1、1学习要求：学习要求：了解我国内燃机车的发展历程、地位。了解我国内燃机车的发展历程、地位。理解电力传动内燃机车的组成；机车车体；机车走行部；柴油机；机理解电力传动内燃机车的组成；机车车体；机车走行部；柴油机；机车传动装置。车传动装置。理解液力传动内燃机车的液力变扭器；液力传动装置。理解液力传动内燃机车的液力变扭器；液力传动装置。第1页/共52页2理解电力传动内燃机车传动装置组成、工作原理。理解电力传动内燃机车传动装置组成、工作原理。理解机车转向架与车辆转向架的异同。理解机车转向架与车辆转向架的异同。了解机车牵引性能。了解机车牵引性能。第2页/共52页3一、内燃机车概述一、内燃机车概述 1、内燃
2、机车定义、内燃机车定义内燃机车是以内燃机作为原动力的机车。铁路上采用的内燃机绝大内燃机车是以内燃机作为原动力的机车。铁路上采用的内燃机绝大多数是柴油机。多数是柴油机。内燃机车内燃机车第3页/共52页42、内燃机车特点、内燃机车特点1）热效率可达）热效率可达30%左右，是各类机车中热效率最高的一类；左右，是各类机车中热效率最高的一类；2）整备时间短，持续工作时间长，适用于长交路；）整备时间短，持续工作时间长，适用于长交路；3）与蒸汽机车相比，用水量小、污染小；）与蒸汽机车相比，用水量小、污染小；4）与电力机车相比，建设初期投资少。）与电力机车相比，建设初期投资少。第4页/共52页53、内燃机车传
3、动装置、内燃机车传动装置 作为内燃机车原动力的柴油机，其外部特性不适合牵引列车的要作为内燃机车原动力的柴油机，其外部特性不适合牵引列车的要求，不能用它直接驱动机车。还需要在柴油机与机车动轴之间加求，不能用它直接驱动机车。还需要在柴油机与机车动轴之间加装一套传动装置，以实现机车的理想牵引性能。内燃机车按照传装一套传动装置，以实现机车的理想牵引性能。内燃机车按照传动方式的不同，可以分电力传动和液力传动两种。动方式的不同，可以分电力传动和液力传动两种。第5页/共52页6二、内燃机车发展简史二、内燃机车发展简史1、世界内燃机车的发展、世界内燃机车的发展1894年，德国人普里斯曼设计出世界上第一台燃油机
4、车（非内燃年，德国人普里斯曼设计出世界上第一台燃油机车（非内燃机车）。机车）。1924年美国、苏联正式开始生产内燃机车。全世界大规年美国、苏联正式开始生产内燃机车。全世界大规模生产内燃机车是在二站结束之后。模生产内燃机车是在二站结束之后。第6页/共52页72、我国内燃机车的发展、我国内燃机车的发展1957年年我国开始研制内燃机车。我国开始研制内燃机车。我国研制的第一台内燃机车我国研制的第一台内燃机车第7页/共52页8次年，我国开始制造内燃机车。次年，我国开始制造内燃机车。我国制造的第一辆内燃机车我国制造的第一辆内燃机车第8页/共52页91998年底，我国已生产内燃机车年底，我国已生产内燃机车1
5、1192台，遍布全国台，遍布全国14个铁路局、个铁路局、162个个机务段。内燃机车总数占机车总保有量的机务段。内燃机车总数占机车总保有量的65.9%。据据1997年底统计，内燃机车总功率占机车总功率的年底统计，内燃机车总功率占机车总功率的46.7%；内燃牵引里；内燃牵引里程占铁路营业里程的程占铁路营业里程的53.7%；内燃机车完成的总重吨公里占全部机车；内燃机车完成的总重吨公里占全部机车完成总重吨公里的完成总重吨公里的67.5%。内燃牵引在我国铁路运输中起重要作用。内燃牵引在我国铁路运输中起重要作用。第9页/共52页103、国产内燃机车系列、国产内燃机车系列到目前为止，我国生产的内燃机车主要有
6、四个系列：东风系列、东方到目前为止，我国生产的内燃机车主要有四个系列：东风系列、东方红系列、北京系列和红系列、北京系列和GK系列。系列。以上四个系列中，占主导地位的当属东风系列。以上四个系列中，占主导地位的当属东风系列。第10页/共52页11东风4b型东风2型东风3型东风1型第11页/共52页12东风4c型东风4d型东风5型东风4e型第12页/共52页13东风5型东风6型东风7型东风8型第13页/共52页14东风9型东风11型东风10型第14页/共52页15东方红5型东方红5型东方红3型东方红2型第15页/共52页16北京型内燃机车GK型内燃机车第16页/共52页17三、电力传动内燃机车三、电
7、力传动内燃机车电力传动内燃机车概述电力传动内燃机车概述 1、电力传动机车分类、电力传动机车分类电力传动内燃机车的能量传递过程是：用柴油机驱动主发电机发电，电力传动内燃机车的能量传递过程是：用柴油机驱动主发电机发电，电力供牵引电动机使其工作，再通过齿轮传动来驱动机车轮对旋转，电力供牵引电动机使其工作，再通过齿轮传动来驱动机车轮对旋转，使机车运行。使机车运行。第17页/共52页18根据电机型式不同，如果采用直流发电机和直流电动机配合，就该根据电机型式不同，如果采用直流发电机和直流电动机配合，就该类机车为类机车为“直直直流电传动直流电传动”内燃机车；如果采用交流发电机和内燃机车；如果采用交流发电机和
8、直流电动机配合，则称为直流电动机配合，则称为“交交直流电传动直流电传动”内燃机车。现在，内燃机车。现在，还有交还有交直直交电力传动和交交电力传动和交交电力传动等类型内燃机车。交电力传动等类型内燃机车。第18页/共52页192、东风、东风4b型内燃机车的总体布置与组成型内燃机车的总体布置与组成我国东风我国东风4b型内燃机车采用交型内燃机车采用交直流电传动，为干线客、货运直流电传动，为干线客、货运两用内燃机车，目前我国各主要机车工厂均生产该型号机车。两用内燃机车，目前我国各主要机车工厂均生产该型号机车。东风东风4b具有一定的代表性与广泛性，我们就其选取为我们的学习具有一定的代表性与广泛性，我们就其
9、选取为我们的学习电力传动内燃机车对象。电力传动内燃机车对象。第19页/共52页20该机车设有两个司机室、一个动力室、一个冷却室和一个电气室。该机车设有两个司机室、一个动力室、一个冷却室和一个电气室。下图所示为东风下图所示为东风4b型内燃机车的总体布置。型内燃机车的总体布置。第20页/共52页211-撒沙装置；撒沙装置；2-电阻制动装置；电阻制动装置；3-电器柜；电器柜；4-硅整流柜；硅整流柜；5-牵引装置；牵引装置；6-走行部；走行部；7-启动辅助电机；启动辅助电机；8-启动变速启动变速箱；箱；9-测速发电机；测速发电机；10-励磁机；励磁机；11-制动缸；制动缸；12-主发电主发电机；机；1
10、3-总风缸；总风缸；14-柴油机；柴油机；15-燃油箱；燃油箱；16-预热锅炉；预热锅炉；17-静液压变速箱；静液压变速箱；18-通风机；通风机；19-电机悬挂装置；电机悬挂装置；20-机油交换器；机油交换器；21-冷却风扇；冷却风扇；22-冷却器；冷却器；23-牵引电动机；牵引电动机；24-空气压缩机；空气压缩机；25-基础制动装置；基础制动装置；26-车钩缓冲装置。车钩缓冲装置。第21页/共52页22由图可知，内燃机车主要由柴油机柴油机、传动装置传动装置、走行部走行部、车体、车底车体、车底架、车钩缓冲装置、制动装置、辅助装置架、车钩缓冲装置、制动装置、辅助装置等部分所组成。第22页/共52
11、页23柴油机柴油机 1、柴油机的组成、标号、柴油机的组成、标号柴油机是利用柴油燃烧后所产生的热能作动力的一种机械，多为四冲柴油机是利用柴油燃烧后所产生的热能作动力的一种机械，多为四冲程、多缸、废气涡轮增压柴油机。程、多缸、废气涡轮增压柴油机。柴油机由固定部件、运动部件、配气机构，以及进排气、燃油、冷柴油机由固定部件、运动部件、配气机构，以及进排气、燃油、冷却、润滑等系统所组成。却、润滑等系统所组成。第23页/共52页24柴油机用一定的型号表示。东风柴油机用一定的型号表示。东风4b型内燃机车上采用是一种四冲程机车用柴型内燃机车上采用是一种四冲程机车用柴油机，其型号为油机，其型号为“16 V 24
12、0 ZJB”，它表示该柴油机有它表示该柴油机有16个气缸；分成两排个气缸；分成两排形成形成V型排列；气缸内径为型排列；气缸内径为240毫米；毫米；Z表示装有废气涡轮增压器和增压空气表示装有废气涡轮增压器和增压空气中间冷却器；中间冷却器；J表示铁路牵引用；表示铁路牵引用；B表示产品改进型符号。表示产品改进型符号。第24页/共52页252、柴油机工作原理、柴油机工作原理活塞通过连杆与曲轴相连；在气缸盖上设进、排气门和喷油器。进、排气门由活塞通过连杆与曲轴相连；在气缸盖上设进、排气门和喷油器。进、排气门由配气机构驱动，喷油器由供油装置控制。燃油通过喷油咀喷入气缸，与高温高配气机构驱动，喷油器由供油装
13、置控制。燃油通过喷油咀喷入气缸，与高温高压空气相遇，燃烧膨胀作功。活塞需要经过往复四个行程，柴油机才能完成进压空气相遇，燃烧膨胀作功。活塞需要经过往复四个行程，柴油机才能完成进气、压缩、燃烧膨胀、排气一个工作循环。四冲程柴油机就是通过不断地循环气、压缩、燃烧膨胀、排气一个工作循环。四冲程柴油机就是通过不断地循环工作，把柴油燃烧产生的热能转变成机械能。工作，把柴油燃烧产生的热能转变成机械能。第25页/共52页26传动装置传动装置 在交在交直流电传动装置中，主发电机、整流装置和牵引电动机直流电传动装置中，主发电机、整流装置和牵引电动机是主要组成部分。是主要组成部分。该系统工作流程为：主发电机将柴油
14、机的机械能转变为电能，发该系统工作流程为：主发电机将柴油机的机械能转变为电能，发出交流电；整流装置将交流电整流为直流电，供牵引电动机工作；出交流电；整流装置将交流电整流为直流电，供牵引电动机工作；牵引电动机向机车动轮施加力矩。牵引电动机向机车动轮施加力矩。第26页/共52页271、主发电机、主发电机主发电机主要由转子和定子两部分构成的。主发电机主要由转子和定子两部分构成的。转子上绕有励磁绕组，做成磁极，通入直流电就能产生磁场。直流电是转子上绕有励磁绕组，做成磁极，通入直流电就能产生磁场。直流电是由励磁机供给，直流电输入磁极线圈后，使磁极铁芯励磁。由励磁机供给，直流电输入磁极线圈后，使磁极铁芯励
15、磁。在定子槽中绕有定子线圈，又叫电枢绕组。当转子（磁极）被柴油机带在定子槽中绕有定子线圈，又叫电枢绕组。当转子（磁极）被柴油机带动而旋转时，形成旋转磁场。电枢绕组便切割磁力线而产生感应电势，动而旋转时，形成旋转磁场。电枢绕组便切割磁力线而产生感应电势，发出三相交流电。发出三相交流电。第27页/共52页282、整流装置、整流装置交交直流电力传动装置中采用的是直流电动机，因此发电机产生的交流直流电力传动装置中采用的是直流电动机，因此发电机产生的交流电还必须经整流后才能向直流电动机供电。电还必须经整流后才能向直流电动机供电。利用硅二极管的单向导电特性，即可完成整流任务。利用硅二极管的单向导电特性，即
16、可完成整流任务。第28页/共52页293、牵引电动机、牵引电动机电动机的构造主要包括定子和转子两部分。电动机的构造主要包括定子和转子两部分。定子由机座、励磁绕组和电刷等组成，用来形成磁场。定子由机座、励磁绕组和电刷等组成，用来形成磁场。转子又叫电枢，由电枢轴、电枢绕组和整流子等组成。定子上的电刷紧转子又叫电枢，由电枢轴、电枢绕组和整流子等组成。定子上的电刷紧贴整流子，直流电由电刷经整流子而进入电枢绕组后，在定子形成的磁贴整流子，直流电由电刷经整流子而进入电枢绕组后，在定子形成的磁场作用下，使转子转动，将电能转变成机械能，并通过电枢轴上的主动场作用下，使转子转动，将电能转变成机械能，并通过电枢轴
17、上的主动齿轮传给动轮上的从动齿轮，使机车运行。齿轮传给动轮上的从动齿轮，使机车运行。第29页/共52页30由于这种电动机的励磁绕组和电枢绕组是串联的，使用的又是直流电，由于这种电动机的励磁绕组和电枢绕组是串联的，使用的又是直流电，所以叫直流串励电动机。所以叫直流串励电动机。在电力传动内燃机车上，一般都采用直流串励电动机。这是因为这种电在电力传动内燃机车上，一般都采用直流串励电动机。这是因为这种电动机的转矩和转速能按照列车运行阻力和线路条件的变化自动进行调节。动机的转矩和转速能按照列车运行阻力和线路条件的变化自动进行调节。当机车上坡运行或负载加大时，电机的转速能随着转矩的增大而自动降当机车上坡运
18、行或负载加大时，电机的转速能随着转矩的增大而自动降低，两者的关系非常接近理想牵引性能曲线，可以满足列车牵引的要求。低，两者的关系非常接近理想牵引性能曲线，可以满足列车牵引的要求。第30页/共52页31走行部走行部 内燃机车走行部采用构架式转向架的形式。内燃机车走行部采用构架式转向架的形式。东风东风4b型内燃机车的走行部型内燃机车的走行部第31页/共52页32机车转向架的不仅承受机车上部重量，传递牵引力和制动力，还缓和机车转向架的不仅承受机车上部重量，传递牵引力和制动力，还缓和和吸收来自线路的各种冲击和振动。和吸收来自线路的各种冲击和振动。东风东风4B型内燃机车采用两台三轴转向架型内燃机车采用两
19、台三轴转向架(下图为一台下图为一台)，因此这种机车，因此这种机车可用轴列式可用轴列式3030来表示，注脚来表示，注脚“0”的意思是每根轴上都单独装有的意思是每根轴上都单独装有一台牵引电动机。一台牵引电动机。第32页/共52页33其它装置其它装置 内燃机车的车体、车底架、车钩缓冲装置等部件与客车相似。内燃机车的车体、车底架、车钩缓冲装置等部件与客车相似。辅助装置是由辅助传动装置带动的通风机、励磁机、辅助发电机和辅助装置是由辅助传动装置带动的通风机、励磁机、辅助发电机和冷却风扇等组成，为主传动装置服务的。冷却风扇等组成，为主传动装置服务的。每台转向架都由构架、旁承、轮对、轴箱、弹簧减振装置、电机悬
20、挂装每台转向架都由构架、旁承、轮对、轴箱、弹簧减振装置、电机悬挂装置、牵引装置、基础制动装置及撒砂装置等部分组成。置、牵引装置、基础制动装置及撒砂装置等部分组成。第33页/共52页34四、液力传动内燃机车四、液力传动内燃机车液力传动内燃机车概述液力传动内燃机车概述 1、概述、概述液力传动内燃机车与电力传动内燃机车相比，在机车的各个组成部液力传动内燃机车与电力传动内燃机车相比，在机车的各个组成部分分由柴油机、传动装置、走行部、车体、车底架、车钩缓冲装由柴油机、传动装置、走行部、车体、车底架、车钩缓冲装置、制动装置以及辅助装置等部分组成，除传动装置不同外，其余置、制动装置以及辅助装置等部分组成，除
21、传动装置不同外，其余部分都是相似的。部分都是相似的。第34页/共52页35在液力传动内燃机车上，原动力仍是柴油机，在柴油机和机车动在液力传动内燃机车上，原动力仍是柴油机，在柴油机和机车动轮之间，装有一套液力传动装置，利用工作油改变柴油机的外部轮之间，装有一套液力传动装置，利用工作油改变柴油机的外部特性，以适合列车运行的要求。特性，以适合列车运行的要求。第35页/共52页362、北京型内燃机车、北京型内燃机车我国制造的北京型液力传动内燃机车。我国制造的北京型液力传动内燃机车。北京型液力传动内燃机车北京型液力传动内燃机车第36页/共52页37该机车为一种干线客运机车。车体内设有两个司机室、一个机器
22、间和该机车为一种干线客运机车。车体内设有两个司机室、一个机器间和一个冷却间；车架底面中部装有燃油箱；机车走行部为两台两轴转向一个冷却间；车架底面中部装有燃油箱；机车走行部为两台两轴转向架。架。这种机车除传动装置以外，其余部分大体上和电传动内燃机车相似。这种机车除传动装置以外，其余部分大体上和电传动内燃机车相似。第37页/共52页38液力传动装置的核心液力传动装置的核心液力变扭器液力变扭器 1、液力变扭器的组成（见图）、液力变扭器的组成（见图）1-泵轮；泵轮；2-涡轮；涡轮；3-导向轮；导向轮；4-泵轮轴；泵轮轴；5-涡轮轴。涡轮轴。第38页/共52页39变扭器主要由三个工作轮组成：变扭器主要由
23、三个工作轮组成：(1)泵轮泵轮液力变扭器的能量输入装置。它通过泵轮轴、齿轮等与液力变扭器的能量输入装置。它通过泵轮轴、齿轮等与柴油机的曲轴相连；柴油机的曲轴相连；1-泵轮；泵轮；2-涡轮；涡轮；3-导向轮；导向轮；4-泵轮轴；泵轮轴；5-涡轮轴。涡轮轴。第39页/共52页40(2)涡轮涡轮液力变扭器的能量输出装置。它通过涡轮轴、齿轮等与机液力变扭器的能量输出装置。它通过涡轮轴、齿轮等与机车的动轮相连；车的动轮相连；(3)导向轮导向轮固定在变扭的壳体上，不能转动。固定在变扭的壳体上，不能转动。1-泵轮；泵轮；2-涡轮；涡轮；3-导向轮；导向轮；4-泵轮轴；泵轮轴；5-涡轮轴。涡轮轴。第40页/共
24、52页412、液力变扭器的能量传输过程、液力变扭器的能量传输过程(1)柴油机带动泵轮高速旋转。变扭器内充进的工作油，就会被高速旋转柴油机带动泵轮高速旋转。变扭器内充进的工作油，就会被高速旋转的泵轮叶片带动一起旋转。由于离心力的作用，工作油从泵轮叶片出口的泵轮叶片带动一起旋转。由于离心力的作用，工作油从泵轮叶片出口处流出时具有很高的压力和流速。处流出时具有很高的压力和流速。(2)工作油冲击涡轮叶片，使涡轮与泵轮以相同方向转动，通过齿轮把柴工作油冲击涡轮叶片，使涡轮与泵轮以相同方向转动，通过齿轮把柴油机的输出功率最后传到机车动轮上，使机车运行。油机的输出功率最后传到机车动轮上，使机车运行。第41页
25、/共52页42总的来说，工作油作为传递能量的介质，从泵轮上得到高压、高速的能量，总的来说，工作油作为传递能量的介质，从泵轮上得到高压、高速的能量，传到涡轮，从涡轮叶片流出后，经导向轮叶片的引导，又重新返回泵轮，传到涡轮，从涡轮叶片流出后，经导向轮叶片的引导，又重新返回泵轮，即：泵轮即：泵轮-涡轮涡轮-导向轮导向轮-泵轮，往复循环，不断地把柴油机的功率传输给泵轮，往复循环，不断地把柴油机的功率传输给机车动轮。机车动轮。第42页/共52页433、液力变扭器的输出控制原理、液力变扭器的输出控制原理(1)当需要较大机车牵引力时候，例如当机车起动时，液力变扭器中的涡当需要较大机车牵引力时候，例如当机车起
26、动时，液力变扭器中的涡轮转速很低，工作油对涡轮叶片的压力就很大，从而满足了机车牵引力轮转速很低，工作油对涡轮叶片的压力就很大，从而满足了机车牵引力大的要求；大的要求；(2)当涡轮的转速随着机车运行速度的提高而加快时，工作油对涡轮叶片当涡轮的转速随着机车运行速度的提高而加快时，工作油对涡轮叶片的压力也逐渐减小，正好满足高速行车时对牵引力要小的条件。的压力也逐渐减小，正好满足高速行车时对牵引力要小的条件。第43页/共52页44两个变扭器的泵轮安装在空心轴的泵轮轴上，两个变扭器的涡轮安装在两个变扭器的泵轮安装在空心轴的泵轮轴上，两个变扭器的涡轮安装在实心轴的涡轮轴上。功率从涡轮轴（或换向轴）通过中间
27、的齿轮传输，实心轴的涡轮轴上。功率从涡轮轴（或换向轴）通过中间的齿轮传输，经万向轴分别传动两台转向架上的车轴齿轮箱，再通过锥形齿轮驱动机经万向轴分别传动两台转向架上的车轴齿轮箱，再通过锥形齿轮驱动机车的动轮旋转。车的动轮旋转。第44页/共52页452、机车运行方向的控制、机车运行方向的控制机车运行方向，指机车的前进或后退。机车运行方向，指机车的前进或后退。该传动系统中的液力传动箱中还装有换向机构，用来安全可靠该传动系统中的液力传动箱中还装有换向机构，用来安全可靠地操纵换向离合器的开与关，以控制机车的运行方向。地操纵换向离合器的开与关，以控制机车的运行方向。第45页/共52页46（五）机车牵引性
28、能（五）机车牵引性能1、机车的牵引力与机车功率、机车的牵引力与机车功率机车能够牵引列车运行，是由于机车具有相当大的牵引力，牵机车能够牵引列车运行，是由于机车具有相当大的牵引力，牵引力克服列车起动时和运行中所受的阻力。引力克服列车起动时和运行中所受的阻力。因此，机车的功率因此，机车的功率(N)就可表示机车牵引力（就可表示机车牵引力（F）和运行速度（和运行速度（V）的乘积，即：的乘积，即：FVN，单位为单位为千瓦千瓦。第46页/共52页47任何一种机车，其最大功率是固定的，叫做标称功率，例如，东任何一种机车，其最大功率是固定的，叫做标称功率，例如，东风风4B型内燃机车的标称功率为型内燃机车的标称功
29、率为1985千瓦。千瓦。东风东风11型机车牵引旅客列车型机车牵引旅客列车第47页/共52页482、机车牵引性能曲线、机车牵引性能曲线机车牵引列车运行过程中，列车受到的阻力是变化的。当阻力增大机车牵引列车运行过程中，列车受到的阻力是变化的。当阻力增大时，机车需发出更大的牵引力来克服阻力；反之，当阻力减小时，时，机车需发出更大的牵引力来克服阻力；反之，当阻力减小时，牵引力也可以降低。牵引力也可以降低。第48页/共52页49为充分利用机车的功率，要求机车在各种不同运行阻力的情况下，为充分利用机车的功率，要求机车在各种不同运行阻力的情况下，都能具有恒功率输出性能，即都能具有恒功率输出性能，即FV=常数
30、。常数。从上式可知，牵引力和速度之间当成反比关系：当速度小时，牵从上式可知，牵引力和速度之间当成反比关系：当速度小时，牵引力大；速度大时，牵引力小。引力大；速度大时，牵引力小。第49页/共52页50把把F和和V的关系用图象表示，得到下图。的关系用图象表示，得到下图。这条曲线叫做机车理想牵引性能曲线，无这条曲线叫做机车理想牵引性能曲线，无论任何一种机车的牵引性能，都应与它相论任何一种机车的牵引性能，都应与它相符合。当然，曲线的两端不能无限延长。符合。当然，曲线的两端不能无限延长。左端，牵引力不能超过轮轨之间的粘着力，左端，牵引力不能超过轮轨之间的粘着力，否则车轮会空转；右端，速度也不能超过否则车轮会空转；右端，速度也不能超过机车构造所能允许的范围。机车构造所能允许的范围。机车理想牵引性能曲线机车理想牵引性能曲线第50页/共52页51对于电力传动内燃机车来说，它是由牵引电动机通过齿轮驱动的，所以机对于电力传动内燃机车来说，它是由牵引电动机通过齿轮驱动的，所以机车牵引力和速度取决于牵引电动机的转矩和转速，从而也就决定了机车的车牵引力和速度取决于牵引电动机的转矩和转速，从而也就决定了机车的牵引特性。牵引特性。第51页/共52页52感谢观看！感谢观看！第52页/共52页
