《铁路机车车辆》课件 项目一 铁路机车

铁路机车车辆教师：×××项目一铁路机车目录01蒸汽机车02内燃机车03电力机车任务一蒸汽机车一、蒸汽机车的基本构造蒸汽机车主要由锅炉（火箱、锅炉安全阀、烟囱、烟箱门、蒸汽塔）、蒸汽机（活塞、气缸、十字头、主连接杆、滑杆、连接杆）、走行部（动轮）、煤水车及制动装置（空气压缩机、风缸）等部分组成，如图1-1所示。一、蒸汽机车的基本构造蒸汽机车问世以来，先后出现斯蒂芬森阀、贝林格阀、瓦尔沙尔特阀（华氏阀）、特鲁曼阀四种阀装置类型，中华人民共和国成立前后，我国使用的蒸汽机车绝大部分为华氏阀机车。典型华氏阀装置的结构如图1-2所示。二、蒸汽机车的分类1.按工作性质分类1）客运机车2）货运机车3）调车机车二、蒸汽机车的分类2.按轴列式分类我国蒸汽机车采用轮轴排列方式进行分类，统一用三组阿拉伯数字依次对应标识机车导轴、动轴、从轴的数量，以此确定机车的轴列式。例如，配备1根导轴、5根动轴、1根从轴的机车，其轴列式标注为1-5-1；无导轴、无从轴，仅配备4根动轴的机车，其轴列式标注为0-4-0。三、蒸汽机车的发展历程1.世界蒸汽机车的发展历程1830年，罗伯特·史蒂芬森制造“行星”号蒸汽机车，将卧式锅炉的内外火箱和烟箱制成整体。1825年9月，英国斯托克顿—达林顿铁路正式通车，是世界上第一条行驶蒸汽机车的永久性运输设施。1769年，法国工程师居纽研制出者世界上第一台蒸汽机车，主要用来牵引大炮。1829年，乔治·史蒂芬森制造“火箭”号蒸汽机车，正式开启铁路运输使用蒸汽机车的历程。三、蒸汽机车的发展历程2.中国蒸汽机车的发展历程1881年，开平矿务局修理厂的工人，按照英国工程师金达设计的图纸，利用矿上的设备制造出一台六轮小型蒸汽机车，命名为“中国火箭”号。1882年，中国从英国购进两台0-4-0型小型蒸汽机车（“0”号蒸汽机车），用于唐胥铁路，全车仅两对动轮，是我国目前保存下来的最早的蒸汽机车。1903年，唐山机车厂制造出MG1型蒸汽机车，是中国最早制成并在铁路上正式运营的蒸汽机车。任务二蒸汽机车一、内燃机车技术简介内燃机车是铁路主要的牵引动力设备，其凭借出色的环境适应性与运营经济性，在铁路运输中广泛普及。回望内燃机车的发展历程，其产品在技术革新的浪潮里持续迭代升级。1906年，美国制造出电传动汽油机车；1913年，瑞典制造出电传动内燃机车；1924年，苏联用一台735kW潜水艇柴油机制造出一辆电传动内燃机车；1925年，美国制造出220kW的电传动内燃机车。

一、内燃机车技术简介20世纪30年代初期，内燃机车进入试用和实用阶段，功率多在1000kW以内，主要以调车机车为主。20世纪30年代后期，干线客运内燃机车已实现单节多挂的运用形式，其经济效益远超同功率的蒸汽机车。1945年后，内燃机车步入高速发展期，柴油机多配装废气涡轮增压系统，功率普遍提升。一、内燃机车技术简介1.我国内燃机车技术的发展历程我国于1958年正式迈入内燃机车时代，历经长期积淀与发展，已建成较为完备的技术体系。从研发、制造、检验到技术标准的确立，形成了一套具有中国特色的内燃机车产品发展模式。我国内燃机车的发展，大体上可分为四代机车产品。1）第一代内燃机车2）第二代内燃机车4）第四代内燃机车3）第三代内燃机车一、内燃机车技术简介2.内燃机车技术的发展方向我国轨道交通的发展步伐不断加快，对相关的绿色节能技术要求越来越高，机车如何实现绿色、节能、减排、降耗、降噪已成为当前轨道交通装备研究的热点领域。要实现上述目标，传统的单一柴油机动力源已越来越不能满足或适应行业发展需求。基于以上原因，目前以混合动力为主的新能源机车正逐步发展起来。混合动力技术能高效强化内燃机车的节能环保效能，契合绿色低碳的发展导向，以混合动力为核心的新能源机车，将成为未来内燃机车的重点发展方向。伴随大数据与智能化技术的迭代，故障诊断、智能运维、安全监测等领域，也将成为内燃机车未来的重要发展方向。通过先进的技术手段，在满足节能、减排、降噪的同时，全面提升内燃机车的可维护性及可靠性。二、内燃机车的分类与基本组成1.内燃机车的分类2）按传动方式分类内燃机按种类可分为柴油机和燃气轮机3）按走行部形式分类内然机车按走行部形式可分为车架式内燃机车和转向架式内燃机车两种。1）按用途分类内燃机车按用途可分为客运内燃机车、货运内燃机车和调车内燃机车。二、内燃机车的分类与基本组成2.内燃机车的基本组成1）动力装置内燃机车的动力装置为柴油机或动力电池等其他储能设备。2）传动装置内燃机车的传动装置有电传动、液力传动和机械传动三种形式。3）车体与车架车体与车架的结构强度与刚度指标，直接关系到机车的安全性、动力学性能及使用寿命。二、内燃机车的分类与基本组成2.内燃机车的基本组成4）走行部走行部可分为车架式和转向架式两种，现代大功率内燃机车的走行部一般采用转向架式结构。7）制动系统制动系统是用于控制运行中的机车和整个列车减速和停车的重要系统。6）辅助装置燃油系统、机油系统、冷却和预热系统、通风和空气滤清系统、辅助电气系统、行车记录和监控系统。5）控制系统控制系统的主要功能是综合机车运行工况和各个设备的运行状态，对机车的工作模式，设备性能等进行控制。三、内燃机车的基本原理1.能量的传递电传动内燃机车的能量转化过程主要是：燃料化学能先变成燃气热能，燃气热能再转化为机械能，机械能接着变成电能，最后电能再转化为机械能。电传动内燃机车的能量传递过程如图1-3所示。三、内燃机车的基本原理2.内燃机车的传动原理电传动内燃机车的传动原理如图1-4所示，柴油机带动牵引发电机转动发出直流电或交流电，机械能转化为电能，再经过变流装置变流后输出可调可控的直流电或交流电，再给牵引电机供电，驱动牵引电动机旋转，再通过齿轮传动装置带动轮对转动。四、内燃机车的主要车型1.交-直流电传动内燃机车DF9型内燃机车（见图1-5）是国家第七个五年计划的重点攻关项目，是为缓和当时铁路客运紧张状况，扩大旅客列车编组，提高客运速度而研制的新型准高速客运内燃机车。该机车的优点：能将旅客列车扩编到20辆，最高运营速度为140km/h，以北京为中心1500km范围内能够做到朝发夕至，15h行车，标称功率为3040kW，最大起动牵引力为245kN，持续牵引力为179kN。四、内燃机车的主要车型1.交-直流电传动内燃机车DF11G型内燃机车（见图1-6）是在DF11型准高速客运内燃机车的基础上研制的高速客运内燃机车，其能牵引城际直达快速旅客列车准点到达。DF11G型内燃机车的研制成功，为当时我国在既有线上城际客运进一步提速提供了理想的交通工具，并填补了我国客运内燃机车客车集中供电系统的空白，不仅在性能上达到国际先进水平，而且在质量和外观效果上达到铁路跨越式发展、机车车辆装备现代化和提升制造水平的新要求。四、内燃机车的主要车型2.液力传动内燃机车DFH5

型内燃机车（见图1-7）是液力传动调车内燃机车，其最高运营速度为80km/h，最大运用功率为790kW，最大起动牵引力为278kN，持续牵引力为197kN。BJ型内燃机车（见图1-8）是4轴液力传动干线客运内燃机车。1970年开始试制，1975年批量生产。机车的最高运营速度为120km/h，标称功率为590kW，最大起动牵引力为245kN。四、内燃机车的主要车型3.交流电传动内燃机车HXN3

型内燃机车（见图1-9）是大连机车车辆有限公司联合EMD内燃机车公司合作研发的大功率6轴交流传动货运内燃机车，是技术引进的重点车型之一。该机车具有牵引力大、黏着系数高、制动性能优良、牵引电机简单可靠、燃油消耗率低、排放好等优点。该机车的最高运营速度为120km/h，标称功率为3900kW，最大起动牵引力为620kN，持续牵引力为598kN。四、内燃机车的主要车型3.交流电传动内燃机车HXN5

型内燃机车（见图1-10）是中车戚墅堰机车有限公司联合通用电气（GE）公司合作研发的大功率6轴交流传动内燃机车，是国家确定的技术引进重点车型之一。该机车具有牵引力大、黏着系数高、制动性能优良、牵引电机简单可靠、燃油消耗率低、排放好等优点。该机车的最高运营速度为120km/h，标称功率为4660kW，最大起动牵引力为620kN，持续牵引力为565kN。任务三电力机车一、电力机车的概念电力机车是铁道机车的重要类型，区别于蒸汽机车、内燃机车，自身无原动机。其工作原理为：从电气化铁路接触网或接触轨获取交流电或直流电，经过变压、变流处理后，将电能转化为机械能，驱动车轮运转，以此完成列车牵引作业。我国自主研制的韶山型电力机车就是典型的传统电力机车机型。二、电力机车的优势1.清洁无污染3.热效率高，能耗低5.作业条件舒适2.功率大，速度快4.维修便捷，运营成本低6.适应性与过载能力强三、电力机车的分类分类维度具体类别特征说明按用途划分客运电力机车专门牵引客运列车，特点是牵引力偏小、运行速度高，适配客运快速通行需求货运电力机车主要承担货物列车牵引任务，特点是牵引力大、承载能力强，运行速度相对较低客货两用电力机车客货两用电力机车可兼顾客运、货运牵引作业，牵引力、运行速度均介于专用客运、货运机车之间，通用性强调车电力机车用于车站、车场列车编组、调移等短距离牵引作业，牵引功率、牵引力、运行速度均较低三、电力机车的分类分类维度具体类别特征说明按电流制式划分直流制电力机车以直流接触网为供电来源，是最早研发应用的电力机车，接触网常用电压为1.5kV、3kV。采用直流牵引电机，结构简单、操控便捷、维修方便、运行可靠。但受接触网电压限制，供电距离短、配套变电所数量多，难以适配大功率牵引需求，调速能耗高、运行有冲击，目前已逐步被交流制电力机车替代，仅部分国家仍有少量运营交流制电力机车单相低频电力机车（我国未采用）采用15kV单相低频交流供电，适配单相交流整流子电机工作需求，可简化接触网结构、减少变电所配置，满足大功率牵引要求。但供电频率与工业用电不通用，需配套专用发电或变频设备，建设成本较高单相工频电力机车20世纪50年代起逐步普及，是目前铁路电气化主流供电制式。采用20kV/25kV、50Hz工业通用工频交流电，无须额外变频设备。搭载交-直-交变流装置与鼠笼式异步牵引电机，性能稳定、适配性强，成为全球主流机型三、电力机车的分类分类维度具体类别特征说明按电流制式划分交流制电力机车多流制电力机车可适配两种及以上供电制式运行的电力机车。全球各国铁路供电制式不统一，欧洲、美国、南非均采用多种交、直流供电标准。我国干线铁路采用25kV/50Hz工频交流电，轻轨采用750V、1500V直流电。多流制机车可实现跨线路、跨区域牵引作业，作业量更小、运营成本更低，跨界运用优势突出三、电力机车的分类分类维度具体类别特征说明按电流制式划分直-直流电传动由直流接触网供电，搭配直流牵引电机。通过直流调压装置调节电压，实现牵引电机转速、转矩的调控，结构简单、控制直观直-交流电传动（没有）直流电源供电，搭载交流牵引电机。通过逆变装置将直流电转换为电压、频率可调的交流电，驱动牵引电机运转，完成动力调节交-直流电传动单相交流电网受电，经主变压器降压、整流装置整流后，转换为直流电供给直流牵引电机，通过调压实现动力调控交-直-交流电传动当前轨道交通最主流的传动方式。从接触网获取高压交流电，经变压、整流转换为直流电，再通过逆变装置转化为可调压、调频的三相交流电，驱动异步牵引电机，动力性能优异、适配性极强三、电力机车的分类分类维度具体类别特征说明按轴列式划分轴列式分类国内外均有统一标准，单节机车从首端开始，以大写拉丁字母、阿拉伯数字及符号，按相邻车轴数量标注轴排列方式，可直观体现机车走行部的结构与承载特性四、电力机车的基本组成1.高压系统高压系统又称网侧系统，是机车的受电关键装置。其主要负责从25kV高压接触网获取电能，将电能导入牵引变压器原边绕组，再通过接地装置将电流导入钢轨与铁路变电站，完整完成高压电能的接入与回路导通工作。四、电力机车的基本组成2.电传动系统电传动系统是电力机车的核心子系统，是实现电能向机械能转换的关键载体，直接决定机车的牵引性能。该系统分为直流、交流两大类。四、电力机车的基本组成3.控制系统控制系统主要分为继电器接触器控制系统和微机网络控制系统两类。继电器接触器控制系统依托司机控制器、低压电器、电路联锁装置，响应司机操作指令，精准控制主、辅电路设备运行。四、电力机车的基本组成4.车体及钩缓装置车体及钩缓装置是机车的主要机械承载结构，主要由底架、司机室、侧墙、顶盖等主体结构，以及排障器、门窗、扶手等附属装置构成。该装置可有效传递牵引力、制动力，缓冲车钩对接产生的相互作用力，承载全车各类设备，同时保障车上人员与物资的承载安全，是整车安全稳定运行的基础部件。四、电力机车的基本组成5.转向架转向架是机车的走行关键部件，由构架、轮对、轴箱、弹性悬挂、电机悬挂、传动装置、基础制动装置等部分组成。其主要功能为承载车体及车载设备的全部重量，并将载荷均匀分配至钢轨；依托轮轨黏着效应生成牵引力与制动力，高效传递牵引、制动作业指令；缓冲线路颠簸带来的冲击，保障机车直线、曲线行驶的稳定性与安全性，优化整车运行品质。四、电力机车的基本组成6.制动系统制动系统是保障列车调速、停车安全的关