第三章铁路机车.ppt

铁道概论第三章铁路机车机车第一节概述机车是铁路运输的牵引动力，为满足牵引要求应具有的特征：可靠性高牵引性能良好数量足够定期的维护与维修机车组织运用合理机车分类1,机车按牵引动力分:蒸汽机车：通过蒸汽机把燃料的热能转化成机械能，用来牵引机车的一种机车。内燃机车：由柴油机、燃气轮机通过传动装置驱动的机车，自带能源式机车。电力机车：非自给式机车，受电弓获得电能，由牵引电动机通过传动装置驱动。2，按用途分：客运机车-快速，动轮大（DF11、SS8）货运机车-多拉，动轮多（DF4、SS4）（用于牵引客货车辆在铁路线上运行，属于干线机车，也称本务机车）调车机车灵活，动轮少（DF7、BJ）（用于铁路站场内或专用线上车辆的编组、解体、专线等调车作业）3 按列车动力轮对分布和驱动设备的设置分：动力集中型：东风系列、韶山系列动力分散型：将部分动力设备安装在带动力的车辆上，带动力的叫动车，不带动力的叫拖车。动力分散型主要指动车组。4 按列车转向架布置和车辆联结方式分：独立式转向架、铰接式转向架、中国铁路机车的发展前进型蒸汽机车 运营时速60KM东风4型内燃机车运营时速80KM韶山1型电力机车 运营时速110KM高速列车 运营时速250-350KM“龙号”机车，又名“中国火箭号”于1881年6月9日开始使用。蒸汽机车 中国保存至今的最古老机车-0号(1882年)蒸汽机车 1956年9月，中国自己设计第一台蒸汽机车终于试制成功。当时定名为和平型。蒸汽机车 蒸汽机车是通过蒸汽机把燃料的热能转换成机械能，用来牵引列车的一种机车。蒸汽机车主要由锅炉、汽机、走行部、车架、煤水车、车钩缓冲装置、制动装置组成。锅炉是供给机车动力的能源；装在机车两侧的两套汽机则是把蒸汽地热能转换成机械能，以驱动机车运行。1 952年年7月，四方厂试制成功月，四方厂试制成功1台台解放型蒸汽机车解放型蒸汽机车。它。它的诞生，揭开了我国蒸汽机车制造史上的新篇章。的诞生，揭开了我国蒸汽机车制造史上的新篇章。1956年年10月，铁道部组织有关单位对月，铁道部组织有关单位对3台解放型蒸汽机台解放型蒸汽机车进行技术改造，解放型干线货运蒸汽机车，曾由四车进行技术改造，解放型干线货运蒸汽机车，曾由四方厂、大连厂和齐齐哈尔厂进行批量生产。直至方厂、大连厂和齐齐哈尔厂进行批量生产。直至1960年，该型机车停止生产，共计生产了年，该型机车停止生产，共计生产了455台。台。“解放解放”(代号代号JF)这一名称是这一名称是1959年变更机车型名后，年变更机车型名后，对轴式为对轴式为1-4-1的的型型(天皇天皇，MA，米卡度米卡度)机车的统一规范名称。无论是国内新仿制的，还是从机车的统一规范名称。无论是国内新仿制的，还是从日伪和民国说什么接收来的外国进口的老型，都日伪和民国说什么接收来的外国进口的老型，都改称改称JF型，区分的标志是：车号在型，区分的标志是：车号在2101 2500号及号及4001号以上的是国产仿制车。号以上的是国产仿制车。蒸汽机车蒸汽机车的应用，迄今已有近200年的历史。由于蒸汽机车的构造比较简单，制造和维修比较容易，成本比较低，因此最早被世界各国铁路所采用。但是，蒸汽机车的热效率太低，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；且对环境有较大的污染，因此，在现代铁路运输中，蒸汽机车已逐渐被其他新型机车所取代。蒸汽机车视频1958年，第一台大功率液力传动内燃机车“卫星”号 内燃机车1958年底，中国第一台电力机车，韶山1型干线电力机车。电力机车津京城际高速铁路上运行的时速达250公里的和谐号CRH3型高速列车高速列车武广客运专线上运行的时速达300公里的和谐号CRH5型高速列车高速列车和谐号内部宽敞舒适，在352km的时速下，香烟屹立不倒上海磁悬浮，2002年12月31日建成通车。设计最高运行速度为每小时431公里 中国铁路机车速度发展示意图蒸汽机车内燃机车电力（高速）机车磁悬浮列车请谈谈，火车机车的不断改进，给国民经济发展、百姓生活带来怎样的影响？运输量大，有利于各地区的物资交流和劳动力流动，促进经济发展；交通便利快捷；机车内部环境舒适，给百姓出行带来方便。机车牵引列车运行是由于它具有相当大的牵引力，用来克服列车起动时和运行中所受的阻力。机车牵引力（F）和运行速度（V）的乘积，就是机车的功率（N），即FVN，常用“千瓦”做单位。任何一种机车，它的最大功率是一定的，叫做标称功率。机车的牵引力与机车功率 二 机车牵引性能的概念 东风11型机车牵引旅客列车 机车在牵引列车时，所受到的阻力是经常变化的。当阻力增大时，机车就要发挥出更大的牵引力来克服它；反之，当阻力减小时，牵引力就可以小一点。为了充分利用机车的功率，要求机车在各种不同运行速度的情况下，都能具有恒功率输出性能。这就要使FV常数。可见牵引力和速度之间应当成反比关系：当速度小时，牵引力大；速度大时，牵引力小。2.6.2.2 机车牵引性能曲线机车理想牵引性能曲线 机车理想牵引性能曲线直流串励电动机转速与转矩关系示意图 把对F和V的这种要求表示在坐标上，应该是一条双曲线，如下图所示。这条曲线叫做机车理想牵引性能曲线，无论任何一种机车的牵引性能，都应与它相符合。当然，曲线的两端不能无限延长。左端，牵引力不能超过轮轨之间的粘着力，否则车轮会空转；右端，速度也不能超过机车构造速度所能允许的范围电力传动内燃机车是由牵引电动机通过齿轮驱动的，所以机车牵引力和速度取决于牵引电动机的转矩和转速，从而也就决定了机车的牵引特性。串励牵引电动机的速率与转矩关系如上右图所示。它所具有的工作特性较适合于机车牵引的要求。即机车上坡或负载增加时，牵引电动机转矩较大，而转速较低，反之，则转矩减小，转速上升。第二节、内燃机车第二节、内燃机车内燃机车视频内燃机车的优点：热效率高；动力装置体积小，功率大；用水少；利用率高；速度高；劳动条件好,用内燃机车替换蒸汽机车方便。缺点是:造价高、维修工作量大、对大气有污染。内燃机车按传动方式的不同可分为电力传动内燃机车和液力传动内燃机车两种类型。3.1 内燃机车铁路上采用的内燃机绝大多数是柴油机，是将柴油燃烧产生的热能转变为由柴油机曲轴输出机械能的动力机械。一内燃机车传动装置的必要性1柴油机直接驱动机车动轮不能实现机车的理想牵引特性。2柴油机的转速范围满足不了机车速度范围变化的要求。3柴油机应在无负载情况下启动，而机车启动负载都是很大的，柴油机无法直接驱动机车动轮。4柴油机曲轴一般不能反转，而机车却需要既能前进也能后退。根据电机型式不同如果采用直流发电机和直流电动机配合，则称该类机车为“直直流电传动”内燃机车,机车构造简单,但功率较小（不大于2200KW）；如果采用交流发电机和直流电动机配合，则称为“交直流电传动”内燃机车,机车构造复杂,但功率较大。现在，还有交直交电力传动和交交电力传动等类型内燃机车,都是采用交流电动机,具有构造简单,功率较大等优点,是今后发展趋向。（目前我国动车组采用交直交传动）二 电力传动内燃机车电力传动内燃机车车体构造内燃机车（DF4B）车体主要由两侧司机室、中间动力室司机室、中间动力室和电电气室、冷却室气室、冷却室等部分组成。司机室司机室司机室司机室动力室动力室电气室电气室冷却室冷却室燃油箱总风缸柴油机发电机 电力传动内燃机车的能量传输过程是由柴油机驱动主发电机发电，然后向牵引电动机供电使其旋转，并通过牵引齿轮传动驱动机车轮对旋转。电力传动工作原理1柴油机；2牵引发电机；3电路；4牵引电动机；5主动齿轮；6从动齿轮；7动轮。在电力传动内燃机车上，一般都采用直流串励电动机。内燃机车主要由柴油机、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部分组成。电力传动工作原理柴油机牵引发电机电动机柴油机型号的表示四冲程柴油机：柴油机完成一个工作循环（进气、压缩、燃烧膨胀、排气），活塞经历四个冲程。（动画）柴油机工作原理（动画1）柴油机的构造（固定机件、运动机件、配气机构、进排气系统、燃油系统、冷却系统和润滑系统等）（动画2）一柴油机二传动装置1主发动机转子和定子2整流装置3牵引电动机转子和定子三交直流电力传动工作原理1机车的换向（由牵引电动机的旋转方向决定）2交流传动的优点：可靠性高、维修方便提高列车牵引性能四走行部采用构架式转向架的形式1构架2牵引杆装置3基础制动装置机车轴列式3030C0C0液力传动内燃机车与电力传动内燃机车相比，在机车的各个组成部分由柴油机、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中，除传动装置不同外，其余部分都是相似的。液力传动内燃机车北京型液力传动内燃机车 电力机车的牵引动力是电能，但机车本身没有原动力，而是依靠外部供电系统供应电力，并通过机车上的牵引电动机产生牵引力驱动列车前行。电气化铁路设备的主要特点是比蒸汽机车、内燃机车牵引的铁路增加了一套牵引供电系统。第三节铁路牵引供电系统及电力机车 电力机车的牵引动力是电能，但机车本身没有原动力，而是依靠外部供电系统供应电力，并通过机车上的牵引电动机驱动产生牵引力。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，缺点是:造价高，把铁道电气化要很大投资。我国铁路牵引动力现代化的主要方向就是大力发展电力牵引。2.3.3 电力机车 将电能从电力系统传送到电力机车的电力设备，总称为电气化铁道的供电系统。牵引供电系统主要包括发电厂、变电所和接触网等。2.3.3.1 电气化铁道牵引供电系统 供电系统示意图 电站三相交流220kV单相交流25kv5501000kv 发电厂(1)发出的电流，经升压变压器(2)提高电压后，由高压输电线(3)送到铁路沿线的牵引变电所(4)。在牵引变电所里把电流变换成所要求的电流或电压后，经馈流线(5)转送到邻近区间和站场线路的接触网(6)上供电力机车使用。我国采用工频（50Hz）交流制在铁路牵引供电系统中，主要指牵引变电所和接触网两部分。牵引变电所 1 牵引变电所 （1）作用 牵引变电所的任务是将电力系统高压输电线输送来的110千伏（或220千伏）的三相交流电，变压为不低于25千伏的工频单相交流电，向其邻近区间和所在站场线路的接触网送电，作为电力机车的牵引电源，保证可靠而又不间断地向接触网供电。（2）设备 在牵引变电所里，主要设有主变压器、电压互感器、电流互感器、高压断路器、各种高压隔离开关、避雷器以及信号显示等电气设备。（3）牵引变电所的供电方式 a）单边供电 b)上下行并联供电 c)双边供电通常，将馈流线、接触网、钢轨、回流线构成的电路称为牵引网。接触网和钢轨是牵引网的主体。2 接触网 接触网（图3-54）是架设在电气化铁路上空，向电力机车供电的一种特殊形式的输电线路，包含:接触悬挂、支持设备、支柱与基础等设备。接触网根据其接触悬挂类型，可以分为简单接触悬挂和弹性链形接触悬挂两类。图3-54接触网弹性链形接触悬挂是将接触导线通过链形吊弦挂在承力索上。简单接触悬挂是将接触导线直接通过吊弦挂在承力索上 的悬挂类型。图3-56简单接触悬挂图3-55弹性链形接触悬挂承力索接触网的结构1)接触悬挂包括吊弦、承力索、接触导线和补偿装置等。2)支持设备:用来吊挂全部接触悬挂设备,包括腕臂、绝缘子、拉杆、定位器。3)支柱和基础：用来固定接触网的高度4)定位器的作用是把接触导线在平面上布置成之字型,使受电弓的滑板磨损均匀 接触网的供电方式a)直接供电方式b)带回流线的直接供电方式c)自耦变压器供电方式 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电气设备等组成。除电气设备和车体外，其余部分都同交直流电力传动内燃机车相似。机车的走行部为两台三轴(或两轴)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3030。二 电力机车 电力机车车身结构图司机室司机室司机室司机室机械室机械室机械室机械室变压器室变压器室高压室高压室高压室高压室电抗器室电抗器室电抗器室电抗器室电力机车车身是以变压器室为中心两侧对称布置变压器室为中心两侧对称布置,变压器室变压器室两侧为电抗器室，两侧为电抗器室，机车两端为司机室，两端为司机室，司机室旁为机械室和高压室司机室旁为机械室和高压室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气回路中。1 电力机车的电气设备及其电路（1）主电路 主电路将产生机车牵引力有关的各种电气设备连成一个电系统，实现机车的电气传输。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）、转换硅机组、调压开关、整流硅机组、高压电气柜、电抗器、牵引电动机等。l）受电弓：机车顶部装有两套单臂受电弓，受电弓滑板紧压接触网导线滑行从电网上取得电流。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总开关。(图3-57)图3-57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总开关。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，它能自动跳开切断机车电源，实现对机车上设备的保护。(图3-58)图3-58主断路器主断路器4）调压装置：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。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发电机提供励磁电流；辅助绕组用来给机车的辅助电机供电。5）平波电抗器：由于牵引电动机本身的电感极小，不足以将整流后的脉动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。最后送入牵引电动机.（3）控制电路 控制电路利用低压电（110v）来控制高压电，将主电路和辅助电路中各电气设备的控制电器（包括各种控制开关、接触器、电空阀等）同电源、照明、信号等的控制装置连成一个电系统。（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三相交流电机使用。以上三个电路系统在电气方面一般是相互隔离的，但三者通过电磁、电空或机械传动等方式相互联系，配合动作，用低压电控制高压电，以保证操作的安全和实现机车的运行。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。与车辆不同，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（动力）制动。这是由于牵引电动机具有工作状态可逆转性的缘故，即牵引电机不仅能在电动机状态下工作产生牵引力，而且也能转换成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电能通过电阻变成热能散发掉。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，车轴带动发电机的电枢旋转，发出的电流就会被制动电阻变成热能散逸，消耗机车动能达到制动目的。(2)再生制动 该制动方式是将机车制动发出的电能通过一套反馈装置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通过反馈装置送回接触网。尤其是在长大下坡道上，电力机车可以进行恒速再生制动,达到制动和能量回收的目的。四电力机车运行方向的控制采用改变牵引电动机励磁绕组的电流方向实现的五当代国产电力机车韶山型系列电力机车和谐型系列电力机车 电力机车 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型和最新投入运用的和谐号等。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。与车辆相同，我们从也两方面保证铁路运输对机车的需求：一方面，铁路工业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，同时还要运用好机车，并延长机车的使用寿命，提高机车的使用效率。2.6.4 机车的检修与运用 与车辆不同，机车是属于机务段的固定资产，机务段不仅要机务段的固定资产，机务段不仅要维修和检修好机车，还要运用好机车。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，还设有机务折返段折返段，一般没有配属机车和检修设备，只供机车进行整备作业和折返前乘务人员临时休息之用。2、机车的整备作业 机车在牵引列车或调车工作之前需要供应机车必须的物资和做好各项准备工作这种物资供应和准备工作的总称，叫做机车整备作业。机车类型不同，整备作业的内容也不一样，内燃机车和电力机车整备作业的项目如下表。需要供应的物资需要供应的物资项目内燃电力项目内燃电力燃料YN机车转向Y(N)N水YN机车擦拭YY砂YY检查YY润滑油YY给油YY擦拭材料YY交接班YY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。机车的定期检修除大修在机车工厂进行以外，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。2.6.4.1 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)辅修是全面维修和养护,重点是制动设备。表3-6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7090万公里810年小修公里或期限允许伸缩20%中修2330万公里2.53年小修46万公里46个月辅修不少于2万公里不少于2个月表3-7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160200万公里不少于于15年小修公里或期限允许伸缩20%中修4050万公里不少于3年小修810万公里不少于6个月辅修13万公里不少于1个月 配属给各机务段的机车，一般分配在一、二个牵引区段里往返牵引列车或固定在某个车站上担任调车工作。机车运用上有一个特点，即机车只要离开机务段，就必须受车站有关行车人员的调度和指挥。通俗的说，就是火车开行一段距离后需要更换机车，一台机车只在一定范围内运行。我们举个例子说明：成都北京的T8旅客列车，成都广元采用SS3B牵引，广元宝鸡更换为SS6B(秦岭段加SS4或DJ1补机)，宝鸡郑州更换为SS7D，郑州北京西采用SS8。2.6.4.2 机车的运用 目前，肩回运转制是我国铁路上采用得最多的一种机车运用方式。采用这种方式时，机车都在段内整备。但每次入段整备时间长，效率不高，同时也增加了车站的负担。采用循环运转制时，由于机车很少进机务段，因而提高了机车运用效率，加速机车的周转，并减轻了车站的负担。但是，循环运转制的采用是受限制的，它只能在有大量不需要改编的中转列车经过的机务段车站上采用，而且还要在车站上增设相应的整备设备。1 机车交路机车交路（动画）乘务制度是机车运用的相关影响因素。通俗的说，乘务制度就是火车司机的工作制度。机车乘务制度基本上分两种：1 乘务制度(1)包乘制包乘制：固定由2到3个乘务组值乘一台机车。三班包乘制由三组乘务员固定位用一台机车，其优点是乘务员对自己驾驶的机车很熟悉，便于操纵和维修保养。但在机车运用和乘务员的组织工作方面较复杂，常会因安排不当或运行秩序被打乱而影响机车的运用效率。(2)轮乘制：轮乘制：由各个乘务组轮流值乘该机车。机车乘务组值乘的机车是不固定的，这就可以有效地使用机车和合理安排乘务员的作息时间，以较少的机车或乘务组完成较多的运输任务。当然，对乘务员的驾驶技术要求更高，对机车的保养也要求更严。