(第一次在B站投稿,有错误请指正,如果觉得不错就戳一下赞啦!)(封面是我们单位的机车,德州站摄)
目前国内铁路的发展十分迅猛,机车的技术水平也在不断的提高。我们都知道机车有电力机车,内燃机车和现在已经很少见到的蒸汽机车。蒸汽机车是通过锅炉加热后的水蒸气在气缸内膨胀做功,进而带动连杆驱动车轮。电力机车是靠电来驱动电机带动车轮的。那么内燃机车呢?可能会因为人是这样想的:启动内燃机之后挂上拍档然后踩油门。然而实际上这个想法是不对的。那么我作为一个未来在机务段搬砖的二等马润,就来给大家简单讲讲吧!
首先很多的朋友都有过这样的经历吧——汽车启动后要想走,必须要先踩一个踏板或者拨动一个操作杆,然后汽车才会走。这个通过改变变速箱内部的齿轮传动比来决定车的行进过程,就是所谓的“挂档”。所谓的“挡”,就是发动机工作时说输出的力的等级。当功率一定时,速度越低,牵引力越大,因此很多的高性能汽车都具有更好的变速箱。同样的对于那些经常要牵引很多货物或者是要走比较差的地形的重型汽车,所需要的变速箱也就更为复杂。比如说二战时期美国的那堆重型汽车就是一个例子——它至少是需要两个变速箱:一个控制牵引速度和需要的副箱和一个常规的主箱。使用时先挂副箱,然后再用主箱。
随着美国州际公路网的发展和公路重型运输的发展,美国的重型汽车的功率和牵引力越来越大,进而变速箱也越来越复杂,甚至出现了三连甚至四联变速箱(在这里先心疼司机一秒)
不过以上这些并不算什么,接下来的才是真正的丧心病狂(高能预警)
而且这些复杂的的变速箱在实际使用和维护上面都是很差的,某种意义上可以说是G11的远房亲戚(某格里芬懒虫:啊嚏)。况且对于内燃机车这种柴油机扭矩非常大的发动机来说,如果一定要用机械变速箱....emmmmmm……我作为一个火车司机表示要打死有这种想法的人。
当然了,机械传动的内燃机车也不是没有,主要是运用于1000hp以下的小功率内燃机车,英国人尤其喜欢用的。
那么不用机械式变速箱,有没有别的办法呢?答案是有。那就是液力变扭器和电机。
首选先来说一下液力变扭器。这个东西的结构很简单,而且听起来很高大上但是实际上却很常见——自动挡汽车的变速箱里面就有这个东西。它外形为圆形,主要部分为三个:泵轮,涡轮,和导轮。
那么这个东西是如何工作的呢?原理就是通过柴油机的传动轴连接着变扭器的泵轮,当柴油机转动时,带动泵轮旋转,同时把泵轮间隙的液压油通过离心力甩出去,通过导轮上面的孔洞甩到涡轮之间的空隙里。由于液压油带有之前的惯性,它所携带的动能对于涡轮产生了能量传动,使涡轮带动输出轴旋转,同时涡轮轴的液体再一次通过惯性经过导轮上面的孔洞回到泵轮的间隙里,以此往复。可能到了这里大家就有些懵圈了,觉得这并不简单反而很复杂,那么通过这个方法你就很快的能明白了原理:准备两台电扇,让它们头对头;打开其中的一台但是另一台仍然是关机状态;当它们对吹的时候就会发现,原来那个不动的风扇受到转动的风扇所形成的风的影响,也开始转动,并且对面的风扇转速越快它的转速也越来越快。这就是它的工作原理。
当机车前进时柴油机转速很高,泵轮转速高,进而带动涡轮加速旋转,机车便可前进。如果需要停车的话,可以通过暂时切断泵轮与涡轮之间的联系(排出液压油,这个办法在单级液力变扭器上常用)或者通过两组导轮形成反向的油路来进行“逆变”(类似于异步电机的反转。此方法在多级液力变扭器上常用)。
通过使用液力变扭器的方式来行进的机车称为液力传动内燃机车。我国的液力传动内燃机车命名为东方红型内燃机车,主要由资阳内燃机车厂和四方机车厂生产。单级液力变扭器只在东欧国家有过少量的使用,绝大部分国家使用的都是多级液力变扭器。我国采用的是德国VOITH公司的多级液力变扭器。并且我国的液力传动内燃机车在当时是处于国际上较为先进的水平。不过后来因为国内内燃机车的发展线路的改变(从原来的液力电力并举变为全力发展电传动),再加上液力传动的固有缺点——功率浪费较为严重,而且机车柴油机的功率越大浪费越多(比如说1000hp的柴油机会浪费不到200hp的功率,但是柴油机功率为5000hp时却会浪费掉800hp甚至更多的功率),因此我国就逐步的停产了这种机车,目前国内的液力传动内燃机车已经越来越少。
那么既然说完了液力传动和它的缺点了,就继续说另一种方式:电传动。
电传动的原理就简单许多了,它是通过柴油机带动发电机然后用产生的电来带动车轴上的电机来让机车行驶。自苏联在十月革命之后的1924年生产的第一个电传动内燃机车到现在,已经发展出了很多的传动方式,并且按照传动方式和年代有了更多的分类方法。按照传动方式分为:DC-DC,DC-AC,AC-DC,AC-DC-AC,AC-AC已经极少数的DC-AC-DC试验车。这里就先大致讲讲这些组合是什么意思。AC为交流,DC为直流。而DC-DC就是直流发电机发电-直流牵引电动机工作的意思。DC-AC即为直流发电机发的电通过逆变器(比如IGBT)变为交流电,带动牵引电动机工作。AC-DC为交流发电机产生的电通过整流设备(例如晶闸管,硅整流器,水银整流器(又名引燃管或汞弧管))变为脉流直流电供牵引电动机使用。AC-DC-AC是在AC-DC的基础上增加了一步逆变,使脉流直流电变为三相交流电。而AC-AC则通过VVVF(变频器)将交流发电机发的电变频然后带动牵引电动机工作。
电传动的功率浪费要比液力传动小的很多,不过其所需的设备也比液力传动多(体型上液力传动的机车普遍的要比电传动的要小)
我国的电传动内燃机车与液力传动内燃机车差不多是同时起步的。于1958年中国造出了巨龙号机车,开启了我国电传动内燃机车的先河。随着电子技术的进步与科学技术的发展,我国的电传动内燃机车也有最初的DC-DC变为了AC-DC,现如今再次发展成为AC-DC-AC。
早先的机车都是直流传动的。后来随着西德于1971年造出了DE2500型内燃机车而逐渐的变为交流传动。发展交流传动的原因是直流牵引电动机的固有缺陷:易产生电火花造成短路甚至失火,并且牵引电动机带有整流子,造成机车的轴重和转向架重量偏大,也不便于维修。而三相异步电动机就没用这些问题,没有电刷也就没用了电弧短路的问题,同时电动机自身只有定子和转子,没有了整流子,同时因为异步电动机是感应电动机,也不需要励磁绕组,因此重量更轻,同时交流电机的可靠性与功率都要比直流电机的要好。早先我国因为逆变器技术的不过关而无法量产。不过随着引入了美国EMD和GE公司的SD90MAC和AC6000CW两种交流电力机车,我国也量产了HXN系列的交流传动内燃机车。
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