第二章 鐵路牽引動力

本章要點：內(nèi)燃機車組成傳動裝置柴油發(fā)動機工作原理電阻制動電氣化鐵道供電系統(tǒng)電力機車組成再生制動第二章鐵路牽引動力一.類型：

a.蒸汽：我國已淘汰

b.內(nèi)燃：主要動力方式

c.電力：主要動力方式§2.1牽引動力概述二.我國牽引動力概況§2.1牽引動力概述50年代以蒸氣機車牽引為主。60～70年代，內(nèi)燃電力得到了發(fā)展。80～90年代，內(nèi)燃電力取代了蒸汽。90年代向貨運重載，客運高速化發(fā)展。目前，我國內(nèi)燃機車為東風型系列，電力機車為韶山系列。三.國外概況美國、西歐、日本，50～60年代蒸汽機車。美國、加拿大以內(nèi)燃機車為主，俄羅斯以電力機車為主?！案咚伲剌d”是牽引動力的發(fā)展方向。§2.1牽引動力概述§2.2內(nèi)燃機車一.內(nèi)燃機車特點1.柴油機傳動裝置動輪2.熱效率高27～30％3.重量輕，功率大4.利用率高5.勞動條件好6.制造成本高，高海拔、長大隧道適應(yīng)性差。二.內(nèi)燃機車分類1.按用途：干線機車調(diào)車機車內(nèi)燃動車組2.按傳動方式：

§2.2內(nèi)燃機車機械傳動：柴油機齒輪變速系統(tǒng)動輪電傳動：柴油機電傳動裝置動輪液力傳動：柴油機液力變扭裝置動輪3.按機車軸式B0－B0

表示機車具有兩臺兩軸轉(zhuǎn)向架（單獨驅(qū)動）B－B表示機車具有兩臺兩軸轉(zhuǎn)向架（成組驅(qū)動）C－C表示機車具有兩臺三軸轉(zhuǎn)向架（成組驅(qū)動）C0－C0

表示機車具有兩臺三軸轉(zhuǎn)向架（單獨驅(qū)動）§2.2內(nèi)燃機車三.電傳動內(nèi)燃機車(一)組成發(fā)動機—柴油機傳動裝置—發(fā)電機、牽引電動機啟動裝置—蓄電池、起動電機

§2.2內(nèi)燃機車空氣制動系統(tǒng)—空氣壓縮機，總風缸電氣控制系統(tǒng)—控制機車啟動，換檔等走行部—轉(zhuǎn)向架車體及底架§2.2內(nèi)燃機車(二)柴油機1.組成①固定部件—機體、機座、氣缸套、主軸承②運動部件—活塞組、連桿、曲軸③配氣機構(gòu)④燃油系統(tǒng)⑤潤滑冷卻系統(tǒng)⑥進排氣系統(tǒng)§2.2內(nèi)燃機車2.柴油機的分類(1)按氣缸排列方式分①直立式②V型③對動式(2)按空氣進入汽缸的特點分①非增壓式②增壓式

§2.2內(nèi)燃機車(3)按柴油機工作方式分①二沖程式—活塞在氣缸中運行一個來回完成一個工作循環(huán)。②四沖程式—活塞氣缸運行兩個來回完成一個工作循環(huán)。沖程：活塞在氣缸中運行單邊的距離。工作循環(huán)：進氣，壓縮，燃燒膨脹，排氣?！?.2內(nèi)燃機車3.柴油機工作原理(1)進氣沖程(圖a)?；钊陨现裹c向下運動，配氣機構(gòu)打開進氣閥，新鮮空氣進入并充滿汽缸。

(2)壓縮沖程(圖b)?；钊韵孪蛏线\動，進氣閥關(guān)閉，進入汽缸的空氣被壓縮，壓縮終了時，汽缸內(nèi)的壓力和溫度都達到了很高程度?！?.2內(nèi)燃機車(3)燃燒膨脹沖程(圖c)。當活塞接近上止點時，噴油器向汽缸里噴油，柴油與氣缸內(nèi)高溫高壓空氣相遇后立即燃燒，高壓燃氣推動活塞向下移動，把熱能轉(zhuǎn)變成了機械能，經(jīng)過連桿傳遞，使曲軸旋轉(zhuǎn)對外作功，這是作功沖程§2.2內(nèi)燃機車(4)排氣沖程(圖d)?；钊韵轮裹c向上運動，排氣閥打開，廢氣從排閥排出汽缸。當活塞臨近上止點時，進氣閥又再次打開，讓新鮮空氣進入汽缸，開始了又一個新的工循環(huán)。注：在柴油機的一個工作循環(huán)中，只有第三沖程，燃燒膨脹沖程是作功沖程，其他三個沖程是輔助沖程，這些輔助沖程所需的能量都是直接或間接來自各工作循環(huán)的第三沖程。因此柴油機工作時，必須首先用外力驅(qū)動曲柄連桿機構(gòu)，16240Z型柴油機的起動是利用機車上的蓄電池驅(qū)動起動電動機，帶動曲軸轉(zhuǎn)動的。§2.2內(nèi)燃機車4.傳動裝置(1)為什么要設(shè)傳動裝置機車理想牽引特性N=FVN—機車功率F—機車牽引力V—機車速度§2.2內(nèi)燃機車(2)柴油機特點及外輸出特性a.只能在空載時起動b.只能在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作c.轉(zhuǎn)速n變化時，扭矩M幾乎不變d.柴油機功率與n成正比，柴油機一般是在接近n=max條件下工作e.柴油機輸出軸只能一個方向轉(zhuǎn)動§2.2內(nèi)燃機車(3)電傳動裝置類型類型：1.直－直：直流電傳動2.交－直：交、直流傳動3.交－直－交：交流電傳動a.直－直電傳動柴油機直流發(fā)電機直流串勵式牽引電動機動軸優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單缺點：直流發(fā)電機體積大，機車功率受限我國東風2、3型屬此類§2.2內(nèi)燃機車

b.交－直電傳動柴油機三相交流發(fā)電機直流串勵式牽引電動機動軸優(yōu)點：功率大，構(gòu)造簡單缺點：需整流設(shè)備（東風4屬此類）§2.2內(nèi)燃機車硅整流§2.2內(nèi)燃機車C.交－直－交電傳動傳動方式：柴油機交流發(fā)電機硅整流可控硅逆變器三相交流牽引電動機動軸優(yōu)點：功率大，性能好缺點：設(shè)備復(fù)雜。2000年,我國開發(fā)東風4DJ型交流電傳動機車。三相交流直流三相交流、變頻(4)牽引發(fā)電機

①牽引發(fā)電機

a.同步—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速同步b.異步—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速不同步②組成

定子—由硅鋼片構(gòu)成，槽中嵌有電樞繞組。轉(zhuǎn)子—勵磁繞組，磁極鐵芯?！?.2內(nèi)燃機車直流交流③工作過程小型交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組柴油機交流牽引發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸定子輸出三相交流§2.2內(nèi)燃機車（5）牽引電動機①要求：a.牽引電動機的負載和轉(zhuǎn)速要有較大范圍的變化b.能經(jīng)受劇烈的震動c.能在惡劣的氣候條件下工作d.電機牽引動力和轉(zhuǎn)速能符合機車牽引的要求②直流串勵式牽引電動機A.組成：定子—勵磁繞組轉(zhuǎn)子—電樞繞組§2.2內(nèi)燃機車B.特點：a.勵磁繞組與電樞繞組串連b.通過兩個繞組的電流相等c.勵磁繞組的磁通量與電樞繞組電流成正比即：IS=ILφ=KISφ=KIL

IL—勵磁電流；IS—電樞電流

§2.2內(nèi)燃機車③直流串勵式牽引電機特性曲線A.轉(zhuǎn)距特性M=CmφIs=CmKIS2

Cm—電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)；K—系數(shù)?！?.2內(nèi)燃機車B.轉(zhuǎn)速特性C.分析

當負載MISn

當負載MISn故直流串勵式轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)距M的關(guān)系如右圖：§2.2內(nèi)燃機車(6)交－直電傳動裝置工作原理§2.2內(nèi)燃機車（7）機車的速度調(diào)解

柴油機功率調(diào)解—燃料供應(yīng)調(diào)解發(fā)電機調(diào)解—牽引發(fā)電機勵磁電流的調(diào)節(jié)牽引電機調(diào)解—磁場削弱

①改變Rs—在電樞回路中增加附加電阻，但只能使Un，故一般不采用.方式由§2.2內(nèi)燃機車§2.2內(nèi)燃機車②改變牽引電動機端電壓，即牽引發(fā)電機輸出電壓.若忽略Rs，使IsRs＝0則有：當在負載不變的條件下，Is不變故ф亦不變故有n＝kU因此，可通過改變φ來實現(xiàn)U的改變，實際上φ的改變是通過改變牽引發(fā)電機的勵磁電流實現(xiàn)的.(8)機車換向方法：通過改變勵磁繞組的電流方向來實現(xiàn)③磁場的削弱

方法：在牽引電動機勵磁繞組的兩端并聯(lián)一級或多級分路電阻，如圖

當Xc斷開Is＝IL（全磁場）當Xc閉合Is>IL(磁場削弱)

根據(jù)Un＝Ceφ

由于IL

φn§2.2內(nèi)燃機車原理：利用電動機的可逆性原理，在機車需要減速時，將電動機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機使用，發(fā)出的電通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｖ绷鞔畡钍綘恳妱訖C由牽引工況轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿庸r原理圖：(9)電阻制動§2.2內(nèi)燃機車注：電阻制動的特點①速度越高，制動力越大;②特別適合于長大下坡道制動;③車速<15km/h，需要與空氣制動配合.§2.2內(nèi)燃機車§2.3液力傳動內(nèi)燃機車二.液力傳動基本原理一.特點：柴油機液力傳動裝置動軸1.原理：§2.3液力傳動內(nèi)燃機車2.工作過程柴油機液力泵渦輪機齒輪變速箱動軸§2.3液力傳動內(nèi)燃機車三.液力變扭器特性－泵輪扭距－渦輪扭距

－渦輪轉(zhuǎn)速

－變扭頻率曲線說明：1.當泵輪轉(zhuǎn)速為常數(shù)時=常數(shù)2.＝0時，＝最大＝最大時，＝03.渦輪變扭的效率在

之間為最大4.渦輪扭距隨

變化而成雙曲線§2.3液力傳動內(nèi)燃機車

變扭器高效區(qū)較窄,即變扭器轉(zhuǎn)速范圍較小,因此，柴油機與單個變扭器配合只能實現(xiàn)某一檔（速度級）的工作范圍，不能滿足機車牽引需要。一般，液力傳動裝置多由兩個以上不同性能的變扭器組成，它們聯(lián)合工作以實現(xiàn)機車牽引的要求.如圖：四.液力傳動裝置§2.3液力傳動內(nèi)燃機車五.機車的調(diào)速通過控制系統(tǒng)向不同的變扭器自動充油來完成，實現(xiàn)機車調(diào)速。(對不同的變扭器充油稱為換檔)六.機車換向通過齒輪變速系統(tǒng)實現(xiàn)。注：我國生產(chǎn)的北京型、東方紅型機車均為液力動機車§2.3液力傳動內(nèi)燃機車一.概述二.電力機車的特點1.機車本身并無發(fā)動機，能量從外界獲得;2.功率比較大;3.效率較高，火電15～18％，水電60％;4.具有較好的爬坡性能，適于山區(qū)的長大隧道等線路;5.不夠靈活，初期投資較大。§2.4電力機車三.分類

直流分類

單相低頻

交流

交－直傳動

單相工頻

交－直－交傳動§2.4電力機車韶山系列SS1SS2SS3SS4BSS6SS7SS8SS9AC4000SS1:1958年制造功率4200KW（5710馬力）6軸SS3:1978年制造功率4800KW（6530馬力）6軸第二代SS4B:1995年制造功率6400KW（8700馬力）8軸第二代AC4000:1996年制造功率4000KW4軸再生制動交流傳動SS8SS9：準高速客運機車，時速達200KM以上1998年研制四.我國電力機車§2.4電力機車五.電氣化鐵道供電系統(tǒng)(一)接觸網(wǎng)電流制§2.4電力機車

定義：機車從接觸網(wǎng)取得直流電直流制

過程：發(fā)電廠（110kv3相）

牽引變電所(整流降壓)

接觸網(wǎng)(3000v)

機車

特點：變電所數(shù)量多，機車結(jié)構(gòu)簡單

1.低頻單相交流：機車從接觸網(wǎng)取得低頻單相交流電

過程:發(fā)電廠(110kv3相)

牽引變電所（換相降壓變頻）

接觸網(wǎng)（11～15kv單相交流）

機車交流制

特點：需要造低頻發(fā)電廠或低頻變電所

2.工頻單相交流：機車從接觸網(wǎng)取得工頻單相交流電

過程：發(fā)電廠（110kv3相）

牽引變電所(換相降壓)

接觸網(wǎng)（25kv單相交流）

機車

特點：牽引變電所數(shù)量少，機車結(jié)構(gòu)復(fù)雜§2.4電力機車1.牽引變電所：沿鐵路線布置，相隔50～60km主要設(shè)備：變壓器，母線，隔離開關(guān)任務(wù)：降壓，換相a.換相原理：(二)牽引供電系統(tǒng)§2.4電力機車

b.電流引入過程電流

隔離開關(guān)

母線

變壓器

隔離開關(guān)

接觸網(wǎng)§2.4電力機車2.接觸網(wǎng)(1)對接觸網(wǎng)的要求a.輸電線弛度小，彈性均勻b.具有良好的穩(wěn)定性（無上下振動及擺動）c.具有良好的機械強度d.能適應(yīng)氣候的變化§2.4電力機車(2)接觸網(wǎng)a.接觸懸掛：承力索吊弦接觸線b.支撐裝置：腕臂拉桿絕緣子c.定位裝置：定位器與定位管d.支柱基礎(chǔ)：承受負荷§2.4電力機車§2.4電力機車支持裝置接觸懸掛支柱與基礎(chǔ)定位裝置(3)接觸網(wǎng)懸掛方式

a.簡單懸掛：無承力索與吊弦適用于速度較低的線路，速度不大于70km/hb.鏈形懸掛:①無補償鏈形懸掛②半補償鏈形③全補償鏈形§2.4電力機車(4)接觸