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機車

linyixia 2025-01-09 生活 5 次瀏覽 0個評論

[拼音]：jiche

[外文]：locomotive

牽引或推送鐵路車輛運行，而本身不裝載營業(yè)載荷的自推進車輛，俗稱火車頭。按運送每噸公里消耗燃料量計算，機車是耗能最少的陸地運輸工具。它一般由蒸汽機、柴油機、燃氣輪機、牽引電動機等動力機械直接或通過傳動裝置驅(qū)動。動力機械使機車動輪產(chǎn)生力矩，同時鋼軌又給動輪以大小相等、方向相反的反作用力。各個動輪反作用力之和稱為機車牽引力。這個牽引力是由動輪周上作用力而產(chǎn)生的切向外力，所以又稱為輪周牽引力。為不使動輪在鋼軌上空轉(zhuǎn)，輪周牽引力不應(yīng)大于動輪與鋼軌間的粘著力（摩擦阻力），即不應(yīng)大于機車的粘著重量(機車所有動輪作用于鋼軌上的垂直重量)與粘著系數(shù)（機車動輪不空轉(zhuǎn)時的最大輪周牽引力與粘著重量之比）的乘積。

世界上最早出現(xiàn)的機車是蒸汽機車，以后又出現(xiàn)電力機車、柴油機車、燃氣輪機車。（見彩圖）

蒸汽機車發(fā)展過程

1803年英國的R.特里維西克制造出第一臺在軌道上行駛的蒸汽機車(圖1)。1814年英國的斯蒂芬森，G.制造出一臺5噸重的“皮靴”號蒸汽機車，被認為第一臺成功的機車。但真正在鐵路上使用并為現(xiàn)代蒸汽機車奠定基礎(chǔ)的是以斯蒂芬森，G.和其子R.斯蒂芬森為主要設(shè)計者建造的、并于1829年在比賽中獲獎的“火箭”號蒸汽機車(圖2）。它行駛速度達 58公里/小時(36英里/小時)，創(chuàng)造了當(dāng)時地面行駛車輛的最高速度。1831年美國土木工程師J.B.杰維斯首次在機車前部試裝一引導(dǎo)轉(zhuǎn)向架，使機車能夠在彎道上安全行駛。1836年美國H.R.坎貝爾設(shè)計一臺2軸引導(dǎo)轉(zhuǎn)向架2軸聯(lián)動的機車。但這一設(shè)計并不成功，直到同時代的機械工程師J.哈里森進行了加裝車軸均衡機構(gòu)的改進后，才成為完善的機車。不久這輛機車便成為美國的標準型機車，并命名為“美國人”型機車，被廣泛應(yīng)用到 19世紀90年代。該型999號機車于1893年創(chuàng)造了181公里/小時（115.2英里/小時）的最高速度。為了提高飽和蒸汽的利用率、加大機車的牽引力，并能更好地通過彎道，1888年瑞士造出第一臺關(guān)節(jié)復(fù)脹機車，由工程師A.馬勒設(shè)計，稱馬勒型機車。1904年美國引進并在山區(qū)使用了馬勒型機車，后改為單脹式，制造出最大的蒸汽機車2-4-4-2型。

進入20世紀，采用過熱蒸汽的蒸汽機車迅速推廣，這時的機車已向大蒸發(fā)量、大尺寸、大鍋爐的大型化發(fā)展。

中國于1881年制出自己的第一臺蒸汽機車“中國火箭”號，運行于唐山-胥各莊鐵路。

蒸汽機車雖經(jīng) 100多年的發(fā)展，但運用熱效率只有6％左右，加上保養(yǎng)維修量大、污染嚴重、日運行里程短，逐漸被熱效率高、運用率高的電力機車和柴油機車取代。美國于1960年，英國于1968年，法國于1972年，日本于1975年，聯(lián)邦德國和蘇聯(lián)均于1977年相繼停止使用蒸汽機車。

電力機車發(fā)展過程

1835年荷蘭的斯特拉廷和貝克爾兩人試制以電池供電的2軸小型鐵路電力機車。1842年蘇格蘭的R.戴維森制造出一臺由40組電池供電的標準軌距的電力機車。1879年德國的W.von西門子設(shè)計制造了一輛小型電力機車，電源由機車外部的150伏直流發(fā)電機供給，并通過兩軌道和其中間的第三軌道向機車輸入，電力機車首次成功行駛。1890年英國倫敦首次用電力機車在 5.6公里長的一段地下鐵道上牽引車輛。1895年美國的巴爾的摩鐵路隧道區(qū)段采用的干線電力機車，功率為1070千瓦。20世紀初歐洲有幾個國家曾建成幾段以三相交流電供電的電氣化鐵路。20世紀初，電力牽引的優(yōu)越性已被公認，到20年代末幾乎每個歐洲國家都已有占不同比例的電氣化鐵路。因三相交流供電系統(tǒng)和機車變流裝置復(fù)雜，電力機車逐漸趨向采用工頻單向交流電。50年代以后，隨著大功率汞弧整流器和引燃管整流器的出現(xiàn)，特別是硅二極管整流器的出現(xiàn)，促進了采用工頻交流電的電力機車的發(fā)展。70年代以來，干線電力機車向大功率、高速度、耐用方向發(fā)展?？瓦\電力機車的速度已從每小時160公里提高到200公里。中國1958年制成第一輛以引燃管整流的“韶山”型電力機車。1968年改用硅整流器成功，制成“韶山”1型電力機車（圖3）。

柴油機車發(fā)展過程

在柴油機車出現(xiàn)之前，1906年美國制造出電力傳動的汽油動車（本身裝載營業(yè)載荷的自推進車輛）。1913年瑞典制造出電力傳動的柴油動車，這些動車與柴油機車的構(gòu)造類似。1924年蘇聯(lián)用一臺735千瓦潛水艇柴油機制成一輛電力傳動的柴油機車。1923年美國制成220千瓦的電力傳動的柴油機車。到30年代初，柴油機車進入了試用和實用階段、功率多在1000千瓦以內(nèi)，主要以調(diào)車機車為主。到30年代后期出現(xiàn)了單節(jié)機車多節(jié)聯(lián)掛的干線客運柴油機車。柴油機車的運行表明，它的經(jīng)濟效益比同等功率的蒸汽機車高得多。1945年以后，柴油機車進入大發(fā)展的階段。柴油機上多配裝廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，功率普遍提高。一般中速柴油機配裝直流電力傳動裝置；高速柴油機除電力傳動裝置外還配裝液力傳動裝置。50年代末和60年代初，柴油機車向更大功率（2000千瓦以上）發(fā)展，但受到直流電力傳動裝置的直流牽引發(fā)電機的限制，功率難以突破2200千瓦。這時聯(lián)邦德國制造出安裝兩臺高速柴油機的2940千瓦的液力傳動柴油機車。60年代中期，隨著大功率硅整流器的出現(xiàn)，人們制造出不受功率和轉(zhuǎn)速限制的交-直流電力傳動、功率為2940千瓦的柴油機車。后來，蘇聯(lián)制造交-直流電力傳動的柴油機車，單個柴油機的功率已達4000千瓦。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)邦德國于70年代上半期制造出1840千瓦交-直-交電力傳動柴油機車。中國東北地區(qū)在30年代曾試用柴油機車，1958年開始制造柴油機車。

燃氣輪機車發(fā)展過程

最早的燃氣輪機車是從使用復(fù)式燃氣輪機開始的。1933年瑞典制成了480千瓦的自由活塞燃氣輪機車。1951年法國先后制成735千瓦和1770千瓦自由活塞燃氣輪機車。1954年蘇聯(lián)制造2210千瓦的自由活塞燃氣輪機。1941年瑞士首先制造出開式燃氣輪機車。40年代末和50年代，英國、美國、蘇聯(lián)和捷克斯洛伐克先后制造出不同功率的開式燃氣輪機車。

機車可按所采用的動力裝置、用途和走行部形式分類。

按動力裝置分類

機車分為熱力機車和電力機車兩大類。

（1）熱力機車：以熱機為原動機的機車，主要包括蒸汽機車、柴油機車和燃氣輪機車，都是自帶能源的機車。熱力機車受到軸重和鐵路軌道的限制，不能制造得過重過大；而機車內(nèi)的動力和傳動裝置的重量和尺寸也受到約束。以柴油機和燃氣輪機為動力的機車又稱為內(nèi)燃機車。柴油機車和燃氣輪機車按其中的傳動裝置不同，又分為機械傳動的、電力傳動的和液力傳動的。

（2）電力機車：由外部經(jīng)軌道上空的接觸網(wǎng)或敷設(shè)于行車軌道一側(cè)的第三軌道供電、由牽引電動機驅(qū)動的機車。電力機車具有功率大、短時過載能力強、速度高、加速快、牽引力大、不污染環(huán)境等優(yōu)點，適用于運輸繁忙、坡度大或有長隧道的鐵路線上，尤其適用于大城市城郊和地下鐵道的運輸。電氣化鐵?范云涓澆?的電信通信有一定的干擾。

按用途分類

機車分為客運機車、貨運機車、客貨通用機車、調(diào)車機車和工礦機車5類。

（1）客運機車：牽引旅客列車的機車，有較高的運行速度和起動加速度，并能長距離運行，但機車牽引力不一定很大。

（2）貨運機車：牽引貨物列車的機車，有相當(dāng)大的牽引力，能長距離運行，但運行速度不一定很高。

（3）客貨通用機車：牽引重的（輛數(shù)多的）旅客列車或較輕的快運貨物列車的機車，其性能介于客運機車和貨運機車之間。

（4）調(diào)車機車：在車站內(nèi)或編組站（場）內(nèi)，用于車列的解體和編組的機車，例如用于車輛的牽出、轉(zhuǎn)線和車輛的送取等作業(yè)。調(diào)車機車起動和停車、正向和反向行駛頻繁，應(yīng)有足夠的粘著重量、牽引力、起動加速度和良好的換向性能。在車站進行客車車列或部分貨車列車摘掛和牽出作業(yè)的機車稱為站內(nèi)調(diào)車機車。這種機車功率較小，也可用于工礦企業(yè)內(nèi)部運輸。用于編組站（場）內(nèi)進行車列解體、編組和牽出作業(yè)的機車稱為編組站調(diào)車機車，這種機車也可兼作短途運輸。

（5）工礦機車：在采掘、冶金、石油、化工、林業(yè)等部門內(nèi)部運輸用的機車，如壓縮空氣機車、無火蒸汽機車和蓄電池機車等。工礦機車的功率較小、速度不高，但需要有足夠的牽引力，運送易燃、易爆物品需要有防火、防爆設(shè)施。

按走行部形式分類

分為車架式機車和轉(zhuǎn)向架式機車兩類。

（1）車架式機車：動軸（驅(qū)動軸）以固定位置裝于剛性車架的機車。這類機車固定軸距（裝在剛性車架上的最前軸和最后軸中心的水平距離）長，通過彎曲路線較困難、不適合高速行駛。因此蒸汽機車與老式的電力機車和柴油機車裝有導(dǎo)輪轉(zhuǎn)向架，但這種機車仍屬于車架式機車。

（2）轉(zhuǎn)向架式機車：車架兩端各裝一臺可水平旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向架支撐的機車。電力機車、柴油機車和燃氣輪機車都采用這種形式。

機車的類型不同，能源供給的形式也不相同，但各種機車的構(gòu)造卻有許多共同之處，如都包括車架、走行部、車體、車鉤緩沖裝置、制動裝置和司機室等。蒸汽機車構(gòu)造比較特殊。電力機車、柴油機車和燃氣輪機車除動力裝置、傳動裝置不同外，其他部分基本相同或相似。

蒸汽機車的構(gòu)造和功用

蒸汽機車主要由鍋爐、蒸汽機、車架、走行部和煤水車幾部分組成，其他還有車鉤緩沖裝置、制動裝置、控制和監(jiān)測裝置、司機室、輔助裝置等部分。

（1）鍋爐：產(chǎn)生和儲存蒸汽的裝置，是蒸汽機車的心臟。鍋爐由火箱、鍋筒和煙箱3部分組成?；鹣涫侨紵剂系牡胤?，分內(nèi)火箱和外火箱兩部分，內(nèi)、外火箱之間充以鍋水?；鹣涞牡撞渴侨紵禾康臓t床和存灰的灰箱。鍋筒在鍋爐的中部，筒內(nèi)排列有大煙管和小煙管，大煙管內(nèi)有使蒸汽干燥和加熱的過熱管。鍋爐工作時，火箱產(chǎn)生的熱量經(jīng)內(nèi)火箱和小煙管傳給鍋水。鍋筒的頂部設(shè)有聚集蒸汽的蒸汽包。煙箱位于鍋爐的前部，內(nèi)有煙筒、乏氣噴口、反射板和火星網(wǎng)等通風(fēng)和排煙裝置。燃料投入爐床后，在火箱內(nèi)與從灰箱風(fēng)門進入的空氣混合后燃燒。熱能通過內(nèi)火箱板和大小煙管傳遞給鍋水和過熱管。燃燒后的煙氣經(jīng)煙箱由煙筒排出。高壓飽和蒸汽由蒸汽包經(jīng)干燥管和過熱蒸汽集汽箱的一側(cè)進入過熱管。加熱后的過熱蒸汽，再返回集汽箱裝的調(diào)整閥的一側(cè)。過熱蒸汽經(jīng)調(diào)整閥和蒸汽管進入蒸汽機。

（2）蒸汽機：它將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功以推動機車運行。蒸汽機車一般裝有兩套蒸汽機，裝于機車的兩側(cè)。蒸汽機主要由汽室、汽缸、傳動機構(gòu)、閥動裝置（配汽機構(gòu)）等組成。汽室在汽缸的上面，過熱蒸汽經(jīng)煙箱中的主蒸汽管，從汽室中部進入汽室。汽室與汽缸的兩端都有汽口相通。與活塞協(xié)調(diào)動作的閥動裝置帶動汽室中的汽閥作縱向往復(fù)運動，同時向汽缸配汽。過熱蒸汽在汽缸內(nèi)膨脹作功，推動活塞與活塞桿運動，經(jīng)傳動機構(gòu)（十字頭、搖桿、連桿、曲拐銷）將活塞的往復(fù)運動變成機車動輪的旋轉(zhuǎn)運動。通過輪、軌接觸產(chǎn)生的牽引力基本符合機車牽引特性，又能逆轉(zhuǎn)，所以蒸汽機車不需要像內(nèi)燃機車那樣的傳動裝置。

（3）車架和走行部：車架是由兩片棒式或板式側(cè)梁和若干橫梁組成的結(jié)構(gòu)，它是安裝鍋爐和汽機的基礎(chǔ)。走行部是機車承重和在軌道上走行的部分。車架和走行部主要由車架、彈簧懸掛裝置、動輪、從輪、導(dǎo)輪、各輪的轉(zhuǎn)向架、軸箱、牽引裝置、基礎(chǔ)制動裝置等構(gòu)成。

（4）煤水車：機車上裝載煤、水、油脂和存放工具的部分，用牽引桿掛在車架后面。煤水車由煤槽和水柜組成。煤水車車架由兩臺轉(zhuǎn)向架支承，車架后端裝有車鉤緩沖器以牽引列車。大功率蒸汽機車的煤水車上還裝有推煤機和輸煤機，能將煤從爐口均勻地噴到爐床各處。

（5）司機室:即司機、副司機、司爐工作的處所，裝于鍋爐后端車架上，有操縱控制和監(jiān)視儀及座位。司機室與煤水車相連，便于司爐燒火。

電力機車的構(gòu)造和功用

電力機車（圖4）是靠外部供給電能由牽引電動機驅(qū)動的機車。電能由電力系統(tǒng)經(jīng)傳輸線、牽引變電所、接觸網(wǎng)或第三軌道輸入機車的牽引電動機，再驅(qū)動機車前進。電力機車是非自帶能源的機車。電力機車的機械部分主要由轉(zhuǎn)向架、車架、車體、司機室、車鉤緩沖裝置和制動裝置等組成。轉(zhuǎn)向架上的每個動軸均由一臺牽引電動機驅(qū)動。轉(zhuǎn)向架上還裝有制動基礎(chǔ)裝置，它將牽引力和制動力傳給車架。車架一方面承受車體、司機室和設(shè)備重量，另一方面?zhèn)鬟f牽引力給車鉤緩沖裝置以牽引列車。電氣部分主要由牽引電動機、牽引變壓器、受電弓、主斷路器、交流電力機車的整流裝置、控制、輔助和監(jiān)測裝置等組成。

（1）受電弓：電力機車從接觸網(wǎng)上受取電能的裝置。受電弓安裝在車頂上，可分單臂弓和雙臂弓兩種。它的主要部件包括集電頭、上框架、下臂桿底架、引弓彈簧、傳動氣缸和支持絕緣子等。受電弓的升降由壓縮空氣控制。

（2）主斷路器：電力機車上接通或分斷電源的總開關(guān)，兼作各種過載、短路故障的主保護開關(guān)，安裝在機車的頂部。

（3）牽引變壓器：在工頻單相交流電供電的機車上，用于改變電源電壓的裝置。它安裝于車架上，能承受較強的沖擊振動和較高的電磁負荷。改變牽引變壓器的輸出電壓可以調(diào)節(jié)機車運行速度。

柴油機車的構(gòu)造和功用

柴油機車(圖5)是以柴油機為動力的機車，比蒸汽機車有更高的熱效率，不需要頻繁地加入燃料，持續(xù)工作時間較長。柴油機車主要由柴油機、傳動裝置、車架、車體、轉(zhuǎn)向架、車鉤緩沖裝置、制動裝置、輔助裝置和控制與監(jiān)測裝置組成。

（1）柴油機：柴油機車的動力裝置，也是柴油機車中易損部件多、維修量大的設(shè)備。對機車柴油機的要求是：可靠性好，燃料消耗率低、靈敏性好和單位功率的重量與尺寸小?，F(xiàn)代機車用的柴油機都裝有廢氣渦輪增壓器（見廢氣渦輪增壓），它能大大提高柴油機的功率和熱效率。

（2）傳動裝置：用于變換車軸和原動機輸出軸的轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)矩以傳遞動力的裝置。柴油機不能在有負荷情況下起動，起動后達到一定工作轉(zhuǎn)速后才有輸出功率和轉(zhuǎn)矩。柴油機必須通過傳動裝置來適應(yīng)機車牽引特性的要求。機車的傳動裝置分為機械傳動裝置、液力傳動裝置和電力傳動裝置3類。機械傳動裝置主要是通過離合器和多檔的齒輪變速箱來改變柴油機的輸出轉(zhuǎn)速和機車動軸間的轉(zhuǎn)速比。機械傳動裝置簡單、造價低，適用于小功率的機車。液力傳動裝置是用一個或數(shù)個液力變扭器與齒輪箱組合，來傳遞柴油機到機車動軸之間動力的裝置。液力傳動裝置的優(yōu)點是能自動無級調(diào)速，換檔無沖擊，起動加速快而平穩(wěn)。電力傳動裝置將柴油機發(fā)出的機械功變換成電能，再由電能轉(zhuǎn)換成機械功以驅(qū)動車輪的傳動裝置。柴油機帶動牽引發(fā)電機，供電給牽引電動機驅(qū)動車輪。按所使用的牽引發(fā)電機和牽引電動機的類型，電力傳動裝置分為直-直流電力傳動裝置、交-直流電力傳動裝置和交-直-交流電力傳動裝置。

燃氣輪機車的構(gòu)造和功用

燃氣輪機車是以燃氣輪機為動力的機車（圖6）。它與柴油機車相比，除用燃氣輪機代替柴油機外，其他構(gòu)造基本相同。燃氣輪機車主要由燃氣輪機、傳動裝置、車架、車體、轉(zhuǎn)向架、車鉤緩沖裝置、制動裝置、控制和監(jiān)測裝置以及柴油發(fā)電機組等組成。

（1）燃氣輪機：它是燃氣輪機車的動力裝置，多用開式燃氣輪機。復(fù)式燃氣輪機(自由活塞式燃氣輪機)已不再使用。開式燃氣輪機主要由渦輪機、渦輪壓氣機和獨立的燃燒室組成，有的還裝有回?zé)崞鳌?/p>

（2）傳動裝置：燃氣輪機車的傳動裝置分為電力傳動和機械傳動兩種，以用電力傳動的為多。用電力傳動裝置的燃氣輪機因燃氣輪機的轉(zhuǎn)速很高，在它的輸出軸和牽引發(fā)動機之間需要裝齒輪減速箱。用機械傳動裝置的燃氣輪機車只有前進和后退的換向檔，無變速檔。

（3）柴油發(fā)電機組：它是燃氣輪機車中的輔助動力裝置，其作用是啟動燃氣輪機，當(dāng)燃氣輪機未開動或未達到工作轉(zhuǎn)速時供電給輔助裝置。在機車出入庫低速運行時，不必開動燃氣輪機，而由柴油發(fā)電機組供電給一兩個牽引電動機。

簡稱軸（輪）列式，是用數(shù)字或字母標出機車走行部的結(jié)構(gòu)特點的簡單方法。排列的方法是以安裝于同一剛性構(gòu)架（車架或轉(zhuǎn)向架）中的車軸（輪）數(shù)，用數(shù)字或符號劃分成組。符號自左至右依次表示機車從前到后各組的車軸（輪）數(shù)。軸列式分車架式機車軸列式和轉(zhuǎn)向架式機車軸列式兩種表示法。

車架式機車軸（輪）列式表示法

這種方法多用于蒸汽機車，常用的有3種。

（1）數(shù)字軸數(shù)表示法：表示順序為:導(dǎo)軸數(shù)-動軸數(shù)-從動軸數(shù)。

（2）數(shù)字輪數(shù)表示法:表示順序為：導(dǎo)輪數(shù)-動輪數(shù)-從動輪數(shù)。

（3）數(shù)字與字母軸數(shù)表示法：以數(shù)字表示導(dǎo)軸和從動軸數(shù)，以大寫拉丁字母表示動軸數(shù)，如A代表1，B代表2，C代表3等，表示順序為：導(dǎo)軸數(shù)-動軸數(shù)-從動軸數(shù)。

例如，某機車有1根導(dǎo)軸、4根動軸而無從動軸，用上面3種表示法分別為：1-4-0，2-8-0和1D；又如某關(guān)節(jié)式機車的前車架有1根導(dǎo)軸和4根動軸，后車架有4根動軸和2根從動軸，用上面表示法分別為1-4+4-2或1-4-4-2、2-8-8-4、1D-D2。

轉(zhuǎn)向架式機車軸列式表示法

以數(shù)字或字母表示每臺轉(zhuǎn)向架的動軸數(shù)和非動軸數(shù)。以注腳“0”表示每一動軸為單獨驅(qū)動，無注腳表示動軸為成組驅(qū)動。表示順序為：前轉(zhuǎn)向架軸數(shù)-后轉(zhuǎn)向架軸數(shù)。

例如，某機車有兩臺轉(zhuǎn)向架，每臺由3根單獨驅(qū)動的動軸構(gòu)成，可用數(shù)字和字母分別表示為:3₀-3₀和C₀-C₀;如同樣機車為成組驅(qū)動的轉(zhuǎn)向架，則分別表示為:3-3，C-C。又如某機車由兩臺3軸轉(zhuǎn)向架構(gòu)成，每臺轉(zhuǎn)向架中間軸為非驅(qū)動軸，則分別表示為：l₀1l₀-l₀1l₀，Α₀1Α₀-Α₀1Α₀。

蒸汽機車由于熱效率低、維修、整備頻繁、經(jīng)濟效益低、對環(huán)境污染嚴重，在鐵路運輸中已讓位給柴油機車、電力機車和專為客運使用的柴油動車組、燃氣輪動車組、電力動車組。柴油機車和電力機車是現(xiàn)代牽引動力的主力，除向更大功率發(fā)展外，主要是進一步提高熱效率、耐久性、可靠性和舒適性，從而提高經(jīng)濟效益。以燃氣輪動車組和電力動車組以及電力機車為主力的客運機車，正向更高的速度發(fā)展，80年代已達到每小時200公里到250公里，正向每小時300公里的速度邁進。車輪與鋼軌的相互作用問題，輪、軌間的粘著、粘著系數(shù)、轉(zhuǎn)向架和受電弓與接觸網(wǎng)等在高速運行中引起的各種問題，是機車發(fā)展中的重要研究課題。