內(nèi)燃機(jī)車發(fā)展史及機(jī)車的結(jié)構(gòu)原理

1、內(nèi)燃機(jī)車發(fā)展史及機(jī)車的結(jié)構(gòu)原理內(nèi)燃機(jī)車(diesellocomotive)以內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)力，通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪的機(jī)車。根據(jù)機(jī)車上內(nèi)燃機(jī)的種類，可分為柴油機(jī)車和燃?xì)廨啓C(jī)車。由于燃?xì)廨啓C(jī)車的效率低于柴油機(jī)車以及耐高溫材料成本高、噪聲大等原因，所以其發(fā)展落后于柴油機(jī)車。在中國(guó)，內(nèi)燃機(jī)車的概念習(xí)慣上指的是柴油機(jī)。發(fā)展20世紀(jì)初，國(guó)外開始探索試制內(nèi)燃機(jī)車。1924年，蘇聯(lián)制成一臺(tái)電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車，并交付鐵路使用。同年，德國(guó)用柴油機(jī)和空壓縮機(jī)配接，利用柴油機(jī)排氣余熱加熱壓縮空氣代替蒸汽，將蒸汽機(jī)車改裝成為空氣傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。1925年,美國(guó)將一臺(tái)220kW電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車投入運(yùn)用，從事調(diào)車作業(yè)。30年代，

2、內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)入試用階段，直流電力傳動(dòng)液力變扭器等廣泛采用，并開始在內(nèi)燃機(jī)車上采用液力耦合器和液力變扭器等熱力傳動(dòng)裝置的元件，但內(nèi)燃機(jī)車仍以調(diào)車機(jī)車為主。30年代后期，生現(xiàn)了一些由功率為9001000kW單節(jié)機(jī)車多節(jié)連桂的干線客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。第二次世界大戰(zhàn)以后，因柴油機(jī)的性能和制造技術(shù)迅速提高，內(nèi)燃機(jī)車多數(shù)配裝了廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，功率比戰(zhàn)前提高約50%,配置直流電力傳動(dòng)裝置和液力傳動(dòng)裝置的內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)展加快了，到了20世紀(jì)50年代，內(nèi)燃機(jī)車數(shù)量急驟增長(zhǎng)。60年代期，大功率硅整流器研制成功，并應(yīng)用于機(jī)車制進(jìn)，由現(xiàn)了交一直流電力傳動(dòng)的2940kw內(nèi)燃機(jī)車。在70年代，單柴油機(jī)內(nèi)燃機(jī)車功率已達(dá)到4410k

3、Wo隨著電子技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)邦德國(guó)在1971年試制由1840kW的交一直一交電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車，從而為內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車的技術(shù)發(fā)展提供了新的途徑。內(nèi)燃機(jī)車隨后的發(fā)展，表現(xiàn)為在提高機(jī)車的可靠性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性，以及防止污染、降低噪聲等方面不斷取得新的進(jìn)展。中國(guó)從1958年開始制造內(nèi)燃機(jī)車，先后有東風(fēng)型等3種型號(hào)機(jī)車最早投入批量生產(chǎn)。1969年后相繼批量生產(chǎn)了東風(fēng)4等15種新機(jī)型，同第一代內(nèi)燃機(jī)車相比較，在功率、結(jié)構(gòu)、柴油機(jī)熱效率和傳動(dòng)裝置效率上，都有顯著提高；而且還分別增設(shè)了電阻制或液力制動(dòng)和液力換向、機(jī)車各系統(tǒng)保護(hù)和故障診斷顯示、微機(jī)控制的功能；采用了承載式車體、靜液壓驅(qū)動(dòng)等一系列新技術(shù)；機(jī)車可靠

4、性和使用壽命方面，性能有很大提高。東風(fēng)11客運(yùn)機(jī)車的速度達(dá)到了160km/ho在生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車的同時(shí)，中國(guó)還先后從羅馬尼亞、法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家進(jìn)口了不同數(shù)量的內(nèi)燃機(jī)車，隨著鐵路高速化和重載化進(jìn)程的加快，正在進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)、開發(fā)與之相適應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)車。分類按用途可分客運(yùn)、貨運(yùn)、調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車。接走行部形式分為車架式和轉(zhuǎn)向架式內(nèi)燃車。按傳動(dòng)方式分為機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)、電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車?，F(xiàn)代機(jī)車多采用電力和液力傳動(dòng)。電力傳動(dòng)又可分為直流電力傳動(dòng)和交一直流電力傳動(dòng)和交一直一交電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。基本結(jié)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)車由柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置、輔助裝置、車體走行部（包括車架、車體、轉(zhuǎn)向架等）、制動(dòng)裝置和控制設(shè)備等組成。

5、柴油機(jī)內(nèi)燃機(jī)車的動(dòng)力裝置，又稱壓燃式內(nèi)燃機(jī)。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)包括汽缸數(shù)、汽缸排列形式、汽缸直徑、活塞沖程、增壓與否等?，F(xiàn)代機(jī)車用的柴油機(jī)都配裝廢氣渦輪增壓器，以利用柴油機(jī)廢氣推動(dòng)渦輪壓氣機(jī)，把提高了壓力的空氣經(jīng)中間冷卻器冷卻后送入柴油機(jī)進(jìn)氣管，從而大幅度提高了柴油機(jī)功率和熱效率。柴油機(jī)工作有四沖程和二沖程兩種方式，同等轉(zhuǎn)速的四沖程機(jī)的熱效率一般高于二沖程，所以大部分采用四沖程。從轉(zhuǎn)速來看，分為高速機(jī)（1500r/min左右）、中速機(jī)（1000r/min）和低速機(jī)（中速機(jī)轉(zhuǎn)速以下）。為滿足各種功率的需要，生產(chǎn)有相同汽缸直徑和活塞的各種缸數(shù)的產(chǎn)品。功率較小用6缸、8缸直列或8缸V型，功率較大用12、1

6、6、18和20缸V型，其中以12、16缸的最為常用。傳動(dòng)裝置為使柴油機(jī)的功率傳到動(dòng)軸上能符合機(jī)車牽引要求而在兩者之間設(shè)置的媒介裝置。柴油機(jī)扭矩一轉(zhuǎn)速特性和機(jī)車牽引力一速度特性完全不同，不能用柴油機(jī)來直接驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪：柴油機(jī)有一個(gè)最低轉(zhuǎn)速，低于這個(gè)轉(zhuǎn)速就不能工作，柴油機(jī)因此無法啟動(dòng)機(jī)車；柴油機(jī)功率基本上與轉(zhuǎn)速成正比，只有在最高轉(zhuǎn)速下才能達(dá)到最大功率值，而機(jī)車運(yùn)行的速度經(jīng)常變化，使柴油機(jī)功率得不到充分利用；柴油機(jī)不能逆轉(zhuǎn)，機(jī)車也就無法換向。所以，內(nèi)燃機(jī)車必須加裝傳動(dòng)裝置來滿足機(jī)車牽引要求。常用的傳動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和電力傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)裝置是由離合器、齒輪變速箱、軸減速箱等組成的。因其功率受

7、到限制，在鐵路內(nèi)燃機(jī)車中不再采用。液力傳動(dòng)裝置主要由液力傳動(dòng)箱、車軸齒輪箱、萬向軸等組成。液力變扭器（又稱變矩器）是液力傳動(dòng)機(jī)車最重要的傳動(dòng)元件，由泵輪、渦輪、導(dǎo)向輪組成。泵輪和柴油機(jī)曲軸相連，泵輪葉片帶動(dòng)工作液體使其獲得能量，并在渦輪葉片流道內(nèi)流動(dòng)中將能量傳給渦輪葉片，由渦輪軸輸由機(jī)械能做功，通過萬向軸、車軸齒輪箱將柴油機(jī)功率傳給機(jī)車動(dòng)輪；工作液體從渦輪葉片流由后，經(jīng)導(dǎo)向輪葉片的引導(dǎo)，又重新返回泵輪。液力傳動(dòng)機(jī)車（圖2）操縱簡(jiǎn)單、可靠，特別適用于多風(fēng)沙和多雨的地帶。電力傳動(dòng)分為三種：（a）直流電力傳動(dòng)裝置。牽引發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)均為直流電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流牽引發(fā)電機(jī)，將直流電直接供各牽引直流電動(dòng)

8、機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪。（b）交一直流電力傳動(dòng)裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)三相交流同步發(fā)電機(jī)，發(fā)生的三相交流電經(jīng)過大功率半導(dǎo)體整流裝置變?yōu)橹绷麟?，供給直流牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪。（c）變一直一交流電力傳動(dòng)裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)三相同步交流牽引發(fā)電機(jī)，發(fā)生的直流通過整流器到達(dá)直流中間回路，中間回路中恒定的直流電壓通過逆變器調(diào)節(jié)其振幅和頻率，再將直流電逆變成三相變頻調(diào)壓交流電壓，并供給三相異步牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪。電力傳動(dòng)機(jī)車的應(yīng)用最為廣泛。車體走行部包括車架、車體、轉(zhuǎn)向架等基礎(chǔ)部件。車架是機(jī)車的骨干，安裝動(dòng)力機(jī)、車體、彈簧裝置的基礎(chǔ)。車架為一矩形鋼結(jié)構(gòu)，由中梁、側(cè)梁、枕梁、橫梁等主要部分組成，上面安裝有柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置

9、、輔助裝置和車體（包括司機(jī)室），下面由兩個(gè)轉(zhuǎn)向架支撐并與車架相連，車架中梁前后兩端的中下部裝設(shè)車鉤、緩沖裝置。車架承受荷載最大，并傳遞牽引力使列車運(yùn)行，因此，車架必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。車體是車架上部的外殼，起保護(hù)機(jī)車上的人員和機(jī)器設(shè)備不受風(fēng)、沙、雨雪的侵襲和防寒作用。按其承受載荷情況，分為整體承載式和非整體承車體；按其外形分為罩式和棚式車體。轉(zhuǎn)向架是機(jī)車的走行裝置，又稱臺(tái)車。由構(gòu)架、旁承、軸箱、輪對(duì)、車軸齒輪箱（電力傳動(dòng)時(shí)包括牽引電機(jī)）、彈簧、減振器、均衡梁，以及同車架的連結(jié)裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置等主要部件組成。其作用是承載車架及其上面裝置的重量，傳遞牽引力，幫助機(jī)車平衡運(yùn)行和順利通過曲線。內(nèi)燃

10、機(jī)車一般為具有兩個(gè)2軸或3軸的轉(zhuǎn)向架。輔助裝置用來保證柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置、走行部、制動(dòng)裝置和控制調(diào)節(jié)設(shè)備等正常工作的裝置。主要設(shè)備包括：燃油系統(tǒng)一一保證給柴油機(jī)供應(yīng)燃油的設(shè)備及管路系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)設(shè)一保證柴油機(jī)和液力傳動(dòng)裝置能夠正常工作的冷卻設(shè)備和管路系統(tǒng)；機(jī)油管路系統(tǒng)一一給柴油機(jī)正常潤(rùn)滑的設(shè)備及管路系統(tǒng)；空氣濾清器一一過濾空氣中灰塵等贓物的裝置；壓縮空氣系統(tǒng)一一供給列車的空氣制動(dòng)裝置、砂箱、空氣笛及其他設(shè)備壓縮空氣的系統(tǒng)；輔助電氣設(shè)備一一蓄電池組、直流輔助發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)起動(dòng)電機(jī)等。制動(dòng)設(shè)備內(nèi)燃機(jī)車都裝有一套空氣制動(dòng)機(jī)和手制動(dòng)機(jī)。止匕外，多數(shù)電力傳動(dòng)機(jī)車增設(shè)電阻制動(dòng)裝選，液力傳動(dòng)機(jī)車裝有液力制動(dòng)裝置。控制設(shè)備控制機(jī)車速度、行駛方向和停車的的設(shè)備。主要有機(jī)車速度控制器、換向控制器、自動(dòng)控制閥和輔助制動(dòng)閥。操縱臺(tái)上的監(jiān)視表和警告信號(hào)裝置有：空氣、水、油等壓力表，主要部位溫度表，電流表、電壓表，主要部位超溫、超壓或壓力不足等音響和顯示警告信號(hào)。為了保證安全，便于操作，內(nèi)燃機(jī)車上還裝設(shè)有機(jī)車信號(hào)和自動(dòng)停車裝置。工作原