鐵道概論第五章鐵路機(jī)車

《鐵道概論》第六版海南維管段中鐵電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)管理有限公司海南維管段第五章鐵路機(jī)車

一、概述作用：機(jī)車是鐵路運(yùn)輸?shù)幕緞?dòng)力。

鐵路是用機(jī)車牽引車輛，行駛在鋪有鋼軌線路的一種現(xiàn)代化運(yùn)輸工具。

由于鐵路車輛都不具備動(dòng)力裝置，需要把客車或貨車連掛成列，由機(jī)車牽引沿著鋼軌運(yùn)行。在車站上，車輛的轉(zhuǎn)線以及貨場(chǎng)取送車輛等各項(xiàng)調(diào)車作業(yè)，也要由機(jī)車完成。因此，必須保證提供足夠數(shù)量的牽引性能良好的機(jī)車；還必須加強(qiáng)對(duì)機(jī)車的保養(yǎng)與檢修工作，以及對(duì)機(jī)車的運(yùn)用進(jìn)行合理的組織。

超鏈接：看火車、東風(fēng)重點(diǎn)超鏈接：內(nèi)燃機(jī)車與蒸汽機(jī)車專題視頻超鏈接：電力機(jī)車專題視頻超鏈接：中國(guó)動(dòng)車組

1804年，英國(guó)工程師特里維雪克研制出一臺(tái)單缸蒸汽機(jī)車。因?yàn)楫?dāng)時(shí)使用木材燒火作燃料，所以叫“火車”。

1825年9月27日，英國(guó)人斯蒂芬森制造的“運(yùn)動(dòng)號(hào)”蒸汽機(jī)車在世界上第一條鐵路——英國(guó)的斯托克頓～達(dá)林頓的線路上行駛。

斯蒂芬森親自操縱機(jī)車在歡呼聲中出發(fā)。這就是人類歷史上第一列用蒸汽機(jī)車牽引在鐵路上行駛的旅客列車。

隨著對(duì)機(jī)車的不斷試驗(yàn)改進(jìn)和技術(shù)更新，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，我國(guó)機(jī)車在產(chǎn)品系列化方面取得了可喜成果。在東風(fēng)4型電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的基礎(chǔ)上，先后研制了適合重載運(yùn)輸?shù)臇|風(fēng)4重聯(lián)機(jī)車和東風(fēng)8型機(jī)車；適合高原運(yùn)輸和旅客運(yùn)輸?shù)臇|風(fēng)4B型機(jī)車。

1994年12月22日在廣深準(zhǔn)高速鐵路上，開行的是我國(guó)自行設(shè)計(jì)和研制的東風(fēng)11型準(zhǔn)高速客內(nèi)燃機(jī)車，最大試驗(yàn)速度達(dá)到了183km/h。

奔馳在電氣化鐵路上的火車頭，是一種功率大，運(yùn)載能力強(qiáng)，啟動(dòng)平穩(wěn)，加速快，而且沒有環(huán)境污染的牽引機(jī)車——電力機(jī)車。為中國(guó)鐵路的新的騰飛做出貢獻(xiàn)。蒸汽機(jī)車：把燃料的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，用來(lái)牽引列車的一種機(jī)車。組成：鍋爐、汽機(jī)、走行部、車架、煤水車、車鉤緩沖裝置以及制動(dòng)裝置等蒸汽機(jī)車已有170多年的歷史。但其總效率一般只有5-9％;煤水消耗量很大，需要大量的上煤，給水設(shè)備。二、內(nèi)燃機(jī)車內(nèi)燃機(jī)車是以內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)力的一種機(jī)車。內(nèi)燃機(jī)車的熱效率可達(dá)到30%左右，是各類機(jī)車中效率較高的一種。機(jī)車的整備時(shí)間短，持續(xù)工作的時(shí)間長(zhǎng)，適用于長(zhǎng)交路；用水量少，適用于缺水地區(qū)；初期投資比電力機(jī)車少，而且機(jī)車乘務(wù)員勞動(dòng)條件好，便于多機(jī)牽引。但內(nèi)燃機(jī)車最大的缺點(diǎn)是對(duì)大氣和環(huán)境有污染。

鐵路上采用的內(nèi)燃機(jī)車絕大多數(shù)是柴油機(jī)。在內(nèi)燃機(jī)車上，柴油機(jī)和機(jī)車動(dòng)輪之間都裝有傳動(dòng)裝置，柴油機(jī)的功率是通過(guò)傳動(dòng)裝置傳遞到動(dòng)輪上去的，而不是由柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪的，其原因就在于柴油機(jī)的特性不能滿足機(jī)車牽引性能的要求。

內(nèi)燃機(jī)車按傳動(dòng)方式不同分：電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車、液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車兩種。內(nèi)燃機(jī)車組成:柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置，走行部，車體，車底架，車鉤緩沖裝置，制動(dòng)裝置和輔助裝置等。國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)的種類：大連廠：東風(fēng)4B,東風(fēng)6,東風(fēng)10（貨運(yùn)）,二七：東風(fēng)7D,戚墅堰：東風(fēng)8，東風(fēng)9，東風(fēng)11

電力機(jī)車電力機(jī)車電力機(jī)車的牽引動(dòng)力是電能，機(jī)車本身沒有原動(dòng)力，依靠外部供電系統(tǒng)供應(yīng)電力，通過(guò)機(jī)車上的牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)列車前進(jìn)。電力機(jī)車優(yōu)點(diǎn)：功率大，牽引重量大；起動(dòng)速度快；爬坡性能強(qiáng)；易實(shí)現(xiàn)多機(jī)牽引。中國(guó)第一臺(tái)電力機(jī)車于1958年誕生于湖南株洲，命名為“韶山”，1958年中國(guó)第一臺(tái)電力機(jī)車采用電力機(jī)車牽引的鐵道稱為電氣化鐵道。電氣化鐵道由牽引供電系統(tǒng)和電力機(jī)車兩部分組成。

由電力機(jī)車實(shí)施的牽引運(yùn)行稱為電力牽引，電力牽引具有功率大、效率高、過(guò)載能力強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、司機(jī)勞動(dòng)條件好、不污染環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)，是世界各國(guó)公認(rèn)的最佳鐵路牽引方式。

寶成鐵路北起陜西省寶雞，南至成都，全長(zhǎng)669公里。寶成鐵路寶雞至鳳州段，是中國(guó)的第一條電氣化鐵路。該段于1958年6月開工，1960年6月建成。經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，于1961年8月15日正式交付運(yùn)營(yíng)。我國(guó)第一條電氣化鐵路——寶成鐵路一、交－－直型電力機(jī)車的工作原理

交直型整流器電力機(jī)車工作原理

：將接觸網(wǎng)供給的單相工頻交流電，經(jīng)機(jī)車內(nèi)的牽引變壓器降壓，再經(jīng)整流裝置將交流轉(zhuǎn)換為直流，然后向直流(脈流)牽引電動(dòng)機(jī)供電,從而產(chǎn)生牽引力牽引列車運(yùn)行。（P106圖5－13）電力機(jī)車能量傳遞過(guò)程：車上受電弓牽引變壓器牽引整流器轉(zhuǎn)向架牽引電機(jī)機(jī)車車輛25kv單交流電接觸網(wǎng)交流直流機(jī)械能電能

電力機(jī)車是靠其頂部升起的受電弓從接觸網(wǎng)上取得電能，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能牽引列車運(yùn)行的。電力機(jī)車主要由車體、車底架、走行部、車鉤緩沖裝置制動(dòng)裝置和一整套電氣設(shè)備等組成。機(jī)車的走行部為兩臺(tái)三軸轉(zhuǎn)向架。在每根車軸上都裝有一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)，因此這種機(jī)車的車軸排列形式為C0——C0。二、電力機(jī)車基本組成電力機(jī)車總體布置

電力機(jī)車由機(jī)械部分、電氣部分和空氣管路系統(tǒng)三部分組成。1、機(jī)械部分包括走行部和車體。走行部是承受車輛自重和載重在鋼軌上行走的部件，由2軸或3軸轉(zhuǎn)向架以及安裝在其上的彈簧懸掛裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、輪對(duì)和軸箱、齒輪傳動(dòng)裝置和牽引電動(dòng)機(jī)懸掛裝置組成。車體用來(lái)安放各種設(shè)備，同時(shí)也是乘務(wù)人員的工作場(chǎng)所，由底架、司機(jī)室、臺(tái)架、側(cè)墻和車頂?shù)炔糠纸M成。司機(jī)室設(shè)在車體的兩端，有走廊相通。司機(jī)室內(nèi)安裝控制設(shè)備，如司機(jī)控制器、制動(dòng)閥、按鈕開關(guān)、監(jiān)測(cè)儀表和信號(hào)燈等。

車鉤緩沖裝置安裝在車體底架的兩端牽引梁上。車體和設(shè)備的重量通過(guò)車體支承裝置傳遞到轉(zhuǎn)向架上，車體支承裝置并起傳遞牽引力與制動(dòng)力的作用。

2、空氣管路系統(tǒng)按用途可分為：①供給機(jī)車和車輛制動(dòng)所需壓縮空氣的空氣制動(dòng)氣路系統(tǒng)。②供給機(jī)車電氣設(shè)備所需壓縮空氣的控制氣路系統(tǒng)。③供給機(jī)車撒砂裝置、風(fēng)嗽叭和刮雨器等輔助裝置所需壓縮空氣的輔助氣路系統(tǒng)。

作用：是風(fēng)壓的通道，為機(jī)車受電弓上升，機(jī)車制動(dòng)，機(jī)車散熱提供風(fēng)源

三、電力機(jī)車電氣設(shè)備與電路

電力機(jī)車上設(shè)有主電路、輔助電路和控制電路三條電氣回路，機(jī)車上所有的電氣設(shè)備都在這三條電器回路中。

1．主電路

主電路將產(chǎn)生機(jī)車牽引力和制動(dòng)力的各種電氣設(shè)備連成一個(gè)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的功率傳輸。

主電路中包括的電氣設(shè)備主要有受電弓、主斷路器、主變壓器（即牽引變壓器）、整流調(diào)壓線路、電抗器柜、牽引電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)電阻等。（l）受電弓：機(jī)車頂部裝有兩套單臂受電弓，受電弓緊壓接觸網(wǎng)導(dǎo)線滑行摩擦從電網(wǎng)上取得電流。機(jī)車運(yùn)行時(shí)機(jī)車只需升起一套受電弓，另一受電弓作為備用。接觸網(wǎng)上送來(lái)的25千伏工頻單相交流電就由此引入機(jī)車。受電弓（2）主斷路器：主斷路器是用來(lái)接通或斷開電力機(jī)車高壓電路的。當(dāng)主電路發(fā)生短路、接地或整流調(diào)壓電路、牽引電動(dòng)機(jī)等設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，它能自動(dòng)切斷機(jī)車電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車上設(shè)備的保護(hù)。主斷路器（3）主變壓器：又稱牽引變壓器，它把從接觸網(wǎng)上取得的25千伏高壓電降低為牽引電動(dòng)機(jī)所適用的電壓。

變壓器共有四個(gè)繞組：一個(gè)原邊繞組接25千伏高壓電；三個(gè)副邊繞組，其中牽引繞組用來(lái)向牽引電動(dòng)機(jī)供電；勵(lì)磁繞組用在電阻制動(dòng)時(shí)給電動(dòng)機(jī)提供勵(lì)磁電流；輔助繞組用來(lái)給機(jī)車的輔助電機(jī)供電。（4）調(diào)壓開關(guān)：用來(lái)調(diào)節(jié)牽引變壓器中副邊牽引繞組的輸出電壓，從而使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)的端電壓得以改變，以達(dá)到機(jī)車的調(diào)速目的。（5）電抗器：由于索引電動(dòng)機(jī)本身的電感極小，不足以將整流后的電流濾平到所需要的范圍。因此，在牽引電動(dòng)機(jī)電路中串接一個(gè)增大電感的平波電抗器，以減小整流電流的脈動(dòng)。2、輔助電路

輔助電路電源來(lái)自主變壓器的輔助繞組，通過(guò)劈相機(jī)將單相交流電轉(zhuǎn)變成三相交流電后，供給牽引通風(fēng)機(jī)；油泵機(jī)組和空氣壓縮機(jī)等輔助電機(jī)使用。

2電力機(jī)車制動(dòng)

列車的安全性很大程度上決定于列車的制動(dòng)性能。一般的機(jī)械制動(dòng)，不能保證列車在高速運(yùn)行中的可靠制動(dòng)。當(dāng)機(jī)車需要制動(dòng)時(shí)，除使用空氣制動(dòng)裝置外，電力機(jī)車還能夠?qū)嵭须姎庵苿?dòng)。這是由于牽引電動(dòng)機(jī)具有工作狀態(tài)可逆轉(zhuǎn)性的緣故，即牽引電動(dòng)機(jī)不僅能在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下工作并產(chǎn)生牽引力，而且也能在發(fā)電機(jī)狀態(tài)下工作產(chǎn)生制動(dòng)力。

電力機(jī)車的電氣制動(dòng)包括：

(1)電阻制動(dòng)該制動(dòng)方式是將機(jī)車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)。司機(jī)板動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，使其從牽引位轉(zhuǎn)到制動(dòng)位，把牽引電動(dòng)機(jī)從串勵(lì)電動(dòng)機(jī)改成他勵(lì)發(fā)電機(jī)，把電樞繞組同制動(dòng)電阻連接起來(lái)。這樣，車軸帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，發(fā)出的電流就會(huì)被制動(dòng)電阻變成熱能散逸，消耗機(jī)車動(dòng)能。

(2)再生制動(dòng)該制動(dòng)方式是將機(jī)車動(dòng)能將電能重新反饋回電網(wǎng)中去加以利用。電力機(jī)車進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，將列車在運(yùn)行中所具有的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能送回接觸網(wǎng)。尤其是在長(zhǎng)大下坡道上，電力機(jī)車可以進(jìn)行恒速再生制動(dòng)。五、機(jī)車的微機(jī)控制對(duì)機(jī)車牽引性能的調(diào)節(jié)與控制

（1）優(yōu)化操縱為提高列車運(yùn)行安全性、可靠性和高效性，必須對(duì)機(jī)車實(shí)行優(yōu)化操縱。

（2）牽引與制動(dòng)控制采用微機(jī)的速度調(diào)節(jié)裝置可以實(shí)現(xiàn)：在加速時(shí)有小的速度超調(diào)；在制動(dòng)時(shí)速度下降不過(guò)低；在恒速慣性運(yùn)行時(shí)，司機(jī)控制器有盡可能少的手把位變換次數(shù)。根據(jù)不同的減速要求，微機(jī)系統(tǒng)可以優(yōu)化選擇不同的制動(dòng)方式。

（3）粘著控制隨著現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)重載、高速，就要盡可能地提高粘著利用，即進(jìn)行防止車輪打滑或空轉(zhuǎn)的粘著控制。粘著控制可以由獨(dú)立的微機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，也可以被包括在車載微機(jī)系統(tǒng)中。

（4）無(wú)線電遙控用微機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車的無(wú)線電遙控功能，給調(diào)車作業(yè)和特種工礦作業(yè)帶來(lái)極大方便。

（5）多機(jī)重聯(lián)采用串行數(shù)據(jù)總線，用微機(jī)實(shí)現(xiàn)多機(jī)重聯(lián)控制，既減少大量的重聯(lián)線，又優(yōu)化了操縱，而且大大減輕司乘人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高運(yùn)輸效率。SS9型電力機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)

SS9型6軸客運(yùn)電力機(jī)車既適用于目前運(yùn)營(yíng)速度160km/h的線路客運(yùn)。

SS9型微機(jī)控制系統(tǒng)是在SS8基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。微機(jī)柜的控制方式類同SS8，即能實(shí)現(xiàn)機(jī)車的牽引／制動(dòng)特性控制、空轉(zhuǎn)／滑行保護(hù)、列車供電控制、空電聯(lián)合制動(dòng)控制等基本功能，并具有故障監(jiān)控、故障記錄和完善的高、低壓自檢功能，具有初步的故障診斷和智能控制功能。微機(jī)控制系統(tǒng)采用三級(jí)分級(jí)結(jié)構(gòu)：（l）人機(jī)對(duì)話級(jí)：主CPU為80486，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，采用C語(yǔ)言編程，采用TFT彩色液晶顯示屏。

（2）特性控制級(jí)：主CPU為80C186，實(shí)現(xiàn)機(jī)車特性控制、各種保護(hù)功能和故障診斷功能，采用FUPLA功能塊語(yǔ)言編程。

（3）變流器控制級(jí)：主CPU為80Cl96，擔(dān)負(fù)晶閘管觸發(fā)脈沖控制。采用匯編語(yǔ)言編程以滿足脈沖觸發(fā)部分實(shí)時(shí)快速的要求。級(jí)間通信采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，CPU為8031。六、電力機(jī)車的發(fā)展我國(guó)目前使用的干線電力機(jī)車主要是國(guó)產(chǎn)韶山型系列交－直流電力機(jī)車。投入運(yùn)用的電力機(jī)車有SS1型、SS3型、SS4型、韶山9型等。（表5－2）

SS3型電力機(jī)車

韶山9型電力機(jī)車

HXD3型交流傳動(dòng)電力機(jī)車是由大連機(jī)車車輛有限公司與日本東芝公司聯(lián)合研發(fā)的新型大功率6軸貨運(yùn)機(jī)車，主要用于鐵路干線牽引重載列車和快捷貨物列車，具有功率大、恒功率速度范圍寬、粘著性能好、效率高、能源消耗低等特點(diǎn)，可滿足我國(guó)鐵路重載、快捷貨物運(yùn)輸?shù)男枰?。和諧型電力機(jī)車

擁有相應(yīng)數(shù)量的、性能良好的鐵路機(jī)車，是完成運(yùn)輸任務(wù)的重要前提條件。鐵路部門不斷地新造足夠數(shù)量的機(jī)車；另一方面，鐵路機(jī)務(wù)部門做好機(jī)車在日常運(yùn)用中的維修保養(yǎng)工作，使已有機(jī)車經(jīng)常處于質(zhì)量良好的狀態(tài)，確保安全、高速、便利地運(yùn)送旅客和貨物，并延長(zhǎng)機(jī)車的使用壽命。機(jī)車的檢修與運(yùn)用

1、機(jī)務(wù)部門

機(jī)車的維護(hù)、檢修和運(yùn)用是機(jī)務(wù)部門的基本任務(wù)，要求能夠經(jīng)濟(jì)、合理地運(yùn)用機(jī)車和質(zhì)量良好地檢修機(jī)車。

鐵路沿線負(fù)責(zé)機(jī)車運(yùn)用和檢修工作的基層生產(chǎn)單位是機(jī)務(wù)段。全路所有的機(jī)車分別配屬于各個(gè)機(jī)務(wù)段，并由它們來(lái)組織和計(jì)劃本段所屬機(jī)車的運(yùn)用和檢修工作，同時(shí)也負(fù)責(zé)組織機(jī)車乘務(wù)人員的工作。此外，在機(jī)車交路的折返點(diǎn)，還設(shè)有機(jī)務(wù)折返段，—般沒有配屆機(jī)車和檢修設(shè)備，只供機(jī)車進(jìn)行整備作業(yè)和折返前乘務(wù)人員臨時(shí)休息之用。

機(jī)車經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的運(yùn)用以后，各部分構(gòu)件都會(huì)發(fā)生磨耗、變形或損壞。為了保證機(jī)車正常工作．延長(zhǎng)使用期限，除機(jī)車乘務(wù)員的日常檢查和保養(yǎng)以外，還必須進(jìn)行各種定期檢修。機(jī)車的定期檢修，大修在機(jī)車工廠進(jìn)行，其余的檢修一般都在機(jī)務(wù)段進(jìn)行。因此，機(jī)務(wù)段除了機(jī)車的整備設(shè)備，還設(shè)有機(jī)車的檢修設(shè)備。機(jī)車類型不同，它們的檢修周期和檢修內(nèi)容也不—樣。機(jī)車的檢修

(1)機(jī)車的大修是一種全面的恢復(fù)性修理，大修后的機(jī)車基本上要達(dá)到新車的水平。

(2)機(jī)車中修又稱為架修，其主要目的是修理走行部，因此必須把機(jī)車架起，特定行部推出進(jìn)行修理。

(3)小修主要是為了對(duì)有關(guān)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和維修。

(4)輔修是臨時(shí)性的維修和養(yǎng)護(hù)。內(nèi)燃機(jī)車檢修周期表干線客、貨運(yùn)機(jī)車調(diào)車、小運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)車附注大修70～90萬(wàn)公里8～10年

小修公里或期限允許伸縮20%中修23～30萬(wàn)公里2.5～3年小修4～6萬(wàn)公里4～6個(gè)月輔修不少于2萬(wàn)公里不少于2個(gè)月電力機(jī)車檢修周期表干線客、貨運(yùn)機(jī)車調(diào)車、小運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)車附注大修160～200萬(wàn)公里不少于于15年

小修公里或期限允許伸縮20%中修40～50萬(wàn)公里不少于