什么是柴油机车?

什么是柴油机车?

[拼音]：chaiyou jiche

[外文]：diesel locomotive

以柴油机产生动力通过传动装置驱动车轮的机车，是内燃机车的一种。

发展概况

柴油机车的制造大致可分探索试制阶段、试用和实用阶段、大发展阶段。

探索试制阶段

20世纪初至20年代末是柴油机车的探索试制阶段。柴油机车是从动车开始发展的。在20年代中期制造出可用的柴油机车，用电力传动。苏联用一台735千瓦潜水艇柴油机制成一辆电力传动柴油机车，1924年11月交付铁路试用。德国同年用一台735千瓦潜水艇柴油机和一台空气压缩机配接，装在卸掉锅炉的“Z-3-Z”型蒸汽机车上，并以柴油机的排气余热加热压缩空气代替蒸汽推动蒸汽机，称空气传动柴油机车。这种机车因构造复杂，效率不高而放弃。美国于1923年制成一辆220千瓦电传动柴油机车，于1925年投入运用，从事调车作业。

试用和实用阶段

30年代，柴油机车进入试用和实用阶段。柴油机当时几乎成为内燃牵引的唯一动力装置，但功率不大，约在1000千瓦以内。直流电力传动装置已在各国广泛采用。液力传动装置的元件──液力耦合器和液力变扭器创始于德国，这时已发展到可以在柴油机车上应用。其传动效率虽略低于电力传动，但几乎不用铜，并配用于转速为每分钟1500转左右的高速柴油机。这个时期的柴油机车仍以发展调车机车为主，到30年代后期才出现一些由功率为 900～1000千瓦单节机车多节联挂的干线客运柴油机车。实际运行表明，柴油机车的经济效益比同等功率的蒸汽机车高得多。

大发展阶段

第二次世界大战后，柴油机车的制造进入大发展阶段。因柴油机的性能和制造技术迅速提高，多数配装了废气涡轮增压系统，功率比战前的提高50％左右，产量剧增。单个中速柴油机配直流电力传动装置的和以两台高速柴油机各配一液力传动装置的柴油机车的发展加快了。到60年代因柴油机增压技术日益提高，柴油机车向大功率(2000千瓦以上)发展，但直流电力传动柴油机车功率受直流牵引发电机换向器电流电压（按功率乘转速等于一常数关系工作，超过某一常数时，电刷和换向器接触处将产生剧烈火花而烧坏电机）和重量的限制，难以突破2200千瓦左右这个界限。这时联邦德国造出安装两组1470千瓦高速柴油机的液力传动2940千瓦柴油机车，在功率方面处于领先地位。60年代中期，大功率硅整流器研制成功，造出不受功率和转速限制的交-直流电力传动2940千瓦柴油机车。近年苏联造出一辆客运柴油机车，单个柴油机功率达4000千瓦。

当前除联邦德国和日本采用液力传动和高速柴油机外，其他国家以采用电力传动为主。北美国家干线上用的柴油机车全部采用电力传动和中速柴油机。

随着电子技术的发展，联邦德国于70年代初制造出“DE2500”型1840千瓦交-直-交电力传动装置柴油机车，为柴油机车和电力机车的传动系统辟出一条新路。

中国于1958年开始制造电力传动和液力传动柴油机车，工矿和森林铁路使用的小功率柴油机车是液力传动的。目前中国铁路使用的自造柴油机车主要有“东风4”型货运机车、“北京”型客运机车和“东风 2”型调车机车。

类型

柴油机车按走行部形式可分为车架式和转向架式两种。功率小、重量轻、只需2～3根轴的机车可用车架式，其他的采用转向架式。按传动方式可分为机械传动、电力传动和液力传动三种，现代柴油机车多采用后两种。按用途可分为客运柴油机车、货运柴油机车、调车柴油机车和工矿柴油机车四种。60年代以来北美国家铁路运输情况发生改变，除个别特别快车用的机车外，将用于客运、货运、调车的柴油机车统一改成一种罩盖式车体的通用型机车。

基本构造及其作用

柴油机车由柴油机、传动装置、车架、车体、转向架、辅助装置、制动装置、控制设备、机车信号设备等几个基本部分组成。柴油机发出的动力输至传动装置，通过对前二者的控制和调节，将适应机车运行工况的输出转速和转矩送到各车轴齿轮箱驱动动轮，动轮产生的轮周牵引力传递到车架，由车架端部中央的车钩变为挽钩牵引力来拖动或推送车辆。辅助装置的主要作用是保证机车各组成部分正常工作。制动装置是保证机车或列车运行安全的重要设施。控制系统的 *** 纵设备和监视仪表等安装在司机室 *** 纵台上便于司机 *** 作和观察的位置。

柴油机

柴油机车的动力装置，也是柴油机车中易损部件较多、检修量较大的设备。对机车用柴油机的要求：

（1）可靠性好。机车在正线运行途中出了故障，会严重扰乱行车秩序。

（2）耐用性和灵敏性好。机车在运行中功率和转速波动范围大，要求反应快，能在大负荷和满负荷工况下长时间使用。

（3）使用率高。两个大修和日常维修间隔要长或走行里程要长。

（4）单位功率的重量和外形体积小。

（5）在部分负荷和满负荷的燃料消耗率以至空转燃料消耗量都要低。柴油机车功率大，使用燃料数量多，燃料费是运营费中的大宗支出。

现代机车用的柴油机都配装废气涡轮增压器，以利用柴油机废气推动涡轮压气机，把提高了压力的空气经中间冷却器冷却后送入柴油机进气管。这样可以大幅度提高柴油机功率和热效率。

四冲程和二冲程柴油机都可用于柴油机车。同等转速的四冲程机的热效率一般高于二冲程机，所以采用四冲程柴油机的国家较多。从转速来看，广泛应用每分钟1000转左右的中速机和1500转左右的高速机。柴油机制造厂几乎都以相同气缸直径和活塞冲程的同型气缸作成各种气缸数的产品，以满足各种功率的需要。需要功率较小的用6缸、8缸直列型或8缸V型，功率较大的用12、16、18和20缸V型，其中以12、16缸的最为常用。气缸直径的选用范围，中速机在230～280毫米的较多，高速机在170～230毫米的较多，功率在400千瓦以下的多用130～160毫米。

传动装置

柴油机不能自己起动，需借助另一小功率动力机或高压压缩空气在无负荷（与机车动轴脱离联系）状态下才能起动。起动后要在一定的转速范围内才能获得足够的转矩和功率来驱动机车，而机车的速度变化非常大，从静止到最高速度，即动轮转速从零到最高转速。故不能将柴油输出轴直接和机车动轴连接，必须在两者之间配装一套可变转速和转矩的传动装置作媒介，将动力传送到机车动轴。传动装置应能充分发挥柴油机功率，又使机车具有良好的牵引特性，而且效率要高。常用的传动装置有机械传动装置、电力传动装置和液力传动装置（见机车传动装置）。

车架

机车的基础部件，上面安装有柴油机、传动装置、辅助装置和车体(包括司机室)，下面由两转向架支承并与车架连接(车架式机车的车架下面由车轮支承)，车架中梁前后两端的中下部装设车钩缓冲装置。车架除承受上面的静载和传递牵引力外，还承受机车在挂车、列车起动、运行中变速、制动和行驶于不平顺的轨道上和弯道上引起的振动、摇摆、离心力和列车纵向冲击等所产生的动态垂向、横向、纵向和扭转载荷（力）。因此，车架必须有足够的强度和刚度。

车体

起保护机车上的机器设备不受风、 砂、 雨、雪的侵袭和防寒作用。车体一端或两端设隔声隔热的司机室，高速机车前端做成流线型。车体有承载式和非承载式两种。非承载式车体不承受车架上的载荷。承载式车体和车架结成一体，共同承受各方向的力，因而车架的重量得以减轻，强度和刚度也有所增强。

转向架

由构架、旁承、轴箱、轮对、车轴齿轮箱（电力传动者包括牵引电动机）、d簧、减振器、均衡梁和转向架同车架的连接装置、基础制动装置等主要部件组成。其作用是：承载车架及其上面全部装置的重量；保证各轮对的轴重均匀并将它所产生的轮周牵引力传递给车架和车钩；保证走行部以最小的阻力平稳运行和顺利通过曲线；产生必要的制动力以保证行车安全。

辅助装置

用来保证柴油机、 传动装置、 走行部、制动装置和控制调节设备等正常工作的装置。包括下列主要设备：

（1）柴油机燃料系统。有燃料箱储存柴油。柴油由燃料箱经柴油输送泵和柴油滤清器送至柴油机。附装于柴油机上的喷油泵和喷油器，将高压柴油按运行工况和柴油机发火顺序定时定量地喷入气缸雾化燃烧。

（2）柴油机冷却水系统。有附装于柴油机上的循环水泵、各种冷却器、冷却风扇及其驱动装置、机油热交换器、膨胀水箱和为寒冷季节柴油机起动前预热和停车后保温用的预热锅炉等。液力传动机车的液力传动工作油热交换器和齿轮箱油热交换器的冷却水也包括在这一系统中。

（3）柴油机润滑油系统。润滑油为机油，储存于柴油机油底壳。系统中有机油循环泵、粗滤器和精滤器等。机油除润滑柴油机运动摩擦件和调速系统外，还通过专用滤清器润滑增压器。有些柴油机另设一专为冷却活塞用的机油循环泵。很多机车设有由蓄电池供电驱动的小机油泵，以供柴油机起动前增加润滑油系统的油压，使各运动摩擦件得到润滑油。

（4）空气滤清器。主要为滤掉进入柴油机空气中的灰尘，减轻柴油机磨损以延长使用寿命。有些机车先将进入机器间的空气滤清，并保持稍高的压力，使外界有灰尘的空气不致进入。在柴油机进气口处另装一空气滤清器，再次过滤。空气滤清器也过滤进入电器柜和牵引电动机的冷却通风空气。

（5）压缩空气系统。有空气压缩机、储气筒。这个系统把压缩空气供给列车的空气制动装置、砂箱、空气笛及其他设备。用压缩空气起动的柴油机则专设高压空气压缩机和储气筒。

（6）辅助电气设备。有蓄电池组，给柴油机供电使其起动，并给柴油机起动前需要开动的柴油输送泵和小机油泵供电以驱动电动机，还为车内照明等供电。直流辅助发电机，供电给控制电路系统、照明系统、蓄电池充电、电热器和用电动机驱动的辅助设备等。柴油机起动电动机，直流电力传动机车则以直流牵引发电机兼作起动电动机，交流-直流电力传动和液力传动机车多以直流辅助发电机兼作起动电动机。牵引发电机磁极用的直流电，是由激磁发电机供给的。

（7）鼓风机。强迫空气通过气道冷却各牵引电动机和其他设备。

制动装置

柴油机车都装有一套空气制动机和手制动机。此外，多数电力传动机车还增设电阻制动装置，液力传动机车装有液力制动装置（见列车制动装置和机车动力制动）。

控制设备

控制机车速度、行驶方向和停车的设备。主要有机车速度控制器、换向控制器、自动制动阀和辅助制动阀，安装于司机室 *** 纵台上便于司机 *** 作的位置。两种控制器的结构因机车传动方式而异，但它们的 *** 纵手柄则是相同的。自动制动阀和辅助制动阀用手柄 *** 纵；柴油机启动开关和停机开关用按钮 *** 纵；鸣笛阀和撒砂阀则用踏钮或踏板 *** 纵。

*** 纵台上的监测仪表和警告信号装置有：空气、水、油等压力表，各主要部位温度表、电流表、电压表，主要部位超温、超压或压力不足等音响或显示警告信号。如果发出警告信号后一个短时间内并无反应，自动停机装置会立即关闭柴油机。

机车信号和自动停车装置

机车信号装置的接收器装在机车下侧，与地面发送设备接近。它的色灯显示器装在司机室内便于司机观看的位置。它的作用是准确地复现地面信号，从而保证在天气恶劣（大雾、大雪、大风沙等）、地形复杂（山区弯道等）等了望条件不良的情况下，司机仍能严格执行地面信号显示的要求。自动停车装置受机车信号装置控制，而又控制列车制动系统。列车在正常运行时，自动停车装置对行车不起约束作用，只有当信号指示列车必须降低运行速度或停车时，在一定短时间内司机未能及时采取措施，自动停车装置便会使列车制动系统工作，强迫制动，防止发生冒进信号的事故。在一般情况下，司机按地面信号 *** 纵列车。(见彩图)