內(nèi)燃機(jī)車篇
內(nèi)燃機(jī)車簡(jiǎn)介
內(nèi)燃機(jī)車（diesel locomotive）以內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)力，通過(guò)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)。
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)220 kW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，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，出現(xiàn)了一些由功率為900～1 000 kW單節(jié)機(jī)車多節(jié)連掛的干線客運(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)，出現(xiàn)了交—直流電力傳動(dòng)的 2 940 kw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4 410kW。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)邦德國(guó)在1971年試制出1 840 kW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160 km/h。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。
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—直流電力傳動(dòng)和交—直—交電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。
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。
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(lái)看，分為高速機(jī)（1 500 r/min左右）、中速機(jī)（1 000 r/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、16、18和20缸V型，其中以12、16缸的最為常用。
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—轉(zhuǎn)速特性和機(jī)車牽引力—速度特性完全不同，不能用柴油機(jī)來(lái)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(wú)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(wú)法換向。所以，內(nèi)燃機(jī)車必須加裝傳動(dòng)裝置來(lái)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)。①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。因其功率受到限制，在鐵路內(nèi)燃機(jī)車中不再采 用。②液力傳動(dòng)裝置主要由液力傳動(dòng)箱、車軸齒輪箱、萬(wàn)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，由渦輪軸輸出機(jī)械能做功，通過(guò)萬(wàn)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出后，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。③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)機(jī) 驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪。（b）交—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)出的三相交流電經(jīng)過(guò)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—直—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)出的直流通過(guò)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(guò) 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。
包括車架、車體、轉(zhuǎn)向架等基礎(chǔ)部件。①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、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。②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。③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(guò)曲線。內(nèi)燃機(jī)車一般為具有兩個(gè)2 軸或3 軸的轉(zhuǎn)向架。
用來(lái)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)——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)——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)——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——過(guò)濾空氣中灰塵 等贓物的裝置；壓縮空氣系統(tǒng)——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——蓄電池組、直流輔助發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)起動(dòng) 電機(jī)等。
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)。此外，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。
燃料在汽缸內(nèi)燃燒，所產(chǎn)生的高溫高壓氣體在汽缸內(nèi)膨脹，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)對(duì)外做功，燃料的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。柴油機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳輸給 傳動(dòng)裝置，通過(guò)對(duì)柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置的控制和調(diào)節(jié)，將適應(yīng)機(jī)車運(yùn)行工況的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩送到每個(gè)車軸齒輪箱驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪，動(dòng)輪產(chǎn)生的輪周牽引力傳遞到車架，由車 架端部的車鉤變?yōu)橥煦^牽引力來(lái)拖動(dòng)或推送車輛。
| 北京型液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車 |
1、機(jī)車總體布置  機(jī)車分上、下兩大部分，上部為車體及內(nèi)部設(shè)施，下部為走行部。 側(cè)壁承載式車體由主車架及焊裝在車架上面的4個(gè)部分組成:I端司機(jī)室、冷卻間、機(jī)器間及II端司機(jī)室。 2、機(jī)車動(dòng)力裝置 機(jī)車裝用12V240/260ZJ型柴油機(jī)。 3、機(jī)車液力傳動(dòng) 北京型機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)，主要包括液力傳動(dòng)箱、車軸齒輪箱、輔助傳動(dòng)裝置、萬(wàn)向軸及彈性聯(lián)軸節(jié)等。 EQ2027A型液力傳動(dòng)箱與12V240ZJ型柴油機(jī)配套使用。傳動(dòng)箱位于機(jī)車?yán)鋮s室下方，并通過(guò)4個(gè)彈性支座固定在機(jī)車車架上。其功率由一端輸入，兩 端輸出。輸入法蘭經(jīng)萬(wàn)向軸和彈性聯(lián)軸節(jié)與柴油機(jī)曲軸相連，面向傳動(dòng)箱的輸入端看，輸入軸為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);其兩端的輸出法蘭經(jīng)萬(wàn)向軸與車軸齒輪箱的輸入軸相 連。 4、機(jī)車走行部 北京型機(jī)車走行部為兩臺(tái)無(wú)導(dǎo)框、外牽引桿式二軸轉(zhuǎn)向架。 根據(jù)運(yùn)用部門的要求，在照顧到改進(jìn)前后零部件互換性的條件下，從3075號(hào)機(jī)車開始，使用了新的轉(zhuǎn)向架，軸距由原來(lái)的 2350mm，增大為2500mm，除解決了落輪和便于制動(dòng)缸的維護(hù)外，還改善了機(jī)車運(yùn)行品質(zhì)。 5、機(jī)車輔助系統(tǒng) 機(jī)車輔助系統(tǒng)包括燃油系統(tǒng)、機(jī)油系統(tǒng)、傳動(dòng)油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、空氣制動(dòng)系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)。 燃油系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是柴油機(jī)內(nèi)部的燃油系統(tǒng)，主要由燃油精濾器、噴油泵、噴油器、限壓閥及管路組成;二部分是柴油機(jī)以外的裝在機(jī)車上的燃油系 統(tǒng)，主要由燃油箱、粗濾器、燃油泵組、燃油預(yù)熱器及燃油管路組成。兩部分以燃油精濾器為聯(lián)接樞紐，共同完成向柴油機(jī)燃燒室的供油工作。 柴油機(jī)機(jī)油系統(tǒng)由兩部分組成:1、主潤(rùn)滑油路主要由潤(rùn)滑機(jī)油泵、機(jī)油離心精濾器、機(jī)油精濾器、主油道、分油器、限壓閥、增壓器機(jī)油濾清器及機(jī)油管路等組成; 2、活塞冷卻油路主要由活塞冷卻機(jī)油泵、活塞冷卻油道、冷卻噴嘴、分油器及冷卻油管路等組成。 機(jī)車機(jī)油系統(tǒng)主要由輔助機(jī)油泵、機(jī)油熱交換器、機(jī)油濾清主機(jī)油管路等組成。 傳動(dòng)油系統(tǒng)由兩部分組成:1、液力傳動(dòng)箱內(nèi)部的傳動(dòng)油系統(tǒng)，包括變矩器工作油路、冷卻潤(rùn)滑油路;2、機(jī)車上的傳動(dòng)油系統(tǒng)，包括傳動(dòng)油熱交換器和傳動(dòng)油管路。 機(jī)車?yán)鋮s系統(tǒng)為封閉式循環(huán)系統(tǒng)。按工作性質(zhì)不同，整個(gè)水系統(tǒng)由3個(gè)回路組成:高溫水回路、低溫水回路及預(yù)熱采暖回路。 6、機(jī)車輔助傳動(dòng)裝置 機(jī)車輔助傳動(dòng)裝置，即冷卻風(fēng)扇傳動(dòng)裝置，由風(fēng)扇偶合器、萬(wàn)向軸、控制系統(tǒng)及管路等部分組成。驅(qū)動(dòng)高溫回路冷卻風(fēng)扇的是高溫風(fēng)扇偶合器，驅(qū)動(dòng)低溫回路冷卻風(fēng) 扇的是低溫風(fēng)扇偶合器。兩個(gè)風(fēng)扇偶合器均裝于冷卻室散熱器的V形夾角內(nèi)。高低溫風(fēng)扇偶合器的構(gòu)造基本相同，只是因?yàn)閯?dòng)力輸人方向不同，箱體構(gòu)造略有差異。 三、技術(shù)改進(jìn) (1)1973年，對(duì)12V240/260ZJ型柴油機(jī)全面改進(jìn)設(shè)計(jì)。采用脈沖增壓、鋼頂鋁裙活塞、進(jìn)氣穩(wěn)壓箱等先進(jìn)技術(shù)，以及加大自由端重聯(lián)介輪直徑， 重點(diǎn)解決齒輪軸定位和連接結(jié)構(gòu)等一系列技術(shù)問(wèn)題。提高了柴油機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)和可靠性。于1994年9月通過(guò)部級(jí)鑒定。 (2)液力傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用了具有世界先進(jìn)水平的液力變矩器和新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)運(yùn)用實(shí)踐考核，北京型機(jī)車液力傳動(dòng)箱首先做到一個(gè)大修期不拆檢。北京型 3142號(hào)機(jī)車牽引熱工性能試驗(yàn)表明，機(jī)車輪周效率達(dá)31.32%。 (3)為提高機(jī)車的可靠性，在12V240/ 2幻U型柴油機(jī)上采用鑄焊結(jié)合結(jié)構(gòu)的B型機(jī)體，機(jī)車相關(guān)部位也作了改進(jìn)，并于 1997年10月通過(guò)了中車公司組織的技術(shù)鑒定。 北京型液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車主要技術(shù)參數(shù) 軸列式 B-B 軌距 1435mm 裝車功率 1990k 軸重 23t 計(jì)算整備重量 92t 輪徑 1050mm 最大速度 120km/h 起動(dòng)牽引力 245kN 通過(guò)最小曲線半徑 125m 機(jī)車全長(zhǎng) 16505mm 機(jī)車高度 4735mm 機(jī)車寬度 3285mm 燃料箱容積 5500L |
行型內(nèi)燃機(jī)車 | ||||||
先行型內(nèi)燃機(jī)車是 戚墅堰機(jī)車車輛廠制造的國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)干線客貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。機(jī)車裝用2臺(tái)仿西德的SZ175型柴油機(jī)，裝車功率為2×1000馬力，最高速度125km/h， 牽引10輛客車時(shí)速可達(dá)96公里。。1958年12月30日，先行型內(nèi)燃機(jī)車剪彩出廠。1959年國(guó)慶10周年時(shí)，該機(jī)車曾在北京展覽館展出。 主要技術(shù)參數(shù) 用途： 客、貨運(yùn) 柴油機(jī)型號(hào)： 12V175 裝車功率： 2X1000馬力 傳動(dòng)方式： 直--直電傳動(dòng) 軸式： C0-C0 軌距： 1435MM 整備重量： 120T 軸重： 20T 構(gòu)造速度： 125KM/H 持續(xù)速度： 20KM/H 起動(dòng)牽引力： 持續(xù)牽引力： 199KN 輪徑： 1120MM 機(jī)車軸距： 14800MM 轉(zhuǎn)向架軸距： 2100MM 轉(zhuǎn)向架中心線間距： 10600MM 車鉤中心線間距： 18920MM 通過(guò)最小半徑： 125M 最大高度： 4700MM 最大寬度： 3279MM 燃油儲(chǔ)備量： 5640KG 主發(fā)電機(jī)型號(hào)： ZFN74/38 牽引電機(jī)型號(hào)： ZQ439/420
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