1.电力机车总体介绍

电力机车是一种由外部接触网供电，由电机牵引的现代化的机车。电力机车在构造上由电气部分、机械部分和空气管理系统三大部分组成。机械部分包括车体、转向架、车体支承装置和牵引缓冲装置。车体用来安设司机室和绝大多数的电气设备、辅助机组；转向器则是承担机车重量、产生、传递机车牵引力，实现机车在线路上行驶；车体支承装置是车体和转向架的连接装置；牵引缓冲装置则是机车与列车的装置。电气部分包括牵引变压器、整流硅机组、牵引电动机、辅助电动机组和牵引电器等，其功能是将来自接触网的电能转变为牵引列车所需要的机械能，或将列车的机械能转变为电能反馈回电网，实现能量的转换；同时，电气部分还实现机车的控制。空气管路系统包括空气制动机管路系统、控制气路系统和辅助气路系统三部分，分别实现机车的空气制动、机车上各种设备的风动控制，并向各种风动器械供风。电力机车钳工是指使用工、夹、量具、仪器仪表及检修设备进行电力机车机械装置维护、修理和调试的人员。按国家职业标准电力机车钳工共分为五个等分，包括初级工（国家职业资格五级）、中级工（国家职业资格四级）、高级工（国家职业资格三级）、技师（国家职业资格二级）和高级技师（国家职业资格一级）。按照电力机车机械部分的组成概况，机械部分示意图如图1-1所示。（一）车体车体即机车上部车厢部分。车体内部分为司机室和机器间。1.司机室司机室是指机车操纵人员操纵机车的工作场所。现代干线电力机车车体两端均设司机室，可以双向行驶，不需转头。2.机器间机器间是指安装各种设备的处所。大多数机车电气设备及辅助电动机组，都安设在机器间内。根据主要设备的布置，机器间内又分为若干个室，如变压室、高压室、低压室、机械室等。（二）转向架转向架是指机车下部在线路上走行的部分，它是机械部分最主要的部分，也是最重要的部分。它有很多种不同的结构形式。1.转向架的构成转向架主要由以下六个部分组成。（1）构架：构架是转向器的基础构件。它既是主要的受力部件，又是其他各种设备的安装基础。（2）轮对及轴箱：轮对实现了机车在线路上的行驶；轴箱则用来安设轴承，并保持轮对的正确位置。（3）牵引电动机：产生转矩，驱动轮对。（4）齿轮转动装置：将牵引电动机的功率传给轮对，并起降低转速、增大转矩的作用，以满足牵引运行的实际需要。（5）弹簧悬挂：将机车上部重量弹性地加在轴箱上，以减少运行时的动作用力。（6）基础制动装置：包括制动缸、闸瓦和它们之间的杠杆转动机构，是空气制动机的组成部分之一。2.转向架表达方式转向架一般用轴列式来表达。轴列式是用数字或字母表示机车走行部结构特点的一种简单方法。有的用数字表示的，也有的用字母表示的。用数字表示的称为数字表示法，用字母表示的称为字母表示法。（1）数字表示法规则：数字表示每台转向架的轴数；注脚“0”表示每一动轴为单独驱动；无注脚表示动轴为成组驱动。例如：2-2表示该机车有两台两轴转向架、转向架内动轴为成组驱动；30-30表示该机车有两台三轴转向架，转向架内各动轴为单独驱动；20-20-20-20表示该机车有四台两轴转向架，转向架内各动轴为单独驱动。（2）字母表示法规则:以英文字母表示动轴数,如A即1，B即2，C即3，D即4等。注脚“0”表示每一动轴为单独驱动；无注脚表示动轴为成组驱动。这样，上例中2-2表示为B-B，30-30表示为C0-C0；20-20-20-20表示为B0-B0-B0-B0。各数字或字母之间的连接号“-”往往被省略，因此上例常写成BB；C0C0；B0B0B0B0。有一些机车，两转向架之间用活节相连，这样，数字或字母之间的连接号应写成“+”号，而且不能省略。例如国内曾有罗马尼亚6GR型电力机车，其轴列式即为30+30或C0+C0，如图1-2（a）所示。再例如，SS4型电力机车，其轴列式为B0B0+B0B0，这实际上是由活节相连的两节四轴机车共同组成的一台八轴机车，如图1-2（b）所示。为了和没有动力的转向架（如车辆的转向架）相互区别，在某些书刊上，常在表示轴数的数字或英文字母的右上角加“’”，例如3’0-3’0、B'-B'或C’0-C’0、B'0B'0等，右上角“’”表示具有动力的转向架。不过一般电力机车转向架全是动力的转向架，所以右上角“’”往往被省略不用。（三）支承装置在车体与转向架之间设有支承装置，它是转向架与车体之间的可靠连接，又是适应相应位移时的活动关节。它既传递垂直重量，又保证了牵引力、制动力、横向力等水平载荷的传递。（四）车钩缓冲装置为了实现机车与机车或车辆的连接，并避免过大的冲动，在车体底架前后两端，各设有一套车钩及缓冲装置。电力机车的牵引能力及运行品质，在很大程度上决定于机械部分的设计制造水平。特别是近代机车的功率越来越大，运行速度越来越高，对机械部分的工艺技术水平的要求也越来越严格，尤其是转向架的结构、工艺、技术发展很快。近代机车转向架，必须满足以下要求。（1）安全度大。在很高的运行速度下，要尽量减小垂向动作用力以及曲线通过时的脱轨系数。否则，将引起机车及线路结构的破坏，甚至发生脱轨事故。（2）运行平稳性好。电力机车是一个多自由度的振动系统，运行时要产生各种复杂的振动，尤其是在高速运行时，振动情况必然会变得十分严重，这就破坏了机车运行的平稳性。如何改进转向架的结构、工艺、实现尽量小的平稳指数，改善其垂向和横向的振动情况。是科研设计人员追求的重要目标之一。（3）曲线通过性能好。机车在曲线上运行时要遇到几何位移和横向力等特殊问题。高速下能否安全顺利的通过曲线，尽量减轻缘轨间的磨耗，与转向架、支承装置性能的优劣，有很大关系。（4）黏着重量利用系数大。机车在牵引运行中，其黏着重量的大小必然要发生变化，轴重要发生转移。减载最大的轴将首先发生空转，牵引力就受到了严重限制。轴重转移的程度与转向架的结构、尺寸有直接的关系。为保证充分发挥机车牵引力，在这方面也必须进行精心的计算与试验，以确定最佳方案。（5）在满足上述各项要求的前提下，还要求转向架的结构简单，造价低，工作可靠，维修量小，甚至除旋轮外，实现百万公里无维修。由上面分析可知，电力机车机械部分的性能好坏，将直接影响到机车牵引力的充分发挥和运行的安全平稳。提高机车设计制造水平是提高机械部分的质量和性能的一个十分重要的方面。和蒸汽汽车、内燃机车比较，由于电力机车上没有原动机，为非自给式机车，所以在运行中的振动和惯性力较小，噪声也小，易于实现平稳运行。但是，由于电力机车的功率大，当发挥最大牵引力运行时，往往会收到轮轨黏着限制和轴重转移的限制，牵引力难以充分发挥；当机车以高速运行时，其动力性能又常常成为影响速度提高的主要因素。因此，积极提高电力机车机械部分的设计制造水平，改善其质量和性能，就具有十分重要的意义。我国的电气化铁路从1958年开始筹建，1961年8月15日宝鸡—凤州段91km电气化铁路通车。电力机车的研究与铁道电气化同步，也始于1958年。经历50多年的不懈努力，我国的电气化铁路得到了迅速发展，电力机车的研究、生产也成为世界上一支不可忽视的力量。目前我国已形成了4、6、8轴的韶山系列直流牵引的电力机车型谱，并从2004年起，已实现三相交流传动的大功率和谐型机车，现已广泛投入运用。我国电力机车的发展大体经历了以下三个阶段：第一阶段（20世纪50～70年代）由仿制到自力更生研制出第一、二代电力机车，开创了中国干线电力机车的历史。1958年底，株洲电力机车厂成功研制中国第一台电力机车，即6Y1-0001引燃管整流器式电力机车，机车功率为3900kW，持续牵引力为304.4kN，持续速度为45km/h。1966年004号机车用大功率硅半导体整流器成功地取代了引燃管；1968年8月综合了改进后的整流装置、牵引电机和加装电阻制动的008号机车落成，命名为SS1型电力机车。我国第一代交直传动电力机车是在消化吸收H60引燃管电力机车基础上，自力更生、逐步提高、完善演变而来。开创了韶山系列干线电力机车的历史。到1988年共生产826台。1969年SS2型电力机车诞生，是在消化吸收法国进口的6Y2型引燃管电力机车基础上、自力更生研制成我国电力机车另一种的第一代产品。其特征是：SS1型电力机车为低压侧调压方式，机车功率为3780kW，6轴客货两用，C0-C0轴式，630kW脉流牵引电机拖动，最高速度为90km/h；SS2型电力机车为高压测压方式，机车功率为4620kW，6轴客货两用，C0-C0轴式，770kW脉流牵引电机拖动，最高速度为100km/h。1978年12月30日，SS3型0001号样机研制成功，我国电力机车有了第二代产品，该型机车吸取SS1型和SS2型电力机车设计、制造与运用的成熟经验，并在SS1型电力机车改进的基础上设计研制而成。机车持续功率为4320kW，持续牵引力为317.8kN，持续速度为48km/h。最高速度为100km/h。6轴客货两用、C0-C0轴式，到1993年，该型机车共生产677台。SS3型电力机车主要性能指标与20世纪70年代末至80年代初国际上同类产品的水平相当。第二阶段（20世纪80～90年代）由系统引进国际先进技术到自主攻关研制出第三代多机型配套客货运电力机车。1985年9月，第一台SS4型电力机车顺利落成，该车型投产后至1993年共生产158台。以此为起点，我国电力机车由第一代、第二代的单一机型，发展到第三代多机型配套，实现了电力机车的“从少到多”。20世纪90年代以来，国产电力机车的研发重点由系统引进国际8K、6K、8G电力机车先进技术，到自主攻关在第三代相控电力机车的技术完善、性能提高、功能配套上。第三代产品为多机型组成，其共同的特征是采用多段桥（3段或4段）相控无级调压方式，构成B0-B0，C0-C0、B0-B0-B0、2（B0-B0）轴式，货运机车单轴功率为800kW，客运机车单轴功率为900kW。主要车型包括：1990年11月，研制完成了SS5型4轴客运电力机车。机车功率为3200kW、最高速度为140km/h。1991年6月，开发完成了SS6型6轴客货两用电力机车。机车功率为4800kW，持续牵引力为351kN，持续速度为48km/h，最高速度为100km/h。1992年大同机车厂开发完成SS7型6轴客货两用电力机车。机车功率为4800kW，最高速度为100km/h。1997年试制成功SS7B型25t轴重货运电力机车,1998年底SS7C型电力机车研制成功,机车功率持续4800kW,轴重22t，电制动方式为再生制动，最高速度为120km/h，是一种新的3B0客运电力机车。1999年底，SS7D型准高速6轴客运电力机车两台样机研制成功。机车功率为4800kW，轴式B0-B0-B0，轴重21t，最高素的170km/h。2001年底，在SS7D型机车基础上又研制成功了SS7E型6轴客运电力机车。与SS7D型机车不同的是机车轴式是C0-C0，辅助电源采用先进的辅助变流器。1992年完成了SS3B型电力机车试制，并投入批量生产。SS3B型是SS3型电力机车的派生车型。主要改进的项目是：改为不等分3段半控桥相控调压、机车恒流、准恒速特性控制；2003年6月SS3B型固定重联电力机车在原SS3B型电力机车基础上完成，机车采用了复合TCN标准总线连接的机车网络控制系统。两节机车之间由各自的中央控制单元CCU网关通过网卡及WTB总线进行通信。各部件通过自带网卡及MVB总线进行通信,原电子柜改为传动控制单元DCU(微机控制柜)。1993年完成了对SS4型电力机车的重大改进,改进型机车简称SS4改。主要攻关项目是：经济4段桥相控改为不等分三段桥相控，加装功率因数补偿装置；二级电阻制动改为加馈电阻制动；机车控制由恒流、恒压控制改为恒流、准恒速特性控制；加装防空转/滑行保护装置，轴重转移补偿装置，空电联合制动装置，双机重联系统，压缩空气干燥装置；转向架牵引装置由Z型低位斜杆牵引装置改为推挽式中间低位斜牵引装置等。自主攻关的成功使SS4型电力机车的性能、质量、可靠性有了很大