《铁路牵引动力》课件.ppt
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1、h1本章要点:本章要点:内燃机车组成内燃机车组成 传动装置传动装置 柴油发动机工作原理柴油发动机工作原理 电阻制动电阻制动 电气化铁道供电系统电气化铁道供电系统 电力机车组成电力机车组成 再生制动再生制动第二章第二章 铁路牵引动力铁路牵引动力h2一一.类型:类型:a.a.蒸汽:我国已淘汰蒸汽:我国已淘汰 b.b.内燃:主要动力方式内燃:主要动力方式 c.c.电力:主要动力方式电力:主要动力方式2.1 2.1 牵引动力概述牵引动力概述h3二二.我国牵引动力概况我国牵引动力概况2.1 2.1 牵引动力概述牵引动力概述5050年代以蒸气机车牵引为主。年代以蒸气机车牵引为主。60607070年代,内燃
2、电力得到了发展。年代,内燃电力得到了发展。80809090年代,内燃电力取代了蒸汽。年代,内燃电力取代了蒸汽。9090年代向货运重载,客运高速化发展。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,电目前,我国内燃机车为东风型系列,电力机车为韶山系列。力机车为韶山系列。h4三三.国外概况国外概况美国、西欧、日本,美国、西欧、日本,50506060年代年代 蒸汽机车。蒸汽机车。美国、加拿大以内燃机车为主,俄罗斯以电美国、加拿大以内燃机车为主,俄罗斯以电力机车为主。力机车为主。“高速,重载高速,重载”是牵引动力的发展方向。是牵引动力的发展方向。2.1 2.1 牵引动力概述牵引动力概
3、述h52.2 2.2 内燃机车内燃机车 一一.内燃机车特点内燃机车特点 1.1.柴油机柴油机 传动装置传动装置 动轮动轮 2.2.热效率高热效率高 27273030 3.3.重量轻,功率大重量轻,功率大 4.4.利用率高利用率高 5.5.劳动条件好劳动条件好 6.6.制造成本高,高海拔、长大隧道适应性差。制造成本高,高海拔、长大隧道适应性差。67h8 三三.电传动内燃机车电传动内燃机车 (一一)组成组成 发动机发动机 柴油机柴油机 传动装置传动装置 发电机、牵引电动机发电机、牵引电动机 启动装置启动装置 蓄电池、起动电机蓄电池、起动电机 2.2 2.2 内燃机车内燃机车h9空气制动系统空气制动
4、系统 空气压缩机,总风缸空气压缩机,总风缸电气控制系统电气控制系统 控制机车启动,换档等控制机车启动,换档等走行部走行部 转向架转向架车体及底架车体及底架 2.2 2.2 内燃机车内燃机车h10(二二)柴油机柴油机 1.1.组成组成 固定部件固定部件 机体、机座、气缸套、机体、机座、气缸套、主轴承主轴承 运动部件运动部件 活塞组、连杆、曲轴活塞组、连杆、曲轴 配气机构配气机构 燃油系统燃油系统 润滑冷却系统润滑冷却系统 进排气系统进排气系统2.2 2.2 内燃机车内燃机车h112.2.柴油机的分类柴油机的分类(1)(1)按气缸排列方式分按气缸排列方式分 直立式直立式 V V型型 对动式对动式(
5、2)(2)按空气进入汽缸的特点分按空气进入汽缸的特点分 非增压式非增压式 增压式增压式 2.2 2.2 内燃机车内燃机车h12(3)(3)按柴油机工作方式分按柴油机工作方式分 二冲程式二冲程式 活塞在气缸中运行一个来回完活塞在气缸中运行一个来回完成一个工作循环。成一个工作循环。四冲程式四冲程式 活塞气缸运行两个来回完成一活塞气缸运行两个来回完成一个工作循环。个工作循环。冲程:活塞在气缸中运行单边的距离。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。工作循环:进气,压缩,燃烧膨胀,排气。2.2 2.2 内燃机车内燃机车h133.3.柴油机工作原理柴油机工作原理(1)(1
6、)进气冲程进气冲程(图图a)a)。活塞自上止点向下运动,配。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。气机构打开进气阀,新鲜空气进入并充满汽缸。(2)(2)压缩冲程压缩冲程(图图b)b)。活塞自下向上运动,进气阀。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,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。汽缸内的压力和温度都达到了很高程度。2.2 2.2 内燃机车内燃机车h14(3)(3)燃烧膨胀冲程燃烧膨胀冲程(图图c)c)。当活塞接近上止点时,当活塞接近上止点时,喷油器向汽缸里喷油,喷油器向汽缸里喷油,柴油与气缸内高温
7、高压柴油与气缸内高温高压空气相遇后立即燃烧,空气相遇后立即燃烧,高压燃气推动活塞向下高压燃气推动活塞向下移动,把热能转变成了移动,把热能转变成了机械能,经过连杆传递,机械能,经过连杆传递,使曲轴旋转对外作功,使曲轴旋转对外作功,这是作功冲程这是作功冲程2.2 2.2 内燃机车内燃机车h15(4)(4)排气冲程排气冲程(图图d)d)。活塞自下止点向上运动,排气阀。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,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。又一个新的
8、工循环。注:注:在柴油机的一个工作循环中,只有第三冲程,燃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,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,用外力驱动曲柄连杆机构,16240Z16240Z型柴油机的起动型柴油机的起动是利用机车上的蓄电池驱动起动电动机,带动曲轴是利用机车上的蓄电池驱动起动电动机,带动曲轴转动的。转动的。2.2 2.2 内燃机车内燃
9、机车h164.4.传动装置传动装置(1)(1)为什么要设传动装为什么要设传动装置置 机车理想牵引特性机车理想牵引特性 N=F VN=F V N N 机车功率机车功率 F F 机车牵引机车牵引力力 V V 机车速度机车速度2.2 2.2 内燃机车内燃机车vF0h17(2)(2)柴油机特点及外输出特性柴油机特点及外输出特性 a.a.只能在空载时起动只能在空载时起动 b.b.只能在一定转速范围内工作只能在一定转速范围内工作 c.c.转速转速n n变化时,扭矩变化时,扭矩M M 几乎不变几乎不变 d.d.柴油机功率与柴油机功率与n n成正比,柴油机成正比,柴油机 一般是在接近一般是在接近n=maxn=
10、max条件下工作条件下工作 e.e.柴油机输出轴只能一个方向转动柴油机输出轴只能一个方向转动2.2 2.2 内燃机车内燃机车nMnmaxminnh18(3)3)电传动装置类型电传动装置类型类型:类型:1.1.直直直直 :直流电传动:直流电传动 2.2.交直交直 :交、直流传动:交、直流传动 3.3.交直交:交流电传动交直交:交流电传动a.a.直直电传动直直电传动 柴油机柴油机 直流发电机直流发电机 直流串励式牵引电动机直流串励式牵引电动机 动轴动轴 优点:结构简单优点:结构简单 缺点:直流发电机体积大,机车功率受限缺点:直流发电机体积大,机车功率受限 我国东风我国东风2 2、3 3型属此类型属
11、此类2.2 2.2 内燃机车内燃机车h19 b.b.交直电传动交直电传动 柴油机柴油机 三相交流发电机三相交流发电机 直流串励式直流串励式 牵引电动机牵引电动机 动轴动轴 优点:功率大,构造简单优点:功率大,构造简单 缺点:需整流设备(东风缺点:需整流设备(东风4 4属此类)属此类)2.2 2.2 内燃机车内燃机车硅整流h202.2 2.2 内燃机车内燃机车C.C.交直交电传动交直交电传动传动方式:传动方式:柴油机柴油机 交流发电机交流发电机 硅整流硅整流 可控硅逆变器可控硅逆变器 三相交流牵引电动机三相交流牵引电动机 动轴动轴 优点:功率大,性能好优点:功率大,性能好 缺点:设备复杂。缺点:
12、设备复杂。20002000年年,我国开发东风我国开发东风4DJ4DJ型交流电型交流电传动机车。传动机车。三相交流直流三相交流、变频h21(4)(4)牵引发电机牵引发电机 牵引发电机牵引发电机 a.a.同步同步 转子转速与旋转磁场转子转速与旋转磁场 的转速同步的转速同步 b.b.异步异步 转子的转速与旋转磁场转子的转速与旋转磁场 的转速不同步的转速不同步 组成组成 定子定子 由硅钢片构成,槽中嵌有由硅钢片构成,槽中嵌有 电枢绕组。电枢绕组。转子转子 励磁绕组,磁极铁芯。励磁绕组,磁极铁芯。2.2 2.2 内燃机车内燃机车直流直流交流交流h22 工作过程工作过程 小型交流发电机小型交流发电机 转子
13、上的励磁绕组转子上的励磁绕组柴油机柴油机 交流牵引发电机转子轴交流牵引发电机转子轴 定子输出定子输出 三相交流三相交流2.2 2.2 内燃机车内燃机车h23(5 5)牵引电动机)牵引电动机 要求:要求:a.a.牵引电动机的负载和转速要有较大范围的变化牵引电动机的负载和转速要有较大范围的变化 b.b.能经受剧烈的震动能经受剧烈的震动 c.c.能在恶劣的气候条件下工作能在恶劣的气候条件下工作 d.d.电机牵引动力和转速能符合机车牵引的要求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直流串励式牵引电动机 A.A.组成:组成:定子定子 励磁绕组励磁绕组 转子转子 电枢绕组电枢绕组2.2
14、 2.2 内燃机车内燃机车h24 B.B.特点:特点:a.a.励磁绕组与电枢绕组串连励磁绕组与电枢绕组串连 b.b.通过两个绕组的电流相等通过两个绕组的电流相等 c.c.励磁绕组的磁通量与励磁绕组的磁通量与 电枢绕组电流成正比电枢绕组电流成正比 即:即:I IS S=I=IL L =KI =KIS S =KI =KIL L I IL L 励磁电流;励磁电流;I IS S 电枢电流电枢电流 2.2 2.2 内燃机车内燃机车sIUILh25 直流串励式牵引电机特性直流串励式牵引电机特性曲线曲线 A.A.转距特性转距特性 M=CmIs=CmKIM=CmIs=CmKIS S2 2 Cm Cm电动机转矩
15、常数;电动机转矩常数;K K 系数。系数。2.2 2.2 内燃机车内燃机车0nmIsh26B.B.转速特性转速特性mnsesesSesSIkCUIkCRIUCRIUn 电动机结构常数电动机输入电压电枢内阻(忽略不计)esCURC.分析分析 当负载当负载 M IS n 当负载当负载 M IS n故故 直流串励式转速直流串励式转速n n与转距与转距M M的关的关系如右图:系如右图:2.2 2.2 内燃机车内燃机车h27(6)(6)交直电传动装置工作原理交直电传动装置工作原理2.2 2.2 内燃机车内燃机车h28(7 7)机车的速度调解)机车的速度调解 柴油机功率调解柴油机功率调解 燃料供应调解燃料
16、供应调解 发电机调解发电机调解牵引发电机励磁电流的调节牵引发电机励磁电流的调节 牵引电机调解牵引电机调解 磁场削弱磁场削弱 改变改变Rs Rs 在电枢回路中增加附加电阻,但只能使在电枢回路中增加附加电阻,但只能使 U n U n,故一般不采用,故一般不采用.方式方式由由essCRIUn2.2 2.2 内燃机车内燃机车h292.2 2.2 内燃机车内燃机车 改变牵引电动机端电压,即牵引发电机输出电压改变牵引电动机端电压,即牵引发电机输出电压.若忽略若忽略RsRs,使,使IsRsIsRs0 0 则有:则有:当在负载不变的条件下,当在负载不变的条件下,IsIs不变故不变故亦不变亦不变 故有故有 n
17、nkU kU 因此,可通过改变因此,可通过改变来实现来实现U U的改变,实际上的改变,实际上的的改变是通过改变牵引发电机的励磁电流实现的改变是通过改变牵引发电机的励磁电流实现的.eeCnUCUn h30(8)(8)机车换向机车换向 方法:通过改变励磁绕组的电流方向来实现方法:通过改变励磁绕组的电流方向来实现 磁场的削弱磁场的削弱 方法:在牵引电动机励磁绕组的两端方法:在牵引电动机励磁绕组的两端并联一级或多级分路电阻,如图并联一级或多级分路电阻,如图 当当XcXc断开断开 IsIsILIL(全磁场)(全磁场)当当XcXc闭合闭合 Is IL(Is IL(磁场削弱磁场削弱)根据根据 U n Ce
18、由于由于IL n nsIUILRxxc2.2 2.2 内燃机车内燃机车h31 原理:利用电动机的可逆性原理,在机车需要减原理: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。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:况原理图:(9)(9)电阻制动电阻制动2.2 2.2 内燃机车内燃机车h32注:电阻制动的特点注:电阻制动的特点 速度越高,制动力越大速度越高,制动力越大;特别适合于长大下坡道制动特别适合于长大下坡道制动;车速车速15km/
19、h15km/h,需要与空气制动配合,需要与空气制动配合.2.2 2.2 内燃机车内燃机车h332.3 2.3 液力传动内燃机车液力传动内燃机车二二.液力传动基本原理液力传动基本原理一一.特点:特点:柴油机柴油机 液力传动装置液力传动装置 动轴动轴h34油涡轮输出轴输入轴泵轮1.1.原理:原理:2.3 2.3 液力传动内燃机车液力传动内燃机车h352.2.工作过程工作过程柴油机柴油机 液力泵液力泵 涡轮机涡轮机 齿轮变速箱齿轮变速箱 动轴动轴2.3 2.3 液力传动内燃机车液力传动内燃机车h36三三.液力变扭器特性液力变扭器特性TM 泵轮扭距泵轮扭距 涡轮扭距涡轮扭距 涡轮转速涡轮转速 变扭频率
20、曲线变扭频率曲线说明:说明:1.当泵轮转速为常数时当泵轮转速为常数时 =常数常数2.0时,时,最大最大 最大时,最大时,03.涡轮变扭的效率在涡轮变扭的效率在 之间之间为最大为最大4.4.涡轮扭距涡轮扭距 随随 变化而成双曲线变化而成双曲线TnTnTMBMBMTMTnTM1Tn2 TnTn2.3 2.3 液力传动内燃机车液力传动内燃机车h37 变扭器高效区较窄变扭器高效区较窄,即即变扭器转速范围较小变扭器转速范围较小,因因此,柴油机与单个变扭器此,柴油机与单个变扭器配合只能实现某一档(速配合只能实现某一档(速度级)的工作范围,不能度级)的工作范围,不能满足机车牵引需要。一般,满足机车牵引需要。
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