第二章 铁路牵引动力

本章要点：内燃机车组成传动装置柴油发动机工作原理电阻制动电气化铁道供电系统电力机车组成再生制动第二章铁路牵引动力一.类型：

a.蒸汽：我国已淘汰

b.内燃：主要动力方式

c.电力：主要动力方式§2.1牵引动力概述二.我国牵引动力概况§2.1牵引动力概述50年代以蒸气机车牵引为主。60～70年代，内燃电力得到了发展。80～90年代，内燃电力取代了蒸汽。90年代向货运重载，客运高速化发展。目前，我国内燃机车为东风型系列，电力机车为韶山系列。三.国外概况美国、西欧、日本，50～60年代蒸汽机车。美国、加拿大以内燃机车为主，俄罗斯以电力机车为主。“高速，重载”是牵引动力的发展方向。§2.1牵引动力概述§2.2内燃机车一.内燃机车特点1.柴油机传动装置动轮2.热效率高27～30％3.重量轻，功率大4.利用率高5.劳动条件好6.制造成本高，高海拔、长大隧道适应性差。二.内燃机车分类1.按用途：干线机车调车机车内燃动车组2.按传动方式：

§2.2内燃机车机械传动：柴油机齿轮变速系统动轮电传动：柴油机电传动装置动轮液力传动：柴油机液力变扭装置动轮3.按机车轴式B0－B0

表示机车具有两台两轴转向架（单独驱动）B－B表示机车具有两台两轴转向架（成组驱动）C－C表示机车具有两台三轴转向架（成组驱动）C0－C0

表示机车具有两台三轴转向架（单独驱动）§2.2内燃机车三.电传动内燃机车(一)组成发动机—柴油机传动装置—发电机、牵引电动机启动装置—蓄电池、起动电机

§2.2内燃机车空气制动系统—空气压缩机，总风缸电气控制系统—控制机车启动，换档等走行部—转向架车体及底架§2.2内燃机车(二)柴油机1.组成①固定部件—机体、机座、气缸套、主轴承②运动部件—活塞组、连杆、曲轴③配气机构④燃油系统⑤润滑冷却系统⑥进排气系统§2.2内燃机车2.柴油机的分类(1)按气缸排列方式分①直立式②V型③对动式(2)按空气进入汽缸的特点分①非增压式②增压式

§2.2内燃机车(3)按柴油机工作方式分①二冲程式—活塞在气缸中运行一个来回完成一个工作循环。②四冲程式—活塞气缸运行两个来回完成一个工作循环。冲程：活塞在气缸中运行单边的距离。工作循环：进气，压缩，燃烧膨胀，排气。§2.2内燃机车3.柴油机工作原理(1)进气冲程(图a)。活塞自上止点向下运动，配气机构打开进气阀，新鲜空气进入并充满汽缸。

(2)压缩冲程(图b)。活塞自下向上运动，进气阀关闭，进入汽缸的空气被压缩，压缩终了时，汽缸内的压力和温度都达到了很高程度。§2.2内燃机车(3)燃烧膨胀冲程(图c)。当活塞接近上止点时，喷油器向汽缸里喷油，柴油与气缸内高温高压空气相遇后立即燃烧，高压燃气推动活塞向下移动，把热能转变成了机械能，经过连杆传递，使曲轴旋转对外作功，这是作功冲程§2.2内燃机车(4)排气冲程(图d)。活塞自下止点向上运动，排气阀打开，废气从排阀排出汽缸。当活塞临近上止点时，进气阀又再次打开，让新鲜空气进入汽缸，开始了又一个新的工循环。注：在柴油机的一个工作循环中，只有第三冲程，燃烧膨胀冲程是作功冲程，其他三个冲程是辅助冲程，这些辅助冲程所需的能量都是直接或间接来自各工作循环的第三冲程。因此柴油机工作时，必须首先用外力驱动曲柄连杆机构，16240Z型柴油机的起动是利用机车上的蓄电池驱动起动电动机，带动曲轴转动的。§2.2内燃机车4.传动装置(1)为什么要设传动装置机车理想牵引特性N=FVN—机车功率F—机车牵引力V—机车速度§2.2内燃机车(2)柴油机特点及外输出特性a.只能在空载时起动b.只能在一定转速范围内工作c.转速n变化时，扭矩M几乎不变d.柴油机功率与n成正比，柴油机一般是在接近n=max条件下工作e.柴油机输出轴只能一个方向转动§2.2内燃机车(3)电传动装置类型类型：1.直－直：直流电传动2.交－直：交、直流传动3.交－直－交：交流电传动a.直－直电传动柴油机直流发电机直流串励式牵引电动机动轴优点：结构简单缺点：直流发电机体积大，机车功率受限我国东风2、3型属此类§2.2内燃机车

b.交－直电传动柴油机三相交流发电机直流串励式牵引电动机动轴优点：功率大，构造简单缺点：需整流设备（东风4属此类）§2.2内燃机车硅整流§2.2内燃机车C.交－直－交电传动传动方式：柴油机交流发电机硅整流可控硅逆变器三相交流牵引电动机动轴优点：功率大，性能好缺点：设备复杂。2000年,我国开发东风4DJ型交流电传动机车。三相交流直流三相交流、变频(4)牵引发电机

①牵引发电机

a.同步—转子转速与旋转磁场的转速同步b.异步—转子的转速与旋转磁场的转速不同步②组成

定子—由硅钢片构成，槽中嵌有电枢绕组。转子—励磁绕组，磁极铁芯。§2.2内燃机车直流交流③工作过程小型交流发电机转子上的励磁绕组柴油机交流牵引发电机转子轴定子输出三相交流§2.2内燃机车（5）牵引电动机①要求：a.牵引电动机的负载和转速要有较大范围的变化b.能经受剧烈的震动c.能在恶劣的气候条件下工作d.电机牵引动力和转速能符合机车牵引的要求②直流串励式牵引电动机A.组成：定子—励磁绕组转子—电枢绕组§2.2内燃机车B.特点：a.励磁绕组与电枢绕组串连b.通过两个绕组的电流相等c.励磁绕组的磁通量与电枢绕组电流成正比即：IS=ILφ=KISφ=KIL

IL—励磁电流；IS—电枢电流

§2.2内燃机车③直流串励式牵引电机特性曲线A.转距特性M=CmφIs=CmKIS2

Cm—电动机转矩常数；K—系数。§2.2内燃机车B.转速特性C.分析

当负载MISn

当负载MISn故直流串励式转速n与转距M的关系如右图：§2.2内燃机车(6)交－直电传动装置工作原理§2.2内燃机车（7）机车的速度调解

柴油机功率调解—燃料供应调解发电机调解—牵引发电机励磁电流的调节牵引电机调解—磁场削弱

①改变Rs—在电枢回路中增加附加电阻，但只能使Un，故一般不采用.方式由§2.2内燃机车§2.2内燃机车②改变牵引电动机端电压，即牵引发电机输出电压.若忽略Rs，使IsRs＝0则有：当在负载不变的条件下，Is不变故ф亦不变故有n＝kU因此，可通过改变φ来实现U的改变，实际上φ的改变是通过改变牵引发电机的励磁电流实现的.(8)机车换向方法：通过改变励磁绕组的电流方向来实现③磁场的削弱

方法：在牵引电动机励磁绕组的两端并联一级或多级分路电阻，如图

当Xc断开Is＝IL（全磁场）当Xc闭合Is>IL(磁场削弱)

根据Un＝Ceφ

由于IL

φn§2.2内燃机车原理：利用电动机的可逆性原理，在机车需要减速时，将电动机转换为发电机使用，发出的电通过电阻转变为热能。直流串励式牵引电动机由牵引工况转变为制动工况原理图：(9)电阻制动§2.2内燃机车注：电阻制动的特点①速度越高，制动力越大;②特别适合于长大下坡道制动;③车速<15km/h，需要与空气制动配合.§2.2内燃机车§2.3液力传动内燃机车二.液力传动基本原理一.特点：柴油机液力传动装置动轴1.原理：§2.3液力传动内燃机车2.工作过程柴油机液力泵涡轮机齿轮变速箱动轴§2.3液力传动内燃机车三.液力变扭器特性－泵轮扭距－涡轮扭距

－涡轮转速

－变扭频率曲线说明：1.当泵轮转速为常数时=常数2.＝0时，＝最大＝最大时，＝03.涡轮变扭的效率在

之间为最大4.涡轮扭距随

变化而成双曲线§2.3液力传动内燃机车

变扭器高效区较窄,即变扭器转速范围较小,因此，柴油机与单个变扭器配合只能实现某一档（速度级）的工作范围，不能满足机车牵引需要。一般，液力传动装置多由两个以上不同性能的变扭器组成，它们联合工作以实现机车牵引的要求.如图：四.液力传动装置§2.3液力传动内燃机车五.机车的调速通过控制系统向不同的变扭器自动充油来完成，实现机车调速。(对不同的变扭器充油称为换档)六.机车换向通过齿轮变速系统实现。注：我国生产的北京型、东方红型机车均为液力动机车§2.3液力传动内燃机车一.概述二.电力机车的特点1.机车本身并无发动机，能量从外界获得;2.功率比较大;3.效率较高，火电15～18％，水电60％;4.具有较好的爬坡性能，适于山区的长大隧道等线路;5.不够灵活，初期投资较大。§2.4电力机车三.分类

直流分类

单相低频

交流

交－直传动

单相工频

交－直－交传动§2.4电力机车韶山系列SS1SS2SS3SS4BSS6SS7SS8SS9AC4000SS1:1958年制造功率4200KW（5710马力）6轴SS3:1978年制造功率4800KW（6530马力）6轴第二代SS4B:1995年制造功率6400KW（8700马力）8轴第二代AC4000:1996年制造功率4000KW4轴再生制动交流传动SS8SS9：准高速客运机车，时速达200KM以上1998年研制四.我国电力机车§2.4电力机车五.电气化铁道供电系统(一)接触网电流制§2.4电力机车

定义：机车从接触网取得直流电直流制

过程：发电厂（110kv3相）

牵引变电所(整流降压)

接触网(3000v)

机车

特点：变电所数量多，机车结构简单

1.低频单相交流：机车从接触网取得低频单相交流电

过程:发电厂(110kv3相)

牵引变电所（换相降压变频）

接触网（11～15kv单相交流）

机车交流制

特点：需要造低频发电厂或低频变电所

2.工频单相交流：机车从接触网取得工频单相交流电

过程：发电厂（110kv3相）

牵引变电所(换相降压)

接触网（25kv单相交流）

机车

特点：牵引变电所数量少，机车结构复杂§2.4电力机车1.牵引变电所：沿铁路线布置，相隔50～60km主要设备：变压器，母线，隔离开关任务：降压，换相a.换相原理：(二)牵引供电系统§2.4电力机车

b.电流引入过程电流

隔离开关

母线

变压器

隔离开关

接触网§2.4电力机车2.接触网(1)对接触网的要求a.输电线弛度小，弹性均匀b.具有良好的稳定性（无上下振动及摆动）c.具有良好的机械强度d.能适应气候的变化§2.4电力机车(2)接触网a.接触悬挂：承力索吊弦接触线b.支撑装置：腕臂拉杆绝缘子c.定位装置：定位器与定位管d.支柱基础：承受负荷§2.4电力机车§2.4电力机车支持装置接触悬挂支柱与基础定位装置(3)接触网悬挂方式

a.简单悬挂：无承力索与吊弦适用于速度较低的线路，速度不大于70km/hb.链形悬挂:①无补偿链形悬挂②半补偿链形③全补偿链形§2.4电力机车(4)接触