铁路机车知识普及

铁路机车知识普及

牵引或推送其他铁路车辆运行于铁路上,本身不装载营业载荷的自推进车辆,俗称火车头。机车是铁运输的重要工具。

机车是利用蒸汽机、柴油机、牵引电动机或其他动力机械产生的动力,并通过机车传动装置驱动动轮(驱动轮),借助动轮和钢轨之间有一定的粘着力而产生推动力即机车牵引力。机车产生的牵引力克服列车阻力,可拖动比它自身重量大10倍或20倍以上的车列。通过列车牵引计算,可求得某一机车能牵引车列的总重量。要提高机车牵引力,就要相应地增加机车粘着重量(机车所有动轮作用于轨道上的重量)。然而决定粘着重量的机车轴重(一根动轴上的两个动轮垂直作用于轨道上的重量)是有限度的。如果超过轴重限度,就要增加轴数。因此,轴数是机车的重要参数,由各种轴数组成的车轴排列式可以表征机车的性能和用途。

机车或列车在轨道上运行,必须能随时减速或停止运行,所以在机车和铁路车辆上都装有制动装置(见列车制动装置),由司机操纵。此外,还可以利用机车动力装置、传动装置或牵引电动机的逆动作所产生的阻滞作用辅助制动装置工作(见机车动力制动)。

机车或列车运行时,车轮压在轨道上滚动,而车轮和轨道都是弹性体,都会产生弹性变形,不可能有真正的圆形和平直的线或面。每辆车在运动中的速度不完全一致,车钩缓冲装置动作也不一致,机车车辆在运动中产生不平衡的力,制动时产生不同的制动力,以及列车通过曲线线路等这些复杂因素,加上外界气流紊动的影响,都会使机车或列车产

生垂向、横向和纵向振动。因此,产生的机车车辆纵向动力,对机车车辆车架、车体和车钩缓冲装置都有影响。在列车和轨道之间产生的轮轨相互作用的动作用力,影响转向架、轮对和钢轨的使用寿命。

在陆地运输工具中按运送每吨公里消耗燃料量计,机车消耗能源较少。机车的费用却在铁路运营费用中占颇大比重。为了发挥机车的最大经济效益,各国铁路企业都制订有机车运用管理和机车检修的制度。

最早发明的机车是蒸汽机车,它利用蒸汽机代替畜力牵引轨道上的车辆。以后出现的各种机车也是在新型动力机问世后研制出来的。继蒸汽机车之后依次出现的几种机车是:电力机车、柴油机车、燃气轮机车。

1804年英国人特里维西克创造出第一台蒸汽机车。1929年制造的“火箭”号机车奠定了现代蒸汽机车的基本形式,后来在构造和效率方面作了不断改进。为适应运输需要制造出各种用途的蒸汽机车,又不断向大功率、大牵引力和高速度发展,到20世纪30~40年代达到高峰。

1879年首次制成应用第三轨供直流电的小电力机车。19世纪90年代有些国家便在地下铁道、大城市市郊铁路和干线长隧道区段应用电力机车。到20世纪20年代末,不少国家已有电气化铁路,大多采用架空的接触网供直流电。50年代,大功率引燃管式整流器和60年代大功率半导体整流器件问世后,工业频率交流电力机车得以迅速发展。这种机车功率增大,性能显著改善,虽然基本建设投资较大,但经济效益高,可以用在运输繁忙的电气化铁路干线上。

1923年柴油机车制成试用,1925年正式应用。初期因柴油机功率不大,多用于调车作业;后来有了1000千瓦左右的机车用柴油机,便制

造出干线用机车,由两节或多节联挂。从运用结果表明它比蒸汽机车优越。50年代就迅速推广开来,功率也逐渐增大。

1941年制造燃气轮机车,1943年首次在铁路上运用,有少数国家在做试验性运用或小批量正式运用后停用。虽未大量采用,但有发展前途。蒸汽机车构造简单,成本低廉,坚固耐用,在铁路上原占主导地位。但因经济效益不高和排烟污染环境而逐渐被柴油机车和电力机车取代。美国于1960年,英国于1968年,法国于1972年,日本于1975年,联邦德国和苏联均于1977年相继停用。虽有不少国家仍在使用,但担负的运量比重日益缩小。

机车可按所采用的动力装置、用途和走行部形式分类。按动力装置分类可分为两类。

①热力机车:所装的原动机属于热机,如蒸汽机车、柴油机车、燃气轮机车等。这类机车都携带燃料和水,是自带能源的机车,能独立地行驶,只要有合适的轨道和添加燃料与水的设备,就能运行。但机车重量和外形尺寸分别受轴重和铁路限界的约束,不能造得过重过大,因而装于机车内的动力装置的重量和尺寸也受到约束。柴油机和燃气轮机均属内燃机,装用这两种原动机的机车称为内燃机车。柴油机车安装用的传动装置的传动方式,又可分为机械传动柴油机车、电力传动柴油机车和液力传动柴油机车;燃气轮机车也是如此。

②电力机车:一种由外部电站输给沿铁路的变电所,再经轨道上空的接触网或铺设于轨道一侧的第三轨供给电能的机车。供电容量不受额定功率限制,因此,它具有功率大,短时过载能力强,运行速度高,加速快,牵引力大,没有排烟排气污染环境等优点,适用于运输繁忙或坡度大、隧道长的铁路线上,尤其适用于大城市城郊运输和地下铁道运输。

但这种机车只能运行于架有接触网或铺设第三轨并供电的线路上,不如热力机车机动灵活。电气化铁路还对附近电信通信有干扰。因为要架设接触网或铺设第三轨以及每隔一定距离设置变电所等,所以基本建设投资较大。

按用途分类可分为五类。

①客运机车:牵引客车车列的机车,须有较高的运行速度和起动加速度,并能作长距离运行,但牵引力不一定要很大。

②货运机车:牵引货车车列的机车,须有相当大的牵引力,能作长距离运行,但运行速度不必很高。

③客货通用机车(或通用机车):牵引重的(辆数多的)客车车列或较轻的快速货车(装鲜活货、冷藏货等)车列,其性能介于客运机车和货运机车之间。

④调车机车:在车站内或编组站(场)用于车列的解体和编组,如牵出、转线和车辆的取送等作业的机车。这种机车起动和停车频繁,正向和反向行驶频繁,应有足够的粘着重量、牵引力、起动加速度,必要的功率和良好的换向性能,运行速度可更低些。调车机车有站内调车机车和编组站调车机车两种。前者适用于车站进行客车车列或部分货车车列的摘挂和牵出作业,也适用于工矿企业厂内运输,所需功率较小;后者适用于编组站(场)进行车列解体、编组和牵出作业,也可兼作短途运输。

⑤工矿机车:担任采掘、冶金、石油、化工、森林等企业内部运输和工厂内部运输的机车。一般说功率比铁路干线用的机车小,速度要求也不高,但须有足够的牵引力。在某些特殊工厂运输用的机车还须有防火、防爆等设施。为此,有几种专门设计的机车,如:压缩空气机车,以