铁道概论5.机车2013

第五章铁路机车第五章铁路机车学习目标：了解机车的作用及分类理解内燃机车柴油机的工作原理掌握电力传动内燃机车的传动原理掌握电力传动内燃机车能量转换过程掌握电气化铁道供电系统掌握电力机车电器设备中主电路的组成了解机车检修和运用作用：机车是铁路运输的基本动力。铁路是用机车牵引车辆，行驶在铺有钢轨线路的一种现代化运输工具。由于铁路车辆都不具备动力装置，需要把客车或货车连挂成列，由机车牵引沿着钢轨运行。在车站上，车辆的转线以及货场取送车辆等各项调车作业，也要由机车完成。因此，必须保证提供足够数量的牵引性能良好的机车；还必须加强对机车的保养与检修工作，以及对机车的运用进行合理的组织。第一节概述第一节概述一、机车的分类1、从运用分：客运机车、货运机车、调车机车。2、从牵引动力分：蒸汽机车、内燃机车、电力机车等。第一节概述二、我国机车的发展概况1、蒸汽机车把燃料的热能转换成机械能，用来牵引列车的一种机车。组成：锅炉、汽机、走行部、车架、煤水车、车钩缓冲装置以及制动装置等蒸汽机车已有180多年的历史。但其总效率一般只有5～9％;煤水消耗量很大，需要大量的上煤，给水设备。1804年，英国工程师特里维雪克研制出一台单缸蒸汽机车。因为当时使用木材烧火作燃料，所以叫“火车”1825年9月27日，英国人斯蒂芬森制造的“运动号”蒸汽机车在世界上第一条铁路——英国的斯托克顿～达林顿的线路上行驶。斯蒂芬森亲自操纵机车在欢呼声中出发。这就是人类历史上第一列用蒸汽机车牵引在铁路上行驶的旅客列车。随着对机车的不断试验改进和技术更新，产品质量显著提高，我国机车在产品系列化方面取得了可喜成果。第一节概述1952年7月，四方机车车辆厂仿制出新中国第一台蒸汽机车，定名“解放型”（代号JF）。随后又研制出“胜利型”、“建设型”、“人民型”、“前进型”等。1988年起，蒸汽机车停产。第一节概述蒸汽机车模型第一节概述“人民号”“解放号”“建设号”“毛泽东号”和“朱德号”蒸汽机车第一节概述蒸汽机车组成:第一节概述二、我国机车的发展概况2、内燃机车60年代，我国生产第一代内燃机车，东方型、东方红1型；74年起，第二代内燃机车东风4型出厂，机车型号有DF4、DF4B、DF4C、DF7、DFH3等；80年代，第三代内燃机车下线，主要有DF6、DF4D、DF8B、DF11、DFH3等。与第二代内燃机车一起成为我国目前铁路运输主型内燃机车。03年对DF11技术升级为DF11G（戚墅堰厂）。近几年，大连和戚墅堰机辆公司与美国EMD和GE公司合作研发了和谐3型（HXN3）和和谐5型（HXN5）大功率交流传动内燃机车，08年下线。机车功率6000马力，牵引5000吨，时速达120Km。目前，以交流电力传动、微机控制、径向转向架及柴油机电子喷射技术为特征的第四代内燃机车业已研制成功，并在不断改进中。东风4东风4D东风8东风11-G第一节概述二、我国机车的发展概况3、电力机车和电动车组58年12月，我国第一台电力机车由湘潭电机厂和株洲田心机车车辆工厂共同研制成功，定为6Y1型，后经多次改进，到第8台正式定型为韶山1（SS1)成为我国第一代主型电力机车。88年，SS3开始大批量生产，是我国第二代干线主型电力机车。此后SS4（货运），SS5（客运）相继下线，第三代主型电力机车系列逐步形成。如SS6,SS7,SS8,SS9等，其中SS7E,SS9在第五次，第六次大提速中发挥了重要作用。90年代起，先后研制了200km/h的电动车组，“蓝箭”号、“先锋”号、“中华之星”等。2004年起，株洲电力机车公司的和谐1型（HXD1）（与德国西门子合作）、大同电力机车公司的和谐2型（HXD2）（与法国阿尔斯通合作）、大连机辆公司的和谐3型（HXD3）（与日本东芝合作）成功下线。到2012年，全国已有7000多台电力机车，中国电力机车也将达到世界先进水平。SS1SS3SS9中华之星电动车组第一节概述三、电气化铁道1．电气化铁路的发展历史1879年5月31日在柏林举办的世界博览会上，由西门子和哈尔斯克公司展出了世界第一条电气化铁路。1881年，在柏林郊区修建了一条2.45km长的电车线路，采用180V直流电源，分别由两条彼此绝缘的轨道供电。之后，很多国家纷纷开始兴建电气化铁路。不过这些电气化铁路大都是采用低压直流和三相交流的，而且又都是修建在工矿线路和一些大城市的近郊线路上。到了20世纪50年代，电气化铁路的建设速度不断加快，修建的国家逐渐增多。当时苏联、日本、德国、法国、意大利和波兰等国家的主要铁路干线都已实现了电气化，而且已经初步成网。近年来，一些发展中国家，如印度、朝鲜电气化铁路发展很快。泰国、马来西亚等国家也开始发展电气化铁路，特别是我国电气化铁路更有了飞速的发展，目前已跃居世界前列。世界已进入建设高速电气化铁路的新时期，已建成的国家有日本、法国、德国、意大利、英国、西班牙、波兰等，正在修建的国家有美国、瑞士、奥地利、瑞典、比利时、韩国、独联体等，还有一些国家和地区，如澳大利亚、荷兰、加拿大、印度和我国台湾省等也在积极筹建高速电气化铁路。截止到2001底，时速在250km以上的高速电气化铁路长度已达5194．5km。预计到2015年，世界上修建高速电气化铁路的国家和地区将达到23个，高速电气化铁路总里程将突破30000公里。三、电气化铁道2．我国电气化铁路发展现状和前景我国的电气化铁路建设，是在新中国成立后才开始的。1961年8月15日，在新建的宝成线宝鸡至凤州段建成了我国第一条电气化铁路，全长91km。到1975年7月１日，676km的宝成铁路全线电气化建成通车，它的建成在我国铁路建设史上产生了重大影响。期间，襄樊至安康段、石家庄至阳泉段、宝鸡至天水段也相继动工修建。同时发展到在几条线路上施工，而且开始由山区铁路向运输繁忙的主要干线发展，由单线电气化向双线电气化发展。到1980年底，相继建成了宝成铁路全线、阳安线、襄渝线襄樊至安康段、石太线石家庄至阳泉段和宝兰线宝鸡至天水段等电气化铁路1680km。进入20世纪80年代以后，我国的电气化铁路更有了飞速的发展，建设速度平均每年超过500km。相继建成和改造的电气化铁路有京沈线、成渝线、贵昆线、南昆线、成昆线湘黔线、鹰厦线、京广线、哈大线、宝中线、陇海线、京沪线、武嘉线、郑徐线、胶济线、沪杭线、浙赣线等30多条。40多年来，我国电气化铁路从无到有、从单线到双线、从山区到平原、从运煤专线到繁忙干线、从常速到快速，在设计水平、施工能力、装备质量都发生了翻天覆地的变化，取得了举世瞩目的成就。到2008年底，电气化铁路总里程已达到27555km，跃居亚洲第一，世界第三。到2020年，我国铁路电气化率将达到60%，三、电气化铁道3．电气化铁道的优势电力牵引是铁路运输的最佳方式，这对于轮轨系铁路和磁悬浮列车的现代化铁路运输来说都是如此，其优点是：（1）电力牵引可大大提高运能；（2）电力牵引可以节约和综合利用能源；（3）电力牵引运营费用低，生产率高；（4）电力牵引有利于改善劳动条件，减少环境污染；（5）电力牵引易于实现自动化。电力牵引的缺点主要是：电气化铁道一次投资费用高；对沿线通信线路的电磁干扰；对三相电力系统造成的不对称影响；负荷功率因数低等。第一节概述四、机车牵引特性机车的牵引特性主要取决于牵引电动机的工作特性，机车牵引力和速度取决于牵引电动机的转矩和转速，机车牵引列车运行是由于它具有相当大的牵引力，用来克服列车起动时和运行中所受的阻力。机车牵引力（F）和运行速度（v）的乘积，就是机车的功率（N）。常用“千瓦”为单位。对于直流电传动机车，只有串励或复励电动机适合于机车牵引。串励牵引电机的转矩和转速能按照列车运行阻力和线路条件的变化进行自动调节，具有恒功率特性，即具有人们常说的牛马特性：上坡时，电流很大，速度很慢，即爬坡像牛一样的有劲；而在平直区段行驶时大多电流很小，速度很快，即平道行驶像马跑得一样快。把F和V的关系表示在坐标上，是一条双曲线，称为机车理想牵引性能曲线，所以机车的牵引性能均与它相符合。但曲线两端不能无限延长，左端，牵引力不能超过轮轨之间的粘着力，否则车轮会空转；右端，速度也不能超过机车构造速度。内燃机车是以内燃机作为原动力的一种机车。内燃机车的热效率可达到30%左右，是各类机车中效率较高的一种。机车的整备时间短，持续工作的时间长，适用于长交路；用水量少，适用于缺水地区；初期投资比电力机车少，而且机车乘务员劳动条件好，便于多机牵引。但内燃机车最大的缺点是对大气和环境有污染。第二节内燃机车第二节内燃机车一、内燃机车传动装置内燃机车绝大多数采用柴油机作为动力装置。而柴油机的特性是功率与速度近似成正比变化，只有在额定转速下才可能达到额定功率，与机车牵引特性要求不匹配，不能采用直接驱动机车方式。因为：①机车在起动或低速时需要大的牵引力。如直接驱动，在低速时，柴油机无法起动，也就不能驱动列车。②机车在高速时，其牵引力又较小。若直接驱动，柴油机的功率不能充分有效利用。因此，在柴油机和机车动轮之间都装有传动装置，柴油机的功率是通过传动装置传递到动轮上去的。传动装置将柴油机的扭矩、功率（转速特性）转换为内燃机车的牵引特性，使柴油机的功率得到充分发挥和和合理利用，实现机车牵引特性的要求，内燃机车按传动方式不同分：电力传动内燃机车液力传动内燃机车1、电力传动内燃机车原理：由柴油机驱动主发电机发电，然后向牵引电动机供电使其旋转，并通过牵引齿轮传动来驱动机车轮对旋转。分类：直－直电力传动、交－直电力传动、交－交电力传动（交－直－交电力传动）第二节内燃机车交-直流电力传动的工作原理（如图所示）。柴油机发电（机械能变成交流电能），整流后变成直流电，供牵引电动机使用（电能变成了机械能），通过传动齿轮驱动机车动轮旋转，使机车运行。机车的运行方向是由牵引电动机的旋转方向决定的。只要改变牵引电动机中励磁绕组的电流方向就能改变牵引电动机的旋转方向，从而改变机车的运行方向。2、液力传动内燃机车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。（1）液力变扭器的组成、工作原理液力变扭器是液力传动装置中最重要的传动元件。主要有3个工作轮，如图所示。泵轮—液力变扭器的能量输入装置，通过泵轮轴、齿轮等与柴油机的曲轴相连；涡轮—液力变扭器的能量输出装置，通过涡轮轴、齿轮等与机车的动轮相连；导向轮—固定在变扭器的壳体上，它不能转动。当柴油机启动后，泵轮被带动高速旋转，向变扭器里面充进工作油，被高速旋转的泵轮叶片带动一起旋转。由于离心力的作用，使工作油从泵轮叶片出口处流出时具有很高的压力和流速。工作油再冲击涡轮叶片，使涡轮与泵轮以相同方向转动，通过齿轮把柴油机的输出功率最后传到机车动轮上，使机车运行。（2）液力传动装置。主要由液力传动箱、车轴齿轮箱、换向机构和相互联结的万向轴等组成，如下图所示。在液力传动系统中，为了提高变扭器在机车不同运行速度时的传动效率，安装了两个变扭器：机车起动和低速运行时使用起动变扭器；机车在中、高速范围内运行时，使用运转变扭器。两个变扭器的涡轮安装在实心轴的涡轮轴上。功率从涡轮轴（或换向轴）通过中间的齿轮传输，经万向轴分别传给两台转向架上的车轴齿轮箱，再通过锥形齿轮驱动机车的动轮旋转。第二节内燃机车二、内燃机车组成柴油机、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。设有两个司机室、一个电气室、一个动力室、一个冷却室和一个辅助室。第二节内燃机车电传动内燃机车结构：第二节内燃机车1、柴油机柴油机是内燃机车的动力装置，现代内燃机车一般采用四冲程高速或中速柴油机。各种柴油机都用一定的型号来表示，如16V280ZJA型柴油机，表示16个汽缸V型排列，缸径280mm,“Z”表示装有废气涡轮增压器和增压空气中间冷却器，“J”表示铁路机车牵引用。四冲程柴油机的工作原理，如图所示。活塞通过