（Touch）上，另一根馈线接在钢轨（Rail）上：电气化铁路牵引供电方式•直接供电方式（TR供电方式）•优点：这种供电方式最简单，投资最省，牵引网阻抗较小，能耗也较低。•缺点：由于电气化铁路是单相负荷，机车由接触网取得电流，经钢轨流回牵引变电所。由于钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流由钢轨流入大地，因此对通信线路产生感应影响。•应用：一般用在铁路沿线无架空通信线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段。电气化铁路牵引供电方式•吸流变压器供电方式（BT供电方式）•是在牵引网中架设有吸流变压器——回流线装置的一种供电方式。吸流变压器的变比为1：1，它的一次绕组串接在接触网（T）中，二次绕组串接在专为牵引电流流回牵引变电所而特设的回流线（NF）中：电气化铁路牵引供电方式•吸流变压器供电方式（BT供电方式）•优点：由于接触网与回流线中流过的电流大致相等，方向相反，因而对邻近的通信线路的电磁感应绝大部分被抵消，因此降低了对通信线路的干扰。•缺点：这种供电方式由于在牵引网中串联了吸流变压器，牵引网的阻抗比直接供电方式约大50%，能耗也较大。供电距离较短，投资也比直接供电方式大。•应用：在我国电气化铁路上采用较广。电气化铁路牵引供电方式•带回流线的直接供电方式•在接触网支柱上仅架有一条与钢轨并联的回流线，这种供电方式取消了吸流变压器，保留了回流线。利用接触网与回流线间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所。电气化铁路牵引供电方式•自耦变压器供电方式（AT供电方式）•每隔10公里左右在接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，其中性点与钢轨相接。自耦变压器将接触网的供电电压提高一倍，而供给电力机车的电压仍为25千伏。电气化铁路牵引供电方式•自耦变压器供电方式（AT供电方式）•优点：因此电压损失小，电能损耗低，供电能力大，供电距离长。对邻近的通信线路干扰很小，其防干扰效果与BT供电方式相当。•缺点：牵引变电所和牵引网比较复杂。•应用：一般用在重载、高速等负荷大的电气化铁路上。电气化铁路牵引供电方式•同轴电缆供电方式（CC供电方式）•它的同轴电缆沿铁路线路埋设，内部芯线作为供电线与接触网连接，外部导体作为回流线与钢轨相接。每隔5～10公里作一个分段。电气化铁路牵引接触网的供电•单边供电•上下行并联供电•双边供电电气化铁路牵引接触网的供电•单边供电电气化铁路牵引接触网的供电•上下行并联供电电气化铁路牵引接触网的供电•双边供电