第二章铁路牵引动力

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1、本章要点： 内燃机车组成 传动装置 柴油发动机工作原理 电阻制动 电气化铁道供电系统 电力机车组成 再生制动,第二章 铁路牵引动力,一.类型：,a.蒸汽：我国已淘汰,b.内燃：主要动力方式,c.电力：主要动力方式,2.1 牵引动力概述,二.我国牵引动力概况,2.1 牵引动力概述,50年代以蒸气机车牵引为主。 6070年代，内燃电力得到了发展。 8090年代，内燃电力取代了蒸汽。 90年代向货运重载，客运高速化发展。 目前，我国内燃机车为东风型系列，电力机车为韶山系列。,三. 国外概况,美国、西欧、日本，5060年代 蒸汽机车。 美国、加拿大以内燃机车为主，俄罗斯以电力机车为主。 “高速，重载”

2、 是牵引动力的发展方向。,2.1 牵引动力概述,2.2 内燃机车,一.内燃机车特点 1.柴油机 传动装置 动轮 2.热效率高 2730 3.重量轻，功率大 4.利用率高 5.劳动条件好 6.制造成本高，高海拔、长大隧道适应性差。,二.内燃机车分类 1.按用途： 干线机车 调车机车 内燃动车组 2.按传动方式：,2.2 内燃机车,机械传动： 柴油机 齿轮变速系统 动轮,电传动： 柴油机 电传动装置 动轮,液力传动： 柴油机 液力变扭装置 动轮,3.按机车轴式,B0B0 表示机车具有两台两轴转向架（单独驱动） BB 表示机车具有两台两轴转向架（成组驱动） CC 表示机车具有两台三轴转向架（成组驱动

3、） C0C0 表示机车具有两台三轴转向架（单独驱动）,2.2 内燃机车,三.电传动内燃机车 (一) 组成 发动机 柴油机 传动装置 发电机、牵引电动机 启动装置 蓄电池、起动电机,2.2 内燃机车,空气制动系统 空气压缩机，总风缸 电气控制系统 控制机车启动，换档等 走行部 转向架 车体及底架,2.2 内燃机车,(二) 柴油机 1.组成 固定部件 机体、机座、气缸套、 主轴承 运动部件 活塞组、连杆、曲轴 配气机构 燃油系统 润滑冷却系统 进排气系统,2.2 内燃机车,2.柴油机的分类 (1)按气缸排列方式分 直立式 V型 对动式 (2)按空气进入汽缸的特点分 非增压式 增压式,2.2 内燃机

4、车,(3)按柴油机工作方式分 二冲程式 活塞在气缸中运行一个来回完成一个工作循环。 四冲程式 活塞气缸运行两个来回完成一个工作循环。 冲程：活塞在气缸中运行单边的距离。 工作循环：进气，压缩，燃烧膨胀，排气。,2.2 内燃机车,3.柴油机工作原理 (1)进气冲程(图a)。活塞自上止点向下运动，配气机构打开进气阀，新鲜空气进入并充满汽缸。 (2)压缩冲程(图b)。活塞自下向上运动，进气阀关闭，进入汽缸的空气被压缩，压缩终了时，汽缸内的压力和温度都达到了很高程度。,2.2 内燃机车,(3)燃烧膨胀冲程(图c)。当活塞接近上止点时，喷油器向汽缸里喷油，柴油与气缸内高温高压空气相遇后立即燃烧，高压燃气

5、推动活塞向下移动，把热能转变成了机械能，经过连杆传递，使曲轴旋转对外作功，这是作功冲程,2.2 内燃机车,(4)排气冲程(图d)。活塞自下止点向上运动，排气阀打开，废气从排阀排出汽缸。当活塞临近上止点时，进气阀又再次打开，让新鲜空气进入汽缸，开始了又一个新的工循环。 注： 在柴油机的一个工作循环中，只有第三冲程，燃烧膨胀冲程是作功冲程，其他三个冲程是辅助冲程，这些辅助冲程所需的能量都是直接或间接来自各工作循环的第三冲程。因此柴油机工作时，必须首先用外力驱动曲柄连杆机构，16240Z型柴油机的起动是利用机车上的蓄电池驱动起动电动机，带动曲轴转动的。,2.2 内燃机车,4.传动装置 (1) 为什么

6、要设传动装置 机车理想牵引特性 N = F V N 机车功率 F 机车牵引力 V 机车速度,2.2 内燃机车,(2) 柴油机特点及外输出特性 a.只能在空载时起动 b.只能在一定转速范围内工作 c.转速n变化时，扭矩M 几乎不变 d.柴油机功率与n成正比，柴油机 一般是在接近n=max条件下工作 e.柴油机输出轴只能一个方向转动,2.2 内燃机车,(3)电传动装置类型 类型： 1.直直 ：直流电传动 2.交直 ：交、直流传动 3.交直交：交流电传动 a.直直电传动 柴油机 直流发电机 直流串励式牵引电动机 动轴 优点：结构简单 缺点：直流发电机体积大，机车功率受限 我国东风2、3型属此类,2.

7、2 内燃机车,b.交直电传动 柴油机 三相交流发电机 直流串励式 牵引电动机 动轴 优点：功率大，构造简单 缺点：需整流设备（东风4属此类）,2.2 内燃机车,2.2 内燃机车,C.交直交电传动 传动方式： 柴油机 交流发电机 硅整流 可控硅逆变器 三相交流牵引电动机 动轴 优点：功率大，性能好 缺点：设备复杂。2000年,我国开发东风4DJ型交流电传动机车。,(4) 牵引发电机 牵引发电机 a.同步 转子转速与旋转磁场 的转速同步 b.异步 转子的转速与旋转磁场 的转速不同步 组成 定子 由硅钢片构成，槽中嵌有 电枢绕组。 转子 励磁绕组，磁极铁芯。,2.2 内燃机车,直流 交流, 工作过程

8、 小型交流发电机 转子上的励磁绕组 柴油机 交流牵引发电机转子轴 定子输出 三相交流,2.2 内燃机车,（5）牵引电动机 要求： a.牵引电动机的负载和转速要有较大范围的变化 b.能经受剧烈的震动 c.能在恶劣的气候条件下工作 d.电机牵引动力和转速能符合机车牵引的要求 直流串励式牵引电动机 A.组成： 定子 励磁绕组 转子 电枢绕组,2.2 内燃机车,B.特点： a. 励磁绕组与电枢绕组串连 b. 通过两个绕组的电流相等 c. 励磁绕组的磁通量与 电枢绕组电流成正比 即： IS =IL =KIS =KIL IL 励磁电流； IS 电枢电流,2.2 内燃机车, 直流串励式牵引电机特性曲线 A.

9、转距特性 M=CmIs=CmKIS2 Cm电动机转矩常数； K 系数。,2.2 内燃机车,B.转速特性,2.2 内燃机车,(6) 交直电传动装置工作原理,2.2 内燃机车,（7）机车的速度调解,柴油机功率调解 燃料供应调解 发电机调解牵引发电机励磁电流的调节 牵引电机调解 磁场削弱 改变Rs 在电枢回路中增加附加电阻，但只能使 U n ，故一般不采用.,方式,2.2 内燃机车,2.2 内燃机车, 改变牵引电动机端电压，即牵引发电机输出电压.若忽略Rs，使IsRs0 则有： 当在负载不变的条件下，Is不变故亦不变 故有 nkU 因此，可通过改变来实现U的改变，实际上的改变是通过改变牵引发电机的励

10、磁电流实现的.,(8) 机车换向 方法：通过改变励磁绕组的电流方向来实现, 磁场的削弱,2.2 内燃机车,原理：利用电动机的可逆性原理，在机车需要减速时，将电动机转换为发电机使用，发出的电通过电阻转变为热能。 直流串励式牵引电动机由牵引工况转变为制动工况原理图：,(9) 电阻制动,2.2 内燃机车,注：电阻制动的特点 速度越高，制动力越大; 特别适合于长大下坡道制动; 车速15km/h，需要与空气制动配合.,2.2 内燃机车,2.3 液力传动内燃机车,二.液力传动基本原理,1.原理：,2.3 液力传动内燃机车,2.工作过程,2.3 液力传动内燃机车,三.液力变扭器特性,2.3 液力传动内燃机车

11、,变扭器高效区较窄,即变扭器转速范围较小,因此，柴油机与单个变扭器配合只能实现某一档（速度级）的工作范围，不能满足机车牵引需要。一般，液力传动装置多由两个以上不同性能的变扭器组成，它们联合工作以实现机车牵引的要求.如图：,四. 液力传动装置,2.3 液力传动内燃机车,五.机车的调速 通过控制系统向不同的变扭器自动充油来完成，实现机车调速。 (对不同的变扭器充油称为换档) 六.机车换向 通过齿轮变速系统实现。 注：我国生产的北京型、东方红型机车均为液力动机车,2.3 液力传动内燃机车,一.概述 二.电力机车的特点 1.机车本身并无发动机，能量从外界获得; 2.功率比较大; 3.效率较高，火电15

12、18，水电60; 4.具有较好的爬坡性能，适于山区的长大隧道等线路; 5.不够灵活，初期投资较大。,2.4 电力机车,三.分类,直流 分类 单相低频 交流 交直传动 单相工频 交直交传动,2.4 电力机车,韶山系列 SS1 SS2 SS3 SS4B SS6 SS7 SS8 SS9 AC4000 SS1: 1958年制造 功率4200KW（5710马力）6轴 SS3: 1978年制造 功率4800KW（6530马力）6轴 第二代 SS4B: 1995年制造 功率6400KW（8700马力）8轴 第二代 AC4000:1996年制造 功率4000KW 4轴 再生制动 交流传动 SS8 SS9：准高

13、速客运机车，时速达200KM以上 1998年研制,四.我国电力机车,2.4 电力机车,五 .电气化铁道供电系统,(一) 接触网电流制,2.4 电力机车,定义：机车从接触网取得直流电 直流制 过程 ：发电厂（110kv 3相） 牵引变电所(整流降压) 接触网(3000v) 机车 特点：变电所数量多，机车结构简单 1.低频单相交流：机车从接触网取得低频单相交流电 过程:发电厂(110kv 3相) 牵引变电所（换相降压变频） 接触网（1115kv 单相交流） 机车 交流制 特点：需要造低频发电厂或低频变电所 2.工频单相交流：机车从接触网取得工频单相交流电 过程：发电厂（110kv 3相） 牵引变电

14、所(换相降压) 接触网（25kv 单相交流） 机车 特点：牵引变电所数量少，机车结构复杂,2.4 电力机车,1.牵引变电所：沿铁路线布置，相隔5060km 主要设备：变压器，母线，隔离开关 任务：降压，换相 a.换相原理：,(二) 牵引供电系统,2.4 电力机车,b.电流引入过程,电流 隔离开关 母线 变压器 隔离开关 接触网,2.4 电力机车,2.接触网,(1) 对接触网的要求 a.输电线弛度小，弹性均匀 b.具有良好的稳定性（无上下振动及摆动） c.具有良好的机械强度 d.能适应气候的变化,2.4 电力机车,(2) 接触网 a.接触悬挂：承力索 吊弦 接触线 b.支撑装置：腕臂 拉杆 绝缘

15、子 c.定位装置：定位器与定位管 d.支柱基础：承受负荷,2.4 电力机车,2.4 电力机车,(3) 接触网悬挂方式,a.简单悬挂：无承力索与吊弦 适用于速度较低的线路，速度不大于70km/h b.链形悬挂: 无补偿链形悬挂 半补偿链形 全补偿链形,2.4 电力机车,(4) 接触网导线在平面上的位置,说明：接触网导线沿线路中心线呈之字形布置，以保证受电弓均匀磨耗。,2.4 电力机车,3.牵引变电所向接触网供电方式,2.4 电力机车,2.4 电力机车,（1）单边供电 接触网在两个相邻牵引变电所的中间断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成两个供电分区，每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能的供电方式。 （2）双边供电 当分区亭的断路器闭合，使电路连通，两个供电分区可同时从两个牵引变电所获得电能，这种供电方式称为双边供电。,4、接触网供电方式,直接供电 馈电回路结构简单成本低但对通 信干扰大 BT供电 在馈电回路中加装吸流复压器一 方式 回流装置，使回路电流经回流线 流入牵引变电所，以减少磁场的 干扰