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现代机车车体上海应用技术学院 轨道交通学院班级：10115212 学号：1011521230 姓名：叶松摘要：火车机车从十九世纪以来，从蒸汽机到内燃机再到电力机，机车动力机驱动形式在不断变更，而现代机车的主要动力是内燃机和电力机。随着时代变迁，技术和科技的发展，机车的各个部件和整体外形都在不断变革。毋庸置疑，现代的机车正在朝着性能更强，能耗更低，速度更快，外形更美，服务更好的方向发展，而机车的发展也更大的影响了人们的生活和外出，为人类更好的未来作贡献。关键词：现代机车分类；现代电力机车组成部分及作用；现代机车发展方向现代机车分类：铁路机车的分类大致以运用和牵引动力来划分。 从运用上分，有客运机车、货运机车和调车机车。客运机车也就是牵引客车的机车，相对货运机车来说，客运机车的牵引力要小一些，速度要快些。这是因为客车的编组较少，一般为20多节，载重量也比货车小得多，没有必要“大马拉小车”造成浪费。货运机车当然是用来牵引货车的。我国除了重载列车外，一般的货运列车编组为60节，载重量约为3500吨。显然，货运机车的牵引力要比客运机车大得多，但速度没有客运机车那么快。调车机车主要在车站完成车辆转线以及货场取送车辆等各项调车作业，它的特点是机动灵活，因此车身较短，能通过较小的曲线半径，而速度相对要求不高。机车按牵引动力来划分，目前有蒸汽机车、内燃机车和电力机车。下面我们主要具体介绍这三种机车各自的特点。蒸汽机车的工作原理 蒸汽机车是蒸汽机在交通工具上运用的最好范例。我们都知道，蒸汽机是靠蒸汽的膨胀作用来作功的，蒸汽机车的工作原理也不例外。当司炉把煤填入炉膛时，煤在燃烧过程中，它蕴藏的化学能就转换成热能，把机车锅炉中的水加热、汽化，形成400以上的过热蒸汽，再进入蒸汽机膨胀作功，推动汽机活塞往复运动，活塞通过连杆、摇杆，将往复直线运动变为轮转圆周运动，带动机车动轮旋转，从而牵引列车前进。从这个工作过程可以看出，蒸汽机车必须具备锅炉、汽机和走行三个基本部分。锅炉是燃料（一般是煤）燃烧将水加热使之蒸发为蒸汽，并贮存蒸汽的设备。它由火箱、锅胴和烟箱所组成。火箱位于锅炉的后部，是煤燃烧的地方，在内外火箱之间容纳着水和高压蒸汽。锅炉的中间部分是锅胴，内部横装大大小小的烟管，烟管外面贮存锅水。这样，烟管既能排出火箱内的燃气又能增加加热面积。燃气在烟管通过时，将热传给锅水或蒸汽，提高了锅炉的蒸发率。锅炉的前部是烟箱，它利用通风装置将燃气排出，并使空气由炉床下部进入火箱，达到诱导通风的目的。锅炉还安装有汽表、水表、安全阀、注水器等附属装置。汽机是将蒸汽的热能转变为机械能的设备。它由汽室、汽缸、传动机构和配汽机构所组成。汽室与汽缸是两个相叠的圆筒，在机车的前端两侧各有一组。上部的汽室与下部的汽缸组合，通过进汽、排汽推动活塞往复运动。配汽机构是使汽阀按一定的规律进汽和排汽。传动机构则是通过活塞杆、十字头、摇杆、连杆等，把活塞的往复运动变成动轮的圆周运动。蒸汽机车的走行部分包括轮对、轴箱和弹簧装置等部件。轮对分导轮、动轮、从轮三种。安装在机车前转向架上的小轮对叫导向轮对，机车前进时，它在前面引导，使机车顺利通过曲线。机车中部能产生牵引力的大轮对叫动轮。机车后转向架上的小轮对叫从轮，除了担负一部分重量外，当机车倒行时还能起导轮作用。轴箱和车辆的滑动轴承轴箱相类似，主要起润滑作用，防止车轴在高速运行时过热。弹簧装置的作用主要是缓和运行时的振动，减轻车轮对线路的冲击，另外还能把车架上部的重量平均分配给各个轮对。蒸汽机车除了这三大部分外，还有将这三部分组成整体的车架，以及用来供应机车用煤用水的煤水车等。小词典鞲鞴（goubei）。它特指蒸汽机车汽缸里的活塞，其他地方很少运用。在过去有关蒸汽机车的资料中是个常常出现的名词，也是老铁路员工常用的术语。专家们曾经考证过很多资料，有的说它来自中国古代语言，有的说它是德语的音译，还有的说来自比利时不管怎么说，既然活塞一词既通俗又易懂，何必还用这个笔画繁多，很多人不知读音的怪字呢？所以，我们在介绍蒸汽机车时，一律使用活塞而不再使用鞲鞴。内燃机车简述 内燃机车是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。根据机车所用内燃机的种类，可分为柴油机车和燃气轮机车。在中国，内燃机车由于使用柴油机，所以在介绍内燃机车时一般都是指柴油机车。当柴油机的燃料在汽缸内燃烧时，所产生的高压高温气体在汽缸内膨胀，推动活塞往复运动，并通过曲轴将往复运动变为旋转运动，这样燃料的热能就转化为机械功。柴油机发出的动力传输给传动装置，通过对柴油机、传动装置的控制和调节，将适应机车运行工况的输出转速和转矩再送到每个车轴齿轮箱驱动机车动轮，使机车运行，动轮产生的轮周牵引力传送到车架，由车架端部的车钩变为挽钩牵引力来拖动或推送车辆。从内燃机车工作原理可以看出，内燃机车的基本构造是由柴油机、传动装置、车体走行部、辅助装置、制动设备、控制设备等部分组成的。柴油机是内燃机车的动力装置，现代内燃机车一般采用四冲程高速或中速柴油机。为满足各种功率的需要，在制造柴油机时，便生产相同汽缸直径和活塞冲程，不同汽缸数的系列产品。小功率的多为直列型，大功率的一般都是V型等。所谓直列型是指柴油机的汽缸垂直排列，而V型的汽缸成V型排列。各种柴油机都用一定的型号来表示，如16V240ZL型柴油机，表示16个汽缸V型排列，缸径240mm，设有涡轮增压器和中间冷却器。内燃机车的传动装置有电传动和液力传动两种，二者在结构原理和运用维修上都有较大的区别。内燃机车的走行部采用构架式转向架的形式。转向架主要承受机车上部重量，传递牵引力和制动力，以及缓和、吸收来自线路的各种冲击和振动，保证机车安全平稳地运行。辅助装置的作用是保证柴油机、传动装置和走行部的正常工作和可靠运行。主要包括：燃油系统、冷却系统、机油管路系统、空气滤清器、压缩空气系统、辅助电气设备等。制动设备包括一套空气制动机和手制动机。电传动机车增设电阻制动装置，液力传动机车装有液力制动装置。控制设备主要有机车速度控制器、换向控制器、自动控制阀和辅助制动阀。为了保证安全，还装有机车信号和自动停车装置。内燃机车有较明显的优点，如，机车效率较高、机车整备时间短，持续工作时间长，用水量少，适用于缺水地区。初期投资比电力机车少，机车乘务员劳动条件好，还便于多机牵引。但内燃机车机车最大的缺点是对大气和环境有污染。电力机车简述 电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠等主要优点，而且不污染环境，特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多，坡度大的山区铁路。电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为直-直流电力机车、交-直流电力机车、交-直-交流电力机车三类。直-直流电力机车采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为l500V或3000 V，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。交-直流电力机车采用交流制供电，目前世界上大多数国家都采用工频（50Hz）交流制，或25 Hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25 kV工业频率单相交流电后送到接触网上。但是在电力机车上采用的仍然是直流串励电动机（这种电动机最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修都很复杂，体积也较大），把交流电变为直流电的任务在机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建没投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交-直流电力机车。交-直-交流电力机车采用交流无整流子牵引电动机（即三相异步电动机），这种电动机在制造、性能、功能，体积、重量、成本、维护及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。它之所以迟迟不能在电力机车上应用，主要原因是调速比较困难。这种机车具有优良的牵引能力，很有发展前途。德国制造的E120型电力机车就是这种机车。 电力机车的工作原理，接触导线上的电流，经受电弓进入机车后经过主断路器再进入主变压器，交流电从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后，向六台分两组并联的牵引电动机集中供应直流电，使牵引电动机产生转矩，将电能转变为机械能，经过齿轮的传递驱动机车动轮转动。现代电力机车组成部分及作用电力机车是一种通过外部接触网或轨道供给电能，由牵引电动机驱动的现代化牵引动力。其优点是：1.清洁无污染。2.功率大，速度快。3.热效率高，成本低。4.综合利用资源，降低能源消耗。5.维修便利，成本低。6.工作条件舒适。7.适应能力强。电力机车由电气部分、机械部分和空气管路系统三大部分组成。电气部分包括牵引电动机、牵引变压器、整流硅机组等各类电气设备。作用：通过它们把取自接触网的电能转变为机械能，同时实现对机车的控制。机械部分包括车体、转向架、车体与转向架的连接装置和牵引缓冲装置。空气管路系统包括风源系统、制动机管路系统、控制管路系统和辅助管路系统。电力机车机械部分各部分的作用如下：1.车体车体是电力机车上部车箱部分。可分为：（1）司机室：乘务人员操纵机车的工作场所。（2）机械间：用于安装各种电气和机械设备。车体的功能：电力机车上部车厢部分1.乘务人员操纵机车的场所，也是平常保养、维修机车和运用中发生故障时处理故障的场所，所以，车体内设有司机室和机械间。2.安装各种电器、机械设备（牵引电动机除外），并保护车内设备不受外界风沙、雨雪的侵蚀。3.传递垂直力。包括车体及各种电器、机械设备重量，并把这种重量传向钢轨。4.传递纵向力。在钢轨接触点产生黏着力，并传给车体底架、车钩、牵引列车前进或对机车实行制动。5.传递横向力。在钢轨的引导下，实现机车在线路上行使，并保持曲线运行的安全。对车体的要求1.有足够的强度和刚度。在允许结构速度内，保证车体骨架结构不发生破坏和较大变形，以保证运行安全和正常使用。刚度：结构或构件抵抗变形的能力，包括构件刚度和截面刚度，按受力状态不同可分为轴向刚度、弯曲刚度、剪变刚度和扭转刚度等。对于构件刚度，其值为施加于构件上的力（力矩）与它引起的线位移（角位移）之比。对于截面刚度，在弹性阶段，其值为材料弹性模量或剪变模量与截面面积或惯性矩的乘积。抗裂度：结构或构件抵抗开裂的能力。强度：指材料在收到外力作用是抵抗破坏的能力。强度根据外力的作用方式，材料的强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯等不同形式。2.转向架转向架是机车的走行部分，它是电力机车机械部分中最重要的组成部分，主要包括：（1）构架：是转向架的基础受力体，也是各种部件的安装基础。（2）轮对：是机车在线路上的行驶部件，由车轴、车轮及传动大齿轮组成。（3）轴箱：用以固定轴距，保持轮对正确位置，安装轴承等。（4）轴箱悬挂装置：也称一系弹簧。缓冲轴箱以上部分的振动，减小运行中的动力作用。（5）齿轮传动装置：通过降低转速，增大转矩，将牵引电动机的功率传给轮对。（6）牵引电动机：将电能变成机械能转矩，传给轮对。（7）基础制动装置：是机车制动机制动力的部分，主要由制动缸、传动装置，闸瓦等组成。3.牵引缓冲装置牵引装置即指车钩，它是机车与列车的连接装置，为了缓和连挂和运行中的冲击，还设置有缓冲器。1、 3号缓冲器弹簧式摩擦缓冲器，SS1型机车使用。型式陈旧、容量不足，板簧及圆簧易产生永久变形、性能变化较大，已不能适应重载列车运行及机车的要求，已决定淘汰。2、2号缓冲器环弹簧摩擦式缓冲器，依靠环簧的变形及圆锥面上的摩擦力来缓和和吸收冲击时的动能。为提高其灵敏度，在前端设有几个开口的小环簧。缓冲器有3mm的预压量（15kN），以保证各环密贴，防止损失有效行程。容量25kN.m左右，阻抗力1200kN，行程为64mm68mm。性能较稳定，环簧受力比较合理，容量仍显不够。在运用中环簧易卡死，环簧工作面磨耗较严重，有待进一步改造和提高。3、MX-1型缓冲器 橡胶摩擦式缓冲器。头部为摩擦部分，由三个形状相同带有倾角的锲块、压块和箱体组成。锲块介于箱体与压块之间，当缓冲器受压缩时产生摩擦，消耗冲击动能。后部为弹性部分，由由九块金属橡胶片及隔板组成，除起弹性压缩和复原作用外，也吸收一部分冲击动能。容量35kN.m左右，阻抗力1600kN，行程为65mm。能量吸收率高，零件少，重量轻，结构简单维修量小，但性能不稳定，橡胶易老化、开裂；箱体及底板等零部件易发生裂纹。也需要在提高容量、改善性能方面进一步试验研究。4.司机室司机室采用流线型外形，使机车外形美观和减少空气阻力。.标准化司机室设备布置（1）司机室侧墙设备布置司机室的左侧墙上安装的设备有司机控制器组装、侧窗遮阳帘、烟灰缸、机车标识牌、下拉式活动侧窗和一个固定的三角侧窗，车外侧还装有机车后视镜。辅助司机控制器组装包括一个辅助司机控制器、一个风笛按钮以及一个由无线列调电台控制盒、无线调度指令接收器和扬声器组成的模块。司机室的右侧墙上安装的设备有侧窗遮阳帘、烟灰缸、下拉式滑动侧窗和一个固定的三角侧窗，车外侧还装有后视镜。（2）前墙设备布置司机室的前墙布置刮雨器装置、前窗遮阳帘、双面八色显示机车信号机。其中刮雨器装置主副司机侧各一个，采用下置式安装，用来清除灰尘和雨水，保证司机的视野前方清晰。（3）司机室顶面设备布置司机室顶面布置的设备有前照灯、司机室灯、吸顶风扇和空调的进出气凤栅等。前照灯和司机室灯均分强弱两档分别进行控制。（4）司机室后墙设备布置每个司机室后墙上安装有一台多功能饮水机，在饮水机下方装有灭火器，上方安装有衣帽钩，在主司机侧的后墙上装有紧急制动放风阀。中间安装有通往电气室的走廊门。两侧还安装乘座椅。、端司机室后墙上安装的设备不同之处有，端司机室后墙主司机侧为信号柜，里面装有行车安全装置，包括监控装置主机箱、信号主机、轮喷控制器、信号接线盒、TAX2监测装置主机箱、列车供电集控盒等；端司机室后墙主司机侧下部为逻辑控制单元，上部为微机柜；、端副司机侧为端子柜，端子柜门上安装有机车相关设备隔离开关板。司机室操纵台的布置。整个操纵台的设备布置，主要包括仪表座、司机台面布置、左柜、中间柜、右柜5大部分组成。仪表座位于司机操纵台的前方，在仪表座上几乎集中了所有提供给司机的显示信息。司机台面布置主要安装了司机操纵机车所必需的一些设备。左柜主要布置了司机室空气管路屏和刮雨器的二联体。中柜位于主司机的右侧，在中柜面板上布置了重联电话、刮雨器控制开关及4个气候开关。操纵台的右柜分成两层设计，其下层内布置有刮雨器水箱、安全防护用品箱，上层作为无线列调主机的预留安装位置。电力机车的发展趋势1电力机车制动机的发展趋势。现代铁路货运多采用重载快速运输，旅客列车运行速度达到200公里/小时以上，实验列车速度达到500公里/小时。普遍开始采用电空制动，盘型制动，再生制动，轨磁制动的组合制动形式。采用单元制动，闸瓦间隙自动调节器。轮对进角调整，车体摆动控制等新装备。电力机车将由摩擦制动，（动力制动）向非摩擦制动发展。1）电阻制动.电力机车上采用的辅助制动方法：制动时，将牵引电机转换为发电机，把列车的动能转化为电能，再由电阻器转换为热能散发到大气中，制动力的大小，可由牵引电机中的励磁电流进行控制。2）再生制动.与电阻制动类似，不同的是将牵引电机发出的电能通过电力设备反馈回供电系统，加以利用。3）轨道涡流制动。制动时，将转向架上的电磁铁放置在钢轨上方数毫米处，利用电磁铁和钢轨间的相对运动，在钢轨表面感应出涡流，把列车的动能转化为钢轨的热能，产生制动作用。4）旋转涡流制动。与轨道涡流制动原理相同，不同的是利用牵引电机的金属盘在电磁场中旋转，使金属盘表面产生涡流而发热，再由冷却风扇将热量散发到大气中，将列车的动能转化为热能。2电力机车动力控制系统发展趋势。逐渐采用交直交传动，特点：单位功率大，启动牵引力大，粘着力强，效率高，速度快，适用我国重载货运，客运提速，既有线路扩容。直流电力机车接触网（单相交流）牵引电机（直流）交流电力机车接触网（单相交流）牵引电机（三相交流）交交交直交直交磁悬浮列车直线电机（三相交流）采用电子计算机控制系统，经过了继电系统和半导体电子系统阶段，发展到电子微机控制系统。逐渐采用最高用电量控制技术。现代电力电子，电源技术的发展对电力机车的发展起到促进作用。电源技术，应用电子半导体器件，综合自动控制，计算机和电磁技术发展。多学科边缘交叉技术，在电力机车高质量，高效率，高可靠性电源中起关键作用。案例：电力机车手动控制的过分相问题，已经向电动机车和电动车组自动过分相技术发展，车内微机控制的普遍采用，车上自动控制断电方案是今后的发展方向。现在秦沈客运专线采用的是过分相预告信号及埋点方式仍是当前高速区段过分相的主流模式。客运电力机车逐渐向动力分散的动车组发展。因为动车组更适合我国的客运繁忙的国情，总功率大，启动和制动性强，运量大，速度快，平均轴重轻。动车；在客车车辆上安装动力装置，1906年，英国人首先制造了电传动150千瓦的动车。动车组：在动车后面加挂动力车辆，形成动力联动的车组。两端均有驾驶台，不必调头就可返回起点站。主要应用在地铁和电气化铁路上。原理：随着机车速度的增加，轴重也在增加。动车组可采用全动力轴或部分为动力轴的方法减轻轴重，提高粘着牵引力，适合高速运行。3电力机车电器的发展趋势电力机车电器的概念：应用于铁路机车中，用来接通或断开电路，对电路或非电对象起到控制，保护，检测及调整作用的电气设备，称为机车电器。属于牵引电器，是组成机车电传动和自动化系统的基本组件。1）机车电器用途：与电机设备一起，作为完成机车运行各项操作的具体执行部件。实现对机车各电路的导通与断开的控制。实现各类电器间的控制，保护，检测及调整作用。2）主型电力机车使用的主要电器设备。受电弓，主断路器，转换开关，硅整流柜，司机控制器，微机控制柜，接触器，继电器，自动开关，万能转换开关，按键开关，蓄电池，熔断器，避雷器，电空阀，互感器，传感器。3）电力机车电器的分类：电力机车电器按电路不同可分为主电路电器，辅助电路电器和控制电路电器。电力机车电器按作用不同可分为：开关电器，保护电器，控制电器，检测电器。受流器。习惯中，常将电力机车电器分为主型电器，接触器和继电器，其他电器三大类。主型电器指专为电力机车设计，作用很关键，结构较复杂，体积较大的那些电器，如受电弓和主断路器等。接触器用于主辅电路起开关作用，继电器多用于控制电路，起开关，控制和保护作用。其他电器，除了上两类以外的所有电器的总称，包括互感器，传感器，避雷器，熔断器，蓄电池，各类开关等。4）电力机车电器的发展趋势：低压电器：提高使用寿命和操作频率，减少体积，减轻重量，扩大容量，降低成本。不断采用性能较好，运行可靠以及免维护的接触器及继电器，广泛应用无触点电器及混合式电器。高压电器：发展大容量，快速动作，断口电压高的新系列产品，如应用真空断路器。努力发展组合电路器及成套配电装置。总体上的发展趋势：提高工作可靠性，电器寿命，提高分断能力，减少体积，简化拆装线路，降低费用的基本方向发展。5）受电弓的发展趋势现在主型电力机车使用的受电弓：韶山系列第三代电力机车普遍安装TSG3630/25型单臂受电弓，它是以法国Faiveley公司的AM51UF型受电弓为基础的国产化产品。近年来在以SS9G、SS7E为代表的新型机车中开始换装设计速度达200Km/h的DSA200型单臂受电弓，已成为目前国内新造电力机车的首选产品，并适用于相应速度等级的各种电力机车及动车组。TSG3(6)630/25型受电弓：工作特点：a.受流方式：受流时“滑动受流”（滑动接触）b.动作特点：升降时“先快后慢”（快动免击）c.使用方式：使用时“后弓运行”（防砸免污）技术创新及改进和发展的趋势：a.弓头支撑改用弹簧盒取代原用支架,保证机车运行时，弓头能随着接触导线的高度变化而作前后点头及上下动作，以改善受流质量。b.底架部分装有阻尼器用来吸收高速运行下的冲击震动。有：170Km/h无：120Km/hc.传动部分采用直线式结构（与车顶呈15度夹角），使传动动作更简洁迅速；用转臂取代滑环和拐臂的配合，使结构更简单明了。d.采用活塞式缓冲阀，安装于车体内部，便于调整升、降弓时间。为压缩空气流量控制阀。借