铁道概论第五章铁路机车

《铁道概论》第六版海南维管段中铁电气化铁路运营管理有限公司海南维管段第五章铁路机车

一、概述作用：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。

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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。在东风4型电传动内燃机车的基础上，先后研制了适合重载运输的东风4重联机车和东风8型机车；适合高原运输和旅客运输的东风4B型机车。

1994年12月22日在广深准高速铁路上，开行的是我国自行设计和研制的东风11型准高速客内燃机车，最大试验速度达到了183km/h。

奔驰在电气化铁路上的火车头，是一种功率大，运载能力强，启动平稳，加速快，而且没有环境污染的牵引机车——电力机车。为中国铁路的新的腾飞做出贡献。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170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。二、内燃机车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。

铁路上采用的内燃机车绝大多数是柴油机。在内燃机车上，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，而不是由柴油机直接驱动动轮的，其原因就在于柴油机的特性不能满足机车牵引性能的要求。

内燃机车按传动方式不同分：电力传动内燃机车、液力传动内燃机车两种。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。国产内燃机的种类：大连厂：东风4B,东风6,东风10（货运）,二七：东风7D,戚墅堰：东风8，东风9，东风11

电力机车电力机车电力机车的牵引动力是电能，机车本身没有原动力，依靠外部供电系统供应电力，通过机车上的牵引电动机驱动列车前进。电力机车优点：功率大，牵引重量大；起动速度快；爬坡性能强；易实现多机牵引。中国第一台电力机车于1958年诞生于湖南株洲，命名为“韶山”，1958年中国第一台电力机车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。

宝成铁路北起陕西省宝鸡，南至成都，全长669公里。宝成铁路宝鸡至凤州段，是中国的第一条电气化铁路。该段于1958年6月开工，1960年6月建成。经过试运行，于1961年8月15日正式交付运营。我国第一条电气化铁路——宝成铁路一、交－－直型电力机车的工作原理

交直型整流器电力机车工作原理

：将接触网供给的单相工频交流电，经机车内的牵引变压器降压，再经整流装置将交流转换为直流，然后向直流(脉流)牵引电动机供电,从而产生牵引力牵引列车运行。（P106图5－13）电力机车能量传递过程：车上受电弓牵引变压器牵引整流器转向架牵引电机机车车辆25kv单交流电接触网交流直流机械能电能

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等组成。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C0——C0。二、电力机车基本组成电力机车总体布置

电力机车由机械部分、电气部分和空气管路系统三部分组成。1、机械部分包括走行部和车体。走行部是承受车辆自重和载重在钢轨上行走的部件，由2轴或3轴转向架以及安装在其上的弹簧悬挂装置、基础制动装置、轮对和轴箱、齿轮传动装置和牵引电动机悬挂装置组成。车体用来安放各种设备，同时也是乘务人员的工作场所，由底架、司机室、台架、侧墙和车顶等部分组成。司机室设在车体的两端，有走廊相通。司机室内安装控制设备，如司机控制器、制动阀、按钮开关、监测仪表和信号灯等。

车钩缓冲装置安装在车体底架的两端牵引梁上。车体和设备的重量通过车体支承装置传递到转向架上，车体支承装置并起传递牵引力与制动力的作用。

2、空气管路系统按用途可分为：①供给机车和车辆制动所需压缩空气的空气制动气路系统。②供给机车电气设备所需压缩空气的控制气路系统。③供给机车撒砂装置、风嗽叭和刮雨器等辅助装置所需压缩空气的辅助气路系统。

作用：是风压的通道，为机车受电弓上升，机车制动，机车散热提供风源

三、电力机车电气设备与电路

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．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。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。主断路器（3）主变压器：又称牵引变压器，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。（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。（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。2、辅助电路

辅助电路电源来自主变压器的辅助绕组，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。

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。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。五、机车的微机控制对机车牵引性能的调节与控制

（1）优化操纵为提高列车运行安全性、可靠性和高效性，必须对机车实行优化操纵。

（2）牵引与制动控制采用微机的速度调节装置可以实现：在加速时有小的速度超调；在制动时速度下降不过低；在恒速惯性运行时，司机控制器有尽可能少的手把位变换次数。根据不同的减速要求，微机系统可以优化选择不同的制动方式。

（3）粘着控制随着现代内燃机车的发展，实现重载、高速，就要尽可能地提高粘着利用，即进行防止车轮打滑或空转的粘着控制。粘着控制可以由独立的微机系统实现，也可以被包括在车载微机系统中。

（4）无线电遥控用微机实现对机车的无线电遥控功能，给调车作业和特种工矿作业带来极大方便。

（5）多机重联采用串行数据总线，用微机实现多机重联控制，既减少大量的重联线，又优化了操纵，而且大大减轻司乘人员劳动强度，提高运输效率。SS9型电力机车微机控制系统

SS9型6轴客运电力机车既适用于目前运营速度160km/h的线路客运。

SS9型微机控制系统是在SS8基础上设计的。微机柜的控制方式类同SS8，即能实现机车的牵引／制动特性控制、空转／滑行保护、列车供电控制、空电联合制动控制等基本功能，并具有故障监控、故障记录和完善的高、低压自检功能，具有初步的故障诊断和智能控制功能。微机控制系统采用三级分级结构：（l）人机对话级：主CPU为80486，实现人机对话功能，采用C语言编程，采用TFT彩色液晶显示屏。

（2）特性控制级：主CPU为80C186，实现机车特性控制、各种保护功能和故障诊断功能，采用FUPLA功能块语言编程。

（3）变流器控制级：主CPU为80Cl96，担负晶闸管触发脉冲控制。采用汇编语言编程以满足脉冲触发部分实时快速的要求。级间通信采用RS485标准，CPU为8031。六、电力机车的发展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、SS3型、SS4型、韶山9型等。（表5－2）

SS3型电力机车

韶山9型电力机车

HXD3型交流传动电力机车是由大连机车车辆有限公司与日本东芝公司联合研发的新型大功率6轴货运机车，主要用于铁路干线牵引重载列车和快捷货物列车，具有功率大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、效率高、能源消耗低等特点，可满足我国铁路重载、快捷货物运输的需要。和谐型电力机车

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。铁路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。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。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，—般没有配届机车和检修设备，只供机车进行整备作业和折返前乘务人员临时休息之用。

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，大修在机车工厂进行，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。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70～90万公里8～10年

小修公里或期限允许伸缩20%中修23～30万公里2.5～3年小修4～6万公里4～6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160～200万公里不少于于15年

小修公里或期限允许伸缩20%中修40～50万公里不少于