第4章_铁路机车新

1、第四章第四章 列车飞驰的基石之三列车飞驰的基石之三 机车机车1882-1950s蒸汽机车蒸汽机车0号机车号机车4.1 机车历史1882-1950s蒸汽机车蒸汽机车前进型机车前进型机车 1957年年1882-1950s1950s-1980s蒸汽机车蒸汽机车内燃机车内燃机车巨龙巨龙 1958 东风东风东方红东方红北京北京1882-1950s1950s-1980s蒸汽机车蒸汽机车内燃机车内燃机车东风东风4D客运机车客运机车东风东风7调车机车调车机车1882-1950s1950s-1980s蒸汽机车蒸汽机车内燃机车内燃机车东风东风8B货运机车货运机车东风东风11G客运机车客运机车1882-1950s1

2、950s-1980s1980s-2000s蒸汽机车蒸汽机车内燃机车内燃机车电力机车电力机车1882-1950s1950s-1980s1980s-2000s2000s-至今至今蒸汽机车蒸汽机车内燃机车内燃机车电力机车电力机车动车组动车组 内燃机车是以内燃机作为原动力的机车。铁路上采用的内燃机绝大多数是柴油机。 内燃机车的优点：热效率高；动力装置体积小，功率大；用水少；利用率高；速度高；劳动条件好。 内燃机车是以内燃机作为原动力的一种机车。 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。 4.2 内燃机车4.2.1 内燃机车 根据电机型式不同，如果采用直流发电机和直流电

3、动机配合，就该类机车为“直直流电传动”内燃机车；如果采用交流发电机和直流电动机配合，则称为“交直流电传动”内燃机车。现在，还有交直交电力传动和交交电力传动等类型内燃机车。 “交直流电传动”内燃机车被世界各国广泛应用。 “交直交电力传动”内燃机车已有应用。 “交交电力传动”内燃机车正处在开发阶段。4.2.2 电力传动内燃机车 电力传动内燃机车的能量传输过程是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驱动机车轮对旋转。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。 内燃机车主要由柴油机、传动装置、走行部、车体、车底架、

4、车钩缓冲装置、制动装置和辅助装置等部分组成。东风东风4型内燃机车转向架型内燃机车转向架 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。柴油机柴油机 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。 4.2.3 液力传动内燃机车 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，

5、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。图3-48 北京型液力传动内燃机车 北京型液力传动内燃机车总体布置示意图北京型液力传动内燃机车总体布置示意图液力传动工作原理液力传动工作原理 采用电力机车牵引的铁道称为电气化铁道。电气化铁道由牵引供电系统和电力机车两部分组成。 由电力机车实施的牵引运行称为电力牵引，电力牵引具有功率大、效率高、过载能力强、运营费用低、司机劳动条件好、不污染环境等一系列优点，是世界各国公认的最佳铁路牵引方式。 我国铁路牵引动力现代化的主要方向就是大力发展电力牵引。4.3.1 电力机车4.3 电力机车 电力机车是靠其顶部升起的受电弓从接触网上取得电能，将电能转换

6、成机械能牵引列车运行的。电力机车主要由车体、车底架、走行部、车钩缓冲装置、制动装置和一整套电气设备电气设备等组成。除电气设备外，其余部分都同交直流电力传动内燃机车相似。 机车的走行部为两台三轴转向架。在每根车轴上都装有一台牵引电动机，因此这种机车的车轴排列形式为3030。 电力机车上设有主电路、辅助电路和控制电路三条电气回路，机车上所有的电气设备都在这三条电器回路中。 1 电力机车的电气设备及其电路 （1）主电路 主电路将产生机车牵引力和制动力的各种电气设备连成一个电系统，实现机车的功率传输。 主电路中包括的电气设备主要有受电弓、主断路器、主变压器（即牵引变压器）、整流调压线路、电抗器柜、牵引

7、电动机和制动电阻等。 l）受电弓：机车顶部装有两套单臂受电弓，受电弓紧压接触网导线滑行摩擦从电网上取得电流。机车运行时机车只需升起一套受电弓，另一受电弓作为备用。接触网上送来的25千伏工频单相交流电就由此引入机车。(图3-57)图3-57 受电弓 2）主断路器：主断路器是用来接通或断开电力机车高压电路的。当主电路发生短路、接地或整流调压电路、牵引电动机等设备发生故障时，它能自动切断机车电源，实现对机车上设备的保护。(图3-58)图3-58 主断路器 4）调压开关：用来调节牵引变压器中副边牵引绕组的输出电压，从而使牵引电动机的端电压得以改变，以达到机车的调速目的。 3）主变压器：又称牵引变压器，

8、它把从接触网上取得的 25千伏高压电降低为牵引电动机所适用的电压。变压器共有四个绕组：一个原边绕组接25千伏高压电；三个副边绕组，其中牵引绕组用来向牵引电动机供电；励磁绕组用在电阻制动时给电动机提供励磁电流；辅助绕组用来给机车的辅助电机供电。 5）电抗器：由于索引电动机本身的电感极小，不足以将整流后的电流滤平到所需要的范围。因此，在牵引电动机电路中串接一个增大电感的平波电抗器，以减小整流电流的脉动。 （3）控制电路 控制电路将主电路和辅助电路中各电气设备的控制电器（包括各种控制开关、接触器、电空阀等）同电源、照明、信号等的控制装置连成一个电系统。 （2）辅助电路 辅助电路电源来自主变压器的辅助

9、绕组，通过劈相机将单相交流电转变成三相交流电后，供给牵引通风机；油泵机组和空气压缩机等辅助电机使用。 以上三个电路系统在电气方面一般是相互隔离的，但三者通过电磁、电空或机械传动等方式相互联系，配合动作，用低压电控制高压电，以保证操作的安全和实现机车的运行。 2 电力机车制动 列车的安全性很大程度上决定于列车的制动性能。一般的机械制动，不能保证列车在高速运行中的可靠制动。 与车辆不同，当机车需要制动时，除使用空气制动装置外，电力机车还能够实行电气制动。这是由于牵引电动机具有工作状态可逆转性的缘故，即牵引电动机不仅能在电动机状态下工作并产生牵引力，而且也能在发电机状态下工作产生制动力。 电力机车的

10、电气制动包括： (1)电阻制动 该制动方式是将机车动能转化为热能散发。司机板动转换开关，使其从牵引位转到制动位，把牵引电动机从串励电动机改成他励发电机，把电枢绕组同制动电阻连接起来。这样，车轴带动电动机的电枢旋转，发出的电流就会被制动电阻变成热能散逸，消耗机车动能。 (2)再生制动 该制动方式是将机车动能将电能重新反馈回电网中去加以利用。电力机车进行再生制动时，牵引电动机作为发电机工作，将列车在运行中所具有的机械能转换成电能送回接触网。尤其是在长大下坡道上，电力机车可以进行恒速再生制动。 电力机车 我国目前使用的干线电力机车主要是国产韶山型系列交直流电力机车。投入运用的电力机车有SS1型、SS

11、3型、SS4型等。 将电能从电力系统传送到电力机车的电力设备，总称为电气化铁道的供电系统。牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网两部分。 4.3.2 电气化铁道牵引供电系统 供电系统示意图 图3-53 电力牵引系统的组成 发电厂(1)发出的电流，经升压变压器(2)提高电压后，由高压输电线(3)送到铁路沿线的牵引变电所(4)。在牵引变电所里把电流变换成所要求的电流或电压后，经馈流线(5)转送到邻近区间和站场线路的接触网(6)上供电力机车使用。 （1）定义 牵引变电所是设置于电气化铁路沿线，安装有受电、变电、配电设备的建筑物。 1 牵引变电所 （2）任务 牵引变电所的任务是将电力系统高压输电线输送

12、来的110千伏（或220千伏）的三相交流电，变压为25千伏的单相交流电，向其邻近区间和所在站场线路的接触网送电，保证可靠而又不间断地向接触网供电。 （3）设备 在牵引变电所里，主要设有主变压器、电压互感器、电流互感器、高压断路器、各种高压隔离开关以及避雷器等电气设备。 （4）牵引变电所的供电安全 a）电网向牵引变电所供电：我国电气化铁路为国家一级电力负荷。因此，每个牵引变电所都采用两路输电线供电，且两路输电线有各自的杆塔、走线，以保证在一路输电线发生故障时，牵引变电所供电不致于长时间中断。牵引变电所内还装有各种控制、测量、监视仪表和继电保护装置等。 b)牵引变电所向接触网供电：目前。供电方式有

13、两种，即单边供电和双边供电。在单边供电方式下，接触网在相邻两个牵引变电所之间的中央部位是断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成为两个供电分区，电力机车只从一个牵引变电所取用电能。单边供电的操作和保护都比较简单，故障范围也比较小，所以我国电气化铁路接触网普遍采用单边供电方式。 通常，将接触网、钢轨、回流线构成的电路称为牵引网。接触网和钢轨是牵引网的主体。 2 牵引网 接触网（图3-54）是架设在电气化铁路上空，向电力机车供电的一种特殊形式的输电线路，其质量和工作状态直接影响电气化铁路的运输能力。 接触网根据其接触悬挂类型，可以分为简单接触悬挂和链形接触悬挂两类。图3-54 接触网 链形接触悬挂

14、是将接触导线通过吊弦挂在承力索上。 简单接触悬挂是将接触导线直接固定在支持装置上的悬挂类型。 图3-56 简单接触悬挂图3-55 链形接触悬挂 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），即FVN，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。 4.4.1 机车的牵引力与机车功率4.4 机车牵引性能 图3-50 东风11型机车牵引旅客列车 机车在牵引列车时，所受到的阻力是经常变化的。当阻力增大时，机车就要发挥出更大的牵引力来克服它；反之，当阻力减小时，牵引力就可以小一点

15、。为了充分利用机车的功率，要求机车在各种不同运行阻力的情况下，都能具有恒功率输出性能。这就要使FV常数。可见牵引力和速度之间应当成反比关系：当速度小时，牵引力大；速度大时，牵引力小。4.4.2 机车牵引性能曲线图3-51 机车理想牵引性能曲线 机车理想牵引性能曲线 直流串励电动机转速与转矩关系示意图 把对F和V的这种要求表示在坐标上，应该是一条双曲线，如下图所示。这条曲线叫做机车理想牵引性能曲线，无论任何一种机车的牵引性能，都应与它相符合。 当然，曲线的两端不能无限延长。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所能允许的范围 电力传动内燃机车是由牵引电

16、动机通过齿轮驱动的，所以机车牵引力和速度取决于牵引电动机的转矩和转速，从而也就决定了机车的牵引特性。 串励牵引电动机的速率与转矩关系如上右图所示。它所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。 目前，世界各国铁路在旅客运输，特别是在大城市之间的旅客运输中，大力发展动车或动车组的运输方式，最大限度满足旅客运输快速、舒适的需求。 安装有动力装置，其既具有牵引动力，又可以载客的客车叫做动车。只载旅客，没有动力装置的车辆称为附挂车或拖车。由动车和拖车编组而成的列车，就叫动车组。4.5 电力动车组 动车组有两种形式，一种是以

17、内燃机驱动的内燃动车组，另一种是由接触网供电的电动车组。中国首列液力传动内燃动车组“中华之星”交流传动高速电动车组. 动车组的编组内容具有多样性。目前，各国采用的动车组编组方式主要为： 1）全列均采用动车。例如日本东北新干线的200系，采用12辆动车编组。最高营运速度260km/h。（见图3-73）图3-73 日本新干线200系 2）动力车（不载旅客）挂在动车组的两端，采用前拉、后推的方式推拉运行，即动+拖+动的形式。例如：西欧营运于伦敦-布鲁塞尔-巴黎的eurostar，采用动1+拖9+拖9+动1的编组内容。最高营运速度300km/h。（见图3-74）图3-74 法国TGV系动车组 3）动车

18、与拖车分别集中编组，即动+拖的形式。例如日本山阳新干线的700系，采用动12+拖4的编组内容。最高营运速度285km/h。（见图3-75）图3-75 日本新干线700系 拥有相应数量的、性能良好的铁路机车，是完成运输任务的重要前提条件。 与车辆相同，我们从也两方面保证铁路运输对机车的需求：一方面，铁路工业部门不断地新造足够数量的机车；另一方面，铁路机务部门做好机车在日常运用中的维修保养工作，使已有机车经常处于质量良好的状态，确保安全、高速、便利地运送旅客和货物，并延长机车的使用寿命。4.6 机车的检修与运用 1、机务部门 机车的维护、检修和运用是机务部门的基本任务，要求能够经济、合理地运用机车

19、和质量良好地检修机车。 铁路沿线负责机车运用和检修工作的基层生产单位是机务段机务段。全路所有的机车分别配属于各个机务段，并由它们来组织和计划本段所属机车的运用和检修工作，同时也负责组织机车乘务人员的工作。此外，在机车交路的折返点，还设有机务折返段折返段，般没有配属机车和检修设备，只供机车进行整备作业和折返前乘务人员临时休息之用。 2、机车的整备作业 机车在牵引列车或调车工作之前需要供应机车必须的物资和做好各项准备工作这种物资供应和准备工作的总称，叫做机车整备作业。 机车类型不同，整备作业的内容也不一样，其中以蒸汽机车最复杂。各种机车整备作业的项目如表3-5。需要供应的物资需要供应的物资项目内燃

20、电力项目内燃电力燃料YN机车转向Y(N)N水YN机车擦拭YY砂YY检查YY润滑油YY给油YY擦拭材料YY交接班YY 机车经过一定时期的运用以后，各部分构件都会发生磨耗、变形或损坏。为了保证机车正常工作延长使用期限，除机车乘务员的日常检查和保养以外，还必须进行各种定期检修。 机车的定期检修除大修在机车工厂进行以外，其余的检修一般都在机务段进行。因此，机务段除了机车的整备设备，还设有机车的检修设备。 机车类型不同，它们的检修周期和检修内容也不样。4.6.1 机车的检修 (1)机车的大修是一种全面的恢复性修理，大修后的机车基本上要达到新车的水平。 (2)机车中修又称为架修，其主要目的是修理走行部，因此必须把机车架起，特定行部推出进行修理。 (3)小修主要是为了对有关设备进行测试和维修。 (4)辅修是临时性的维修和养护。内燃机车检修周期表干线客、货运机车调车、小运转机车附注大修7090万公里810年 小修公里或期限允许伸缩20%中修2330万公里2.53年小修46万公里46个月辅修不少于2万公里不少于2个月电力机车检修周期表干线客、货运机车调车、小运转机车附注大修160200万公里不少于于15年 小修公里或期限允许伸缩20%中修4050万公里不少于3年小修810万公里不少于6个月辅修13万公里不少于1个月 配属给各机务段的机车，一般分配在一、二个牵引区段里