鐵道概論第五章鐵路機車

《鐵道概論》第六版海南維管段中鐵電氣化鐵路運營管理有限公司海南維管段第五章鐵路機車

一、概述作用：機車是鐵路運輸?shù)幕緞恿Α?/p>

鐵路是用機車牽引車輛，行駛在鋪有鋼軌線路的一種現(xiàn)代化運輸工具。

由于鐵路車輛都不具備動力裝置，需要把客車或貨車連掛成列，由機車牽引沿著鋼軌運行。在車站上，車輛的轉(zhuǎn)線以及貨場取送車輛等各項調(diào)車作業(yè)，也要由機車完成。因此，必須保證提供足夠數(shù)量的牽引性能良好的機車；還必須加強對機車的保養(yǎng)與檢修工作，以及對機車的運用進行合理的組織。

超鏈接：看火車、東風重點超鏈接：內(nèi)燃機車與蒸汽機車專題視頻超鏈接：電力機車專題視頻超鏈接：中國動車組

1804年，英國工程師特里維雪克研制出一臺單缸蒸汽機車。因為當時使用木材燒火作燃料，所以叫“火車”。

1825年9月27日，英國人斯蒂芬森制造的“運動號”蒸汽機車在世界上第一條鐵路——英國的斯托克頓～達林頓的線路上行駛。

斯蒂芬森親自操縱機車在歡呼聲中出發(fā)。這就是人類歷史上第一列用蒸汽機車牽引在鐵路上行駛的旅客列車。

隨著對機車的不斷試驗改進和技術(shù)更新，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，我國機車在產(chǎn)品系列化方面取得了可喜成果。在東風4型電傳動內(nèi)燃機車的基礎(chǔ)上，先后研制了適合重載運輸?shù)臇|風4重聯(lián)機車和東風8型機車；適合高原運輸和旅客運輸?shù)臇|風4B型機車。

1994年12月22日在廣深準高速鐵路上，開行的是我國自行設(shè)計和研制的東風11型準高速客內(nèi)燃機車，最大試驗速度達到了183km/h。

奔馳在電氣化鐵路上的火車頭，是一種功率大，運載能力強，啟動平穩(wěn)，加速快，而且沒有環(huán)境污染的牽引機車——電力機車。為中國鐵路的新的騰飛做出貢獻。蒸汽機車：把燃料的熱能轉(zhuǎn)換成機械能，用來牽引列車的一種機車。組成：鍋爐、汽機、走行部、車架、煤水車、車鉤緩沖裝置以及制動裝置等蒸汽機車已有170多年的歷史。但其總效率一般只有5-9％;煤水消耗量很大，需要大量的上煤，給水設(shè)備。二、內(nèi)燃機車內(nèi)燃機車是以內(nèi)燃機作為原動力的一種機車。內(nèi)燃機車的熱效率可達到30%左右，是各類機車中效率較高的一種。機車的整備時間短，持續(xù)工作的時間長，適用于長交路；用水量少，適用于缺水地區(qū)；初期投資比電力機車少，而且機車乘務(wù)員勞動條件好，便于多機牽引。但內(nèi)燃機車最大的缺點是對大氣和環(huán)境有污染。

鐵路上采用的內(nèi)燃機車絕大多數(shù)是柴油機。在內(nèi)燃機車上，柴油機和機車動輪之間都裝有傳動裝置，柴油機的功率是通過傳動裝置傳遞到動輪上去的，而不是由柴油機直接驅(qū)動動輪的，其原因就在于柴油機的特性不能滿足機車牽引性能的要求。

內(nèi)燃機車按傳動方式不同分：電力傳動內(nèi)燃機車、液力傳動內(nèi)燃機車兩種。內(nèi)燃機車組成:柴油機、傳動裝置，走行部，車體，車底架，車鉤緩沖裝置，制動裝置和輔助裝置等。國產(chǎn)內(nèi)燃機的種類：大連廠：東風4B,東風6,東風10（貨運）,二七：東風7D,戚墅堰：東風8，東風9，東風11

電力機車電力機車電力機車的牽引動力是電能，機車本身沒有原動力，依靠外部供電系統(tǒng)供應(yīng)電力，通過機車上的牽引電動機驅(qū)動列車前進。電力機車優(yōu)點：功率大，牽引重量大；起動速度快；爬坡性能強；易實現(xiàn)多機牽引。中國第一臺電力機車于1958年誕生于湖南株洲，命名為“韶山”，1958年中國第一臺電力機車采用電力機車牽引的鐵道稱為電氣化鐵道。電氣化鐵道由牽引供電系統(tǒng)和電力機車兩部分組成。

由電力機車實施的牽引運行稱為電力牽引，電力牽引具有功率大、效率高、過載能力強、運營費用低、司機勞動條件好、不污染環(huán)境等一系列優(yōu)點，是世界各國公認的最佳鐵路牽引方式。

寶成鐵路北起陜西省寶雞，南至成都，全長669公里。寶成鐵路寶雞至鳳州段，是中國的第一條電氣化鐵路。該段于1958年6月開工，1960年6月建成。經(jīng)過試運行，于1961年8月15日正式交付運營。我國第一條電氣化鐵路——寶成鐵路一、交－－直型電力機車的工作原理

交直型整流器電力機車工作原理

：將接觸網(wǎng)供給的單相工頻交流電，經(jīng)機車內(nèi)的牽引變壓器降壓，再經(jīng)整流裝置將交流轉(zhuǎn)換為直流，然后向直流(脈流)牽引電動機供電,從而產(chǎn)生牽引力牽引列車運行。（P106圖5－13）電力機車能量傳遞過程：車上受電弓牽引變壓器牽引整流器轉(zhuǎn)向架牽引電機機車車輛25kv單交流電接觸網(wǎng)交流直流機械能電能

電力機車是靠其頂部升起的受電弓從接觸網(wǎng)上取得電能，將電能轉(zhuǎn)換成機械能牽引列車運行的。電力機車主要由車體、車底架、走行部、車鉤緩沖裝置制動裝置和一整套電氣設(shè)備等組成。機車的走行部為兩臺三軸轉(zhuǎn)向架。在每根車軸上都裝有一臺牽引電動機，因此這種機車的車軸排列形式為C0——C0。二、電力機車基本組成電力機車總體布置

電力機車由機械部分、電氣部分和空氣管路系統(tǒng)三部分組成。1、機械部分包括走行部和車體。走行部是承受車輛自重和載重在鋼軌上行走的部件，由2軸或3軸轉(zhuǎn)向架以及安裝在其上的彈簧懸掛裝置、基礎(chǔ)制動裝置、輪對和軸箱、齒輪傳動裝置和牽引電動機懸掛裝置組成。車體用來安放各種設(shè)備，同時也是乘務(wù)人員的工作場所，由底架、司機室、臺架、側(cè)墻和車頂?shù)炔糠纸M成。司機室設(shè)在車體的兩端，有走廊相通。司機室內(nèi)安裝控制設(shè)備，如司機控制器、制動閥、按鈕開關(guān)、監(jiān)測儀表和信號燈等。

車鉤緩沖裝置安裝在車體底架的兩端牽引梁上。車體和設(shè)備的重量通過車體支承裝置傳遞到轉(zhuǎn)向架上，車體支承裝置并起傳遞牽引力與制動力的作用。

2、空氣管路系統(tǒng)按用途可分為：①供給機車和車輛制動所需壓縮空氣的空氣制動氣路系統(tǒng)。②供給機車電氣設(shè)備所需壓縮空氣的控制氣路系統(tǒng)。③供給機車撒砂裝置、風嗽叭和刮雨器等輔助裝置所需壓縮空氣的輔助氣路系統(tǒng)。

作用：是風壓的通道，為機車受電弓上升，機車制動，機車散熱提供風源

三、電力機車電氣設(shè)備與電路

電力機車上設(shè)有主電路、輔助電路和控制電路三條電氣回路，機車上所有的電氣設(shè)備都在這三條電器回路中。

1．主電路

主電路將產(chǎn)生機車牽引力和制動力的各種電氣設(shè)備連成一個電系統(tǒng)，實現(xiàn)機車的功率傳輸。

主電路中包括的電氣設(shè)備主要有受電弓、主斷路器、主變壓器（即牽引變壓器）、整流調(diào)壓線路、電抗器柜、牽引電動機和制動電阻等。（l）受電弓：機車頂部裝有兩套單臂受電弓，受電弓緊壓接觸網(wǎng)導(dǎo)線滑行摩擦從電網(wǎng)上取得電流。機車運行時機車只需升起一套受電弓，另一受電弓作為備用。接觸網(wǎng)上送來的25千伏工頻單相交流電就由此引入機車。受電弓（2）主斷路器：主斷路器是用來接通或斷開電力機車高壓電路的。當主電路發(fā)生短路、接地或整流調(diào)壓電路、牽引電動機等設(shè)備發(fā)生故障時，它能自動切斷機車電源，實現(xiàn)對機車上設(shè)備的保護。主斷路器（3）主變壓器：又稱牽引變壓器，它把從接觸網(wǎng)上取得的25千伏高壓電降低為牽引電動機所適用的電壓。

變壓器共有四個繞組：一個原邊繞組接25千伏高壓電；三個副邊繞組，其中牽引繞組用來向牽引電動機供電；勵磁繞組用在電阻制動時給電動機提供勵磁電流；輔助繞組用來給機車的輔助電機供電。（4）調(diào)壓開關(guān)：用來調(diào)節(jié)牽引變壓器中副邊牽引繞組的輸出電壓，從而使牽引電動機的端電壓得以改變，以達到機車的調(diào)速目的。（5）電抗器：由于索引電動機本身的電感極小，不足以將整流后的電流濾平到所需要的范圍。因此，在牽引電動機電路中串接一個增大電感的平波電抗器，以減小整流電流的脈動。2、輔助電路

輔助電路電源來自主變壓器的輔助繞組，通過劈相機將單相交流電轉(zhuǎn)變成三相交流電后，供給牽引通風機；油泵機組和空氣壓縮機等輔助電機使用。

2電力機車制動

列車的安全性很大程度上決定于列車的制動性能。一般的機械制動，不能保證列車在高速運行中的可靠制動。當機車需要制動時，除使用空氣制動裝置外，電力機車還能夠?qū)嵭须姎庵苿印＿@是由于牽引電動機具有工作狀態(tài)可逆轉(zhuǎn)性的緣故，即牽引電動機不僅能在電動機狀態(tài)下工作并產(chǎn)生牽引力，而且也能在發(fā)電機狀態(tài)下工作產(chǎn)生制動力。

電力機車的電氣制動包括：

(1)電阻制動該制動方式是將機車動能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)。司機板動轉(zhuǎn)換開關(guān)，使其從牽引位轉(zhuǎn)到制動位，把牽引電動機從串勵電動機改成他勵發(fā)電機，把電樞繞組同制動電阻連接起來。這樣，車軸帶動電動機的電樞旋轉(zhuǎn)，發(fā)出的電流就會被制動電阻變成熱能散逸，消耗機車動能。

(2)再生制動該制動方式是將機車動能將電能重新反饋回電網(wǎng)中去加以利用。電力機車進行再生制動時，牽引電動機作為發(fā)電機工作，將列車在運行中所具有的機械能轉(zhuǎn)換成電能送回接觸網(wǎng)。尤其是在長大下坡道上，電力機車可以進行恒速再生制動。五、機車的微機控制對機車牽引性能的調(diào)節(jié)與控制

（1）優(yōu)化操縱為提高列車運行安全性、可靠性和高效性，必須對機車實行優(yōu)化操縱。

（2）牽引與制動控制采用微機的速度調(diào)節(jié)裝置可以實現(xiàn)：在加速時有小的速度超調(diào)；在制動時速度下降不過低；在恒速慣性運行時，司機控制器有盡可能少的手把位變換次數(shù)。根據(jù)不同的減速要求，微機系統(tǒng)可以優(yōu)化選擇不同的制動方式。

（3）粘著控制隨著現(xiàn)代內(nèi)燃機車的發(fā)展，實現(xiàn)重載、高速，就要盡可能地提高粘著利用，即進行防止車輪打滑或空轉(zhuǎn)的粘著控制。粘著控制可以由獨立的微機系統(tǒng)實現(xiàn)，也可以被包括在車載微機系統(tǒng)中。

（4）無線電遙控用微機實現(xiàn)對機車的無線電遙控功能，給調(diào)車作業(yè)和特種工礦作業(yè)帶來極大方便。

（5）多機重聯(lián)采用串行數(shù)據(jù)總線，用微機實現(xiàn)多機重聯(lián)控制，既減少大量的重聯(lián)線，又優(yōu)化了操縱，而且大大減輕司乘人員勞動強度，提高運輸效率。SS9型電力機車微機控制系統(tǒng)

SS9型6軸客運電力機車既適用于目前運營速度160km/h的線路客運。

SS9型微機控制系統(tǒng)是在SS8基礎(chǔ)上設(shè)計的。微機柜的控制方式類同SS8，即能實現(xiàn)機車的牽引／制動特性控制、空轉(zhuǎn)／滑行保護、列車供電控制、空電聯(lián)合制動控制等基本功能，并具有故障監(jiān)控、故障記錄和完善的高、低壓自檢功能，具有初步的故障診斷和智能控制功能。微機控制系統(tǒng)采用三級分級結(jié)構(gòu)：（l）人機對話級：主CPU為80486，實現(xiàn)人機對話功能，采用C語言編程，采用TFT彩色液晶顯示屏。

（2）特性控制級：主CPU為80C186，實現(xiàn)機車特性控制、各種保護功能和故障診斷功能，采用FUPLA功能塊語言編程。

（3）變流器控制級：主CPU為80Cl96，擔負晶閘管觸發(fā)脈沖控制。采用匯編語言編程以滿足脈沖觸發(fā)部分實時快速的要求。級間通信采用RS485標準，CPU為8031。六、電力機車的發(fā)展我國目前使用的干線電力機車主要是國產(chǎn)韶山型系列交－直流電力機車。投入運用的電力機車有SS1型、SS3型、SS4型、韶山9型等。（表5－2）

SS3型電力機車

韶山9型電力機車

HXD3型交流傳動電力機車是由大連機車車輛有限公司與日本東芝公司聯(lián)合研發(fā)的新型大功率6軸貨運機車，主要用于鐵路干線牽引重載列車和快捷貨物列車，具有功率大、恒功率速度范圍寬、粘著性能好、效率高、能源消耗低等特點，可滿足我國鐵路重載、快捷貨物運輸?shù)男枰：椭C型電力機車

擁有相應(yīng)數(shù)量的、性能良好的鐵路機車，是完成運輸任務(wù)的重要前提條件。鐵路部門不斷地新造足夠數(shù)量的機車；另一方面，鐵路機務(wù)部門做好機車在日常運用中的維修保養(yǎng)工作，使已有機車經(jīng)常處于質(zhì)量良好的狀態(tài)，確保安全、高速、便利地運送旅客和貨物，并延長機車的使用壽命。機車的檢修與運用

1、機務(wù)部門

機車的維護、檢修和運用是機務(wù)部門的基本任務(wù)，要求能夠經(jīng)濟、合理地運用機車和質(zhì)量良好地檢修機車。

鐵路沿線負責機車運用和檢修工作的基層生產(chǎn)單位是機務(wù)段。全路所有的機車分別配屬于各個機務(wù)段，并由它們來組織和計劃本段所屬機車的運用和檢修工作，同時也負責組織機車乘務(wù)人員的工作。此外，在機車交路的折返點，還設(shè)有機務(wù)折返段，—般沒有配屆機車和檢修設(shè)備，只供機車進行整備作業(yè)和折返前乘務(wù)人員臨時休息之用。

機車經(jīng)過一定時期的運用以后，各部分構(gòu)件都會發(fā)生磨耗、變形或損壞。為了保證機車正常工作．延長使用期限，除機車乘務(wù)員的日常檢查和保養(yǎng)以外，還必須進行各種定期檢修。機車的定期檢修，大修在機車工廠進行，其余的檢修一般都在機務(wù)段進行。因此，機務(wù)段除了機車的整備設(shè)備，還設(shè)有機車的檢修設(shè)備。機車類型不同，它們的檢修周期和檢修內(nèi)容也不—樣。機車的檢修

(1)機車的大修是一種全面的恢復(fù)性修理，大修后的機車基本上要達到新車的水平。

(2)機車中修又稱為架修，其主要目的是修理走行部，因此必須把機車架起，特定行部推出進行修理。

(3)小修主要是為了對有關(guān)設(shè)備進行測試和維修。

(4)輔修是臨時性的維修和養(yǎng)護。內(nèi)燃機車檢修周期表干線客、貨運機車調(diào)車、小運轉(zhuǎn)機車附注大修70～90萬公里8～10年

小修公里或期限允許伸縮20%中修23～30萬公里2.5～3年小修4～6萬公里4～6個月輔修不少于2萬公里不少于2個月電力機車檢修周期表干線客、貨運機車調(diào)車、小運轉(zhuǎn)機車附注大修160～200萬公里不少于于15年

小修公里或期限允許伸縮20%中修40～50萬公里不少于