内燃机车发展史及机车的结构原理

内燃机车的历史和机车的结构原理内燃机车(diesel locomotive)是以内燃机为动力，通过传动装置驱动车轮的机车。根据机车的内燃机种类，分为柴油机和燃气涡轮汽车。燃气涡轮汽车的效率比柴油机低，高温材料成本高，噪音也大，开发落后于柴油机。在中国，内燃机车的概念上是指柴油机。发展20世纪初，外国开始勘探试验内燃机车。1924年，苏联制造了电动车内燃机车，并用来运送到铁路。同年，德国连接了柴油机和空压缩机，利用柴油机排气余热加热压缩空气代替蒸汽，将蒸汽机车改造为空气驱动内燃机车。1925年，美国投入了220千瓦电力驱动内燃机车，从事电动车运行。20世纪30年代，内燃机车被广泛采用为试验阶段直流动力传动液压扭转装置等，内燃机车开始使用液压耦合器和液压扭转装置等传热装置的零件，但内燃机车仍然以分流机车为主。20世纪30年代后期，900 1,000kw的单个机车出现了多段连接的干线旅客内燃机车。第二次世界大战以来，柴油发动机的性能和制造技术迅速提高，内燃机车大部分配备废气涡轮增压系统，电力比战前提高了约50%，装有直流电力驱动和液压传动的内燃机车的发展速度加快，到20世纪50年代暴增。60年代，成功开发了大功率硅整流器，并应用于机车除尘，出现了AC-DC电力驱动2 940 kw内燃机车。20世纪70年代，单个内燃机车的功率达到4，410千瓦。随着电子技术的发展，联邦德国于1971年试验制作了1 840千瓦的粘合物，以1比1的方式制作了电力驱动内燃机车，为内燃机车和电力机车的技术发展提供了新的道路。内燃机车的后续发展表明，机车的可靠性、耐久性和经济性提高，防止污染，减少噪音等，持续取得了新的进展。中国从1958年开始制造内燃机车，首次量产了东风型等3种机车。1969年以来，东风4等15种新型号相继批量生产，与第一代内燃机车相比，电力、结构、柴油机热效率、传动效率方面有了很大提高。还增加了电阻制或液压制动及液压整流、机车系统保护和故障诊断显示、计算机控制功能。使用了轴承主体、静压驱动等一系列新技术。机车的可靠性和使用寿命方面，性能有了很大提高。东风11客运机车的速度达到了160公里/h。中国在生产内燃机车的过程中，先后从罗马尼亚、法国、美国、德国等国进口了其他数量的内燃机车，随着高速化和重有机化过程的加快，进一步探讨了相应内燃机车的设计、开发。分类按用途可分为客运、货运、分流内燃机车。行车部门形式分为车架和转向起重机内燃车辆。根据传动方式，分为机械传动、液压动力传动、电动内燃机车。现代机车主要使用电动和液压变速器。动力传输可分为直流动力传输和AC-DC动力传输和AC-DC电力驱动内燃机车。基本结构内燃机车由柴油机、变速器、辅助装置、车身行驶(包括车架、车身、转向架等)、制动装置和控制设备组成。柴油机内燃机车的动力装置，又称压缩内燃机。主要结构特点包括气缸数、气缸排列形式、气缸直径、活塞冲程、是否增压等。现代机车安装了排气涡轮增压器，利用柴油机废气驱动涡轮压缩机，通过将压力高的空气冷却到中冷器，送到柴油机进气道的方式，大大提高了柴油机功率和热效率。柴油机以4冲程和2冲程运行，相同速度的4冲程通常比2冲程更具热效率，因此大部分使用4冲程。从转速来看，分为高速机器(1500 r/min左右)、中速机器(1000 r/min)和低速机器(低于中速)。为了满足不同功率的需要，生产具有相同气缸直径和活塞的不同气缸数的产品。功率低的6缸、8缸线内或8缸v型，功率大的12、16、18和20缸v型在12、16缸中最常用。电动装置在柴油机的动力从执行器到机车的牵引要求之间安装的介质装置。柴油扭矩-速度特性和机车牵引力-速度特性完全不同，不能直接用柴油机驱动机车。柴油机有最低速度，低于此速度就不能运行，因此柴油机不能启动机车。柴油机功率基本上与速度成正比，仅在最大速度时达到最大功率值，机车运行的速度经常发生变化，以避免柴油机功率充分利用。如果柴油机不能反转，机车也不能改变方向。因此，内燃机车必须安装传动装置，以满足机车的牵引力。常用的传输方法包括机械传动、液压传动和动力传动。机械传动由离合器、齿轮传动、轴减速等组成。电力有限，铁路内燃机车不再采用。液压变速器主要由液压变速箱、轮轴齿轮箱、万向轴等组成。液力驱动机车最重要的驱动部件，由泵轮、涡轮和导向轮组成，也称为液力变矩器。泵轮连接在柴油机曲轴上，泵轮叶片驱动工作流体获得能量，涡轮叶片流道向涡轮叶片输送能量，涡轮轴输出机械能，通过万向轴齿轮箱将柴油机功率输送到机车车轮上。工作液体从涡轮叶片流出，经过导向轮叶片的引导，再次回到泵轮。液压传动机车(图2)操纵简单可靠，特别适用于风沙大、雨大的地区。传动装置分为三种类型：(a)直流传动装置。牵引发电机和电动机都是直流电动机，引擎驱动直流牵引发电机，直流电源直接供给每个牵引直流电动机，驱动机车车轮。(b) AC-DC动力装置。发动机驱动三相交流同步发电机出来的三相交流，经过高功率半导体整流器，变成直流，用直流牵引马达驱动机车。(c)可变-直线-交流传动装置。引擎驱动三相同步交流牵引发电机，释放的直流通过整流器到达直流中间电路，中间电路的恒定直流电压通过逆变器调节振幅和频率，将直流反转改为三相变频调压交流电压，用三相异步牵引电动机供给机车移动车轮。电力驱动机车应用最广泛。车身步行部包括车架、车体、转向架等基本部件。车架是机车的中枢，安装了动力机、车体、弹簧装置的基础。框架是由安装了柴油机、传动装置、辅助装置和车身(包括驾驶室)的中间梁、侧梁、枕头、梁等主要部分组成的矩形钢结构，由两个转向架支撑并连接在框架上，框架梁前后两端的中间和底部装有耦合器、缓冲器。车架负载最大，传送牵引力，列车运行，所以车架要有足够的强度和刚度。车身是框架的上盖，对机车的人员和机械设备起到了风、沙、雪、冷的保护作用。根据负载情况，分为完整负载和非完整轴承体。根据外形分为发动机罩和仓库车身。大车是机车的行驶装置，被称为手推车。包括框架、侧轴承、轴箱、轮对、轴齿轮箱(动力传动时包括牵引电动机)、弹簧、减震器、均衡梁和同一框架的连接装置、基本制动等主要部件。其作用是承载框架及其上方装置的重量，传递牵引力，帮助机车平衡运行和顺利通过曲线。内燃机车一般有两个2轴或3轴转向架。辅助设备用于保证正常运行的装置，如柴油机、传动装置、驾驶部门、制动装置和控制调节装置。主要设备包括确保燃料系统为柴油机提供燃料的设备和管道系统。冷却系统可确保柴油机和液压传动装置工作的冷却装置和管道系统。油管道系统柴油机正常润滑设备和管道系统；空气滤清器过滤空气中灰尘等赃物的装置；压缩空气系统列车的空气制动、沙盒、空气笛和其他设备压缩空气的系统；辅助电气设备电池组，直流辅助发电机，柴油机启动马达等。制动设备内燃机车装有空气制动器和手制动器。另外，大部分电力机车还在电力机车上安装了电阻制动式装置，液压变速机车上安装了液压制动装置。控制装置控制机车速度、行驶方向和停车的设备。主要有机车速度控制器、整流控制器、自动控制阀和辅助制动阀。操作台监视仪和警告信号装置包括空气、水、油等压力计、主妇品温度计、电流表、电压表、主妇品过热、超压或压力不足等声音和警告信号。为了安全保障和操作方便，机车信号和自动停车装置也安装在内燃机车上。工作原理燃料