Тепловозы

Современный тепловоз является автономной версией электровоза. Подобно электровозу, он имеет электропривод в виде тяговых двигателей, ведущих ось и управляемых электронным управлением. Он также имеет много таких же вспомогательных систем для охлаждения, освещения, отопления, торможения и питания в отеле (если требуется) для поезда. Он может работать по одним и тем же маршрутам (обычно) и могут управляться теми же водителями. Он принципиально отличается тем, что он несет с собой собственную генерирующую станцию, вместо того чтобы подключаться к удаленной генерирующей станции через воздушные провода или третий рельс. Генераторная станция состоит из большого дизельного двигателя, соединенного с генератором переменного тока, вырабатывающим необходимое электричество. Топливный бак также имеет важное значение.

А заказать покраску тепловозов можно на http://zdceh.ru/pokraska-teplovozov-i-sostava/

Дизель-электрические типы

Как и автомобиль, тепловоз не может заводиться непосредственно со стенда. Он не будет развивать максимальную мощность на холостом ходу, поэтому ему нужна система трансмиссии для умножения крутящего момента при запуске. Также необходимо будет варьировать мощность в зависимости от веса поезда или градиента линии. Есть три способа сделать это: механический, гидравлический или электрический. Большинство тепловозов используют электрические передачи и называются »

Дизель-электрические локомотивы бывают трех видов, в зависимости от периода, в котором они были разработаны. Вот эти три:

DC — DC (генератор постоянного тока, питающий тяговые двигатели постоянного тока);
AC — DC (выход генератора переменного тока выпрямлен для питания двигателей постоянного тока) и
AC — DC — AC (выход генератора переменного тока выпрямлен для постоянного тока, а затем преобразован в 3-фазный переменный ток для тяговых двигателей).

Тип DC — DC имеет генератор, питающий тяговые двигатели постоянного тока через систему контроля сопротивления, тип AC — DC имеет генератор переменного тока, который вырабатывает переменный ток, который выпрямляется на постоянный ток, а затем подается на тяговые двигатели постоянного тока и, наконец, самый современный имеет выход генератора переменного тока, выпрямленный на постоянный ток, а затем преобразованный в переменный ток (3-фазный), чтобы он мог питать трехфазные тяговые двигатели переменного тока. Хотя эта последняя система может показаться самой сложной, выгоды от использования двигателей переменного тока намного перевешивают кажущуюся сложность системы. В действительности большая часть оборудования использует твердотельную силовую электронику с микропроцессорным управлением. Для получения дополнительной информации о тяге переменного и постоянного тока см.Электрические тяговые электростанции  и электровозы на этом сайте.

В США тяговые генераторы переменного тока (AC) были представлены с локомотивами с одним дизельным двигателем мощностью 3000 л.с., первым из которых был Alco C630. SD40, SD45 и GP40 также имели только тяговые генераторы. На GP38, SD38, GP39 и SD39 тяговые генераторы (DC) были стандартными, а тяговые генераторы были опциональными до эры dash-2, когда они стали стандартными. Это была похожая история в General Electric.

В локомотиве установлен один тяговый генератор (или генератор) на дизельный двигатель (в любом случае, это стандартная практика Северной Америки). Alco C628 был последним локомотивом, который возглавил гонку лошадиных сил с тяговым генератором постоянного тока.

Диаграмма (рис. 2) показывает основные части дизель-электрического локомотива, построенного в США, и они описаны в следующих параграфах. Я использовал пример США из-за большого количества стран, которые их используют. Очевидно, что существует много вариантов компоновки, и европейская практика во многом различается, и некоторые из них мы отметим попутно.

Рисунок 2: Схема дизельного  электрического  локомотива , показывающий основные части стандартной конструкции США. Диаграмма: Автор.

Дизельный двигатель

Это основной источник питания для локомотива. Он состоит из большого блока цилиндров, цилиндры которого расположены по прямой или в виде V. Двигатель вращает ведущий вал со скоростью до 1000 об / мин, что приводит в движение различные элементы, необходимые для питания локомотива. Поскольку трансмиссия обычно электрическая, двигатель используется в качестве источника энергии для генератора переменного тока, который вырабатывает электрическую энергию для привода локомотива.

Главный генератор

Дизельный двигатель приводит в движение главный генератор переменного тока, который обеспечивает мощность для движения поезда. Генератор вырабатывает электричество переменного тока, которое используется для питания тяговых двигателей, установленных на грузовых автомобилях (тележках). В старых локомотивах генератор переменного тока представлял собой машину постоянного тока, называемую генератором. Он производил постоянный ток, который использовался для питания тяговых двигателей постоянного тока. Многие из этих машин все еще находятся в регулярном использовании. Следующей разработкой была замена генератора генератором переменного тока, но все еще с использованием тяговых двигателей постоянного тока. Выход переменного тока выпрямляется, чтобы дать постоянный ток, необходимый для двигателей. Для получения дополнительной информации о тяге переменного и постоянного тока см. Страница электронного питания  на этом сайте.

Вспомогательный генератор

Локомотивы, используемые для работы пассажирских поездов, оснащены вспомогательным генератором. Это обеспечивает питание переменного тока для освещения, отопления, кондиционирования, столовой и т. Д. В поезде. Выходной сигнал передается вдоль поезда через вспомогательную линию электропередачи. В США это известно как «сила головного конца» или «сила отеля». В Соединенном Королевстве,

Мотор вентилятор

Дизельный двигатель также приводит в движение двигатель вентилятора. Как следует из названия, воздуходувка двигателя обеспечивает воздух, который продувается через тяговые двигатели, чтобы они оставались холодными в периоды тяжелой работы. Воздуходувка установлена ​​внутри корпуса локомотива, но двигатели находятся на грузовиках, поэтому выход воздуходувки соединен с каждым из двигателей посредством гибкого воздуховода. Выход вентилятора также охлаждает генераторы. Некоторые конструкции имеют отдельные воздуходувки для группы двигателей на каждом грузовике и другие для генераторов переменного тока. Какой бы ни была схема, современный локомотив имеет сложную систему управления воздухом, которая контролирует температуру различных вращающихся машин в локомотиве и соответствующим образом регулирует поток воздуха.

Воздухозаборники

Воздух для охлаждения двигателей локомотива всасывается снаружи локомотива. Он должен быть отфильтрован для удаления пыли и других примесей, а его поток регулируется температурой как внутри, так и снаружи локомотива. Система управления воздухом должна учитывать широкий диапазон температур от + 40 ° C летом до -40 ° C зимой.

Выпрямители / Инверторы

Выход основного генератора переменного тока, но его можно использовать в локомотиве с тяговыми двигателями постоянного или переменного тока. Двигатели постоянного тока были традиционным типом, используемым в течение многих лет, но за последние 10 лет двигатели переменного тока стали стандартом для новых локомотивов. Их дешевле построить и дешевле в обслуживании, а электронное управление можно очень точно контролировать. Чтобы увидеть больше различий между тяговыми технологиями постоянного и переменного тока, попробуйте Страница электронного питания  на этом сайте.

Для преобразования выхода переменного тока от главного генератора переменного тока в постоянный требуется выпрямитель. Если двигатели постоянного тока, выход выпрямителя используется напрямую. Если двигатели переменного тока, выход постоянного тока выпрямителей преобразуется в трехфазный переменный ток для тяговых двигателей.

В США существуют некоторые варианты конфигурации инверторов. GM EMD использует один инвертор на грузовик, а GE использует один инвертор на ось — обе системы имеют свои преимущества. Система EMD соединяет оси в каждом грузовике параллельно, обеспечивая максимальный контроль проскальзывания колес между осями. Параллельное управление также означает равномерный износ колес даже между осями. Однако, если один инвертор (т.е. один грузовик) выходит из строя, тогда устройство способно производить только 50% своего тягового усилия. Один инвертор на ось является более сложным, но, по мнению GE, управление отдельной осью может обеспечить лучшее тяговое усилие. Если инвертор выходит из строя, тяговое усилие для этой оси теряется, но полное тяговое усилие все еще доступно через пять других инверторов. Управляя каждой осью индивидуально, поддержание диаметра колеса в точном соответствии для оптимальной производительности больше не требуется. Этот пункт взят из электронной почты неизвестного корреспондента 3 ноября 1997 года.

Электронное управление

Почти каждая часть оборудования современного локомотива имеет некоторую форму электронного управления. Они обычно собираются в шкафу управления рядом с кабиной для легкого доступа. Средства управления обычно включают какую-либо систему управления техническим обслуживанием, которую можно использовать для загрузки данных на переносной или портативный компьютер.

Стенд управления

Это основной человеко-машинный интерфейс, известный как пульт управления в Великобритании или пульт управления в США. Обычный в США тип стенда расположен под углом с левой стороны от места вождения и, как говорят, водители предпочитают современный тип настольной системы управления, используемый в Европе, и теперь предлагается на некоторых локомотивах в НАС.

Такси

Стандартная конфигурация локомотивов, разработанных в США, должна иметь кабину только на одном конце локомотива. Поскольку большая часть конструкции конструкции в США достаточно велика, чтобы у локомотива была дорожка с обеих сторон, видимость локомотива достаточна для движения задним ходом. Однако для локомотива нормально работать с кабиной вперед. В Великобритании и многих европейских странах

батареи

Точно так же как автомобиль, дизельный двигатель нуждается в батарее, чтобы запустить его и обеспечить электроэнергию для освещения и управления, когда двигатель выключен, а генератор не работает.

Тяговый двигатель

Так как дизель-электрический локомотив использует электрическую трансмиссию, на осях установлены тяговые двигатели, чтобы обеспечить конечную передачу. Эти двигатели традиционно были постоянного тока, но развитие современной силовой и управляющей электроники привело к появлению трехфазных двигателей переменного тока. Для описания того, как эта технология работает, перейдите на  страницу электронного питания на этом сайте. В большинстве дизель-электрических локомотивов от четырех до шести двигателей. Современный двигатель переменного тока с продувкой воздухом может обеспечивать мощность до 1000 л.с.

Шестерни / редукторы

Тяговый двигатель ведет ось через редуктор в диапазоне от 3 до 1 (груз) и от 4 до 1 (пассажир).

Топливный бак

Тепловоз должен нести свое собственное топливо с собой, и этого должно быть достаточно для разумной продолжительности поездки. Топливный бак обычно находится под рамой локомотива и может вместить, скажем, 1000 имперских галлонов (британский класс 59, 3000 л.с.) или 5000 американских галлонов в локомотиве General Electric AC4400CW мощностью 4400 л.с. Новые AC6000 имеют 5500 галлонов. В дополнение к топливу, локомотив будет носить с собой,

Воздушные резервуары

Воздушные резервуары, содержащие сжатый воздух под высоким давлением, необходимы для торможения поезда и некоторых других систем локомотива. Они часто устанавливаются рядом с топливным баком под полом локомотива.

Воздушный компрессор

Воздушный компрессор необходим для обеспечения постоянной подачи сжатого воздуха для локомотивов и железнодорожных тормозов. В США стандартной практикой является отсоединение компрессора от приводного вала дизельного двигателя. В Великобритании компрессор обычно имеет электрический привод и поэтому может быть установлен где угодно. Компрессор класса 60 находится под рамой, в то время как класс 37 имеет компрессоры в носу.

Приводной вал

Основная мощность дизельного двигателя передается приводным валом на генераторы на одном конце и вентиляторы радиатора и компрессор на другом конце.

Коробка передач

Радиатор и его охлаждающий вентилятор часто располагаются в крыше локомотива. Привод к вентилятору осуществляется через редуктор, чтобы изменить направление привода вверх.

Радиатор и вентилятор радиатора

Радиатор работает так же, как в автомобиле. Вода распределяется вокруг блока двигателя, чтобы поддерживать температуру в наиболее эффективном диапазоне для двигателя. Вода охлаждается, пропуская ее через радиатор, обдуваемый вентилятором от дизельного двигателя. См.  Охлаждение  для получения дополнительной информации.

Turbo Charging

Количество энергии, получаемой из цилиндра в дизельном двигателе, зависит от того, сколько топлива в нем можно сжечь. Количество сжигаемого топлива зависит от количества воздуха, имеющегося в цилиндре. Таким образом, если вы сможете получить больше воздуха в цилиндр, больше топлива будет сожжено, и вы получите больше энергии от вашего зажигания. Турбонаддув используется для увеличения количества воздуха, подаваемого в каждый цилиндр. Турбокомпрессор приводится в движение выхлопными газами двигателя. Этот газ приводит в действие вентилятор, который, в свою очередь, приводит в действие небольшой компрессор, который выталкивает дополнительный воздух в цилиндр. Турбонаддув дает увеличение мощности двигателя на 50%.

Основное преимущество турбокомпрессора заключается в том, что он дает больше мощности без увеличения затрат на топливо, поскольку в качестве мощности привода используется выхлопной газ. Однако он нуждается в дополнительном обслуживании, поэтому существуют некоторые типы локомотивов малой мощности, которые строятся без него.

Песочница

Локомотивы всегда несут песок, чтобы помочь сцеплению в плохих условиях рельса. Песок не часто предоставляется в поездах с несколькими единицами, потому что требования к адгезии ниже и, как правило, больше ведущих мостов.

Механическая коробка передач

Рисунок 3: Дизельно-механический локомотив — самый простой тип тепловоза. Он имеет прямую механическую связь между дизельным двигателем и колесами вместо электрической трансмиссии. Дизельный двигатель обычно находится в диапазоне 350-500 л.с., и трансмиссия аналогична трансмиссии автомобиля с четырехступенчатой ​​коробкой передач. Другие части похожи на дизель-электрический локомотив, но есть некоторые варианты, и часто колеса связаны. Диаграмма:

Гидравлическая муфта

В дизель-механической трансмиссии главный приводной вал соединен с двигателем гидравлической муфтой. Это гидравлическая муфта, состоящая из корпуса, заполненного маслом, вращающегося диска с изогнутыми лопастями, приводимого в движение двигателем, и другого, соединенного с дорожными колесами. Когда двигатель вращает вентилятор, масло движется одним диском к другому. Это поворачивается под действием масла и, таким образом, поворачивает приводной вал. Конечно, запуск происходит постепенно, пока скорость вращения лопастей не будет почти соответствовать скорости вращения вентилятора. Вся система действует как автоматическое сцепление, позволяющее постепенный запуск локомотива.

коробка передач

Это делает ту же работу, что и на автомобиле. Он изменяет передаточное число между двигателем и дорожными колесами, так что к колесам можно применять соответствующий уровень мощности. Переключение передач ручное. Нет необходимости в отдельном сцеплении, потому что функции сцепления уже предусмотрены в гидравлической муфте.

Последняя поездка

В дизель-механическом локомотиве используется главная передача, аналогичная паровому двигателю. Колеса соединены друг с другом для обеспечения большей адгезии. Выход из 4-скоростной коробки передач соединен с главной передачей и реверсивной коробкой передач, которая снабжена поперечным приводным валом и противовесами. Это связано с ведущими колесами с помощью шатунов.

Гидравлическая трансмиссия

Гидравлическая трансмиссия работает по тому же принципу, что и гидравлическая муфта, но обеспечивает более широкий диапазон «проскальзывания» между двигателем и колесами. Он известен как «гидротрансформатор». Когда скорость поезда увеличивается в достаточной степени, чтобы соответствовать скорости двигателя, жидкость сливается из гидротрансформатора, так что двигатель фактически соединяется непосредственно с колесами локомотива. Это практически прямая связь, потому что муфта, как правило, представляет собой гидравлическую муфту, чтобы дать некоторое скольжение. В локомотивах с более высокой скоростью используются два или три преобразователя крутящего момента в последовательности, аналогичной переключению передач в механической коробке передач, а некоторые используют комбинацию преобразователей крутящего момента и передач.

В некоторых конструкциях дизель-гидравлических локомотивов было два дизельных двигателя и две системы трансмиссии, по одной на каждую тележку. Конструкция была тополя в Германии (например, серии локомотивов V200) в 1950-х и была импортирована в части Великобритании в 1960-х. Тем не менее, он не работал хорошо в тяжелых или скоростных локомотивах и был в значительной степени заменен дизель-электрической трансмиссией.

Проскальзывание колеса

Пробуксовка колес — проклятие водителя, пытающегося плавно отогнать поезд. Прочный контакт между стальным колесом и стальным рельсом является одной из самых слабых частей железнодорожной системы. Традиционно единственным лекарством было сочетание мастерства водителя и избирательного использования песка для улучшения сцепления. Сегодня современное электронное управление дало очень эффективный ответ на эту давнюю проблему. Система называется контролем ползучести.

Обширные исследования проскальзывания колес показали, что даже после того, как колесная пара начинает проскальзывать, для сцепления все еще имеется значительное количество пригодной адгезии. Адгезия доступна до пика, когда она быстро спадает до неконтролируемого вращения. Мониторинг ранних стадий проскальзывания можно использовать для регулировки мощности, прикладываемой к колесам, чтобы адгезия поддерживалась в пределах «ползучести»

Проскальзывание измеряется путем определения скорости движения локомотива с помощью доплеровского радара (вместо обычного метода с использованием вращающихся колес) и сравнения ее с током двигателя, чтобы определить, соответствует ли вращение колеса путевой скорости. Если между этими двумя значениями имеется несоответствие, ток двигателя регулируется таким образом, чтобы скольжение находилось в диапазоне «ползучести», а тяговое усилие поддерживалось на максимально возможном уровне в условиях ползучести.

Дизельные Множественные Единицы (DMU)

Дизельные двигатели, используемые в DMU, ​​работают по тем же принципам, что и локомотивы, за исключением того, что трансмиссия обычно механическая с той или иной системой переключения передач. Двигатели DMU меньше и несколько используются в поезде, в зависимости от конфигурации. Дизельный двигатель часто монтируется под полом автомобиля и сбоку из-за ограниченного пространства.

Есть несколько дизель-электрических DMU вокруг, и они обычно имеют отдельный отсек двигателя, содержащий двигатель и генератор или генератор переменного тока.

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель был впервые запатентован доктором Рудольфом Дизелем (1858-1913) в Германии в 1892 году, и к 1897 году он фактически получил успешную работу двигателя. К 1913 году, когда он умер, его двигатель использовался на локомотивах, и он создал завод с компанией Sulzer в Швейцарии для их производства. Его смерть была загадочной в том смысле, что он просто исчез с корабля, доставляющего его в Лондон.

Дизельный двигатель представляет собой двигатель с воспламенением от сжатия, в отличие от бензинового (или бензинового) двигателя, который представляет собой двигатель с искровым зажиганием. Двигатель с искровым зажиганием использует электрическую искру от «свечи зажигания» для зажигания топлива в цилиндрах двигателя, тогда как топливо в цилиндрах дизельного двигателя воспламеняется от тепла, вызванного внезапным сжатием воздуха в цилиндре. На этом этапе, воздух сжимается в области 1/25 своего первоначального объема. Это будет выражаться как степень сжатия от 25 до 1. Степень сжатия от 16 до 1 даст давление воздуха 500 фунтов / дюйм² (35,5 бар) и повысит температуру воздуха до более 800 ° F (427 ° C). ,

Преимущество дизельного двигателя перед бензиновым двигателем состоит в том, что он имеет более высокую тепловую мощность (он получает больше работы от топлива), топливо дешевле, потому что оно менее очищено, чем бензин, и может выполнять тяжелую работу в течение длительных периодов времени. перегрузки. Однако он может быть высокоскоростным, чувствительным к техническому обслуживанию и шумным, поэтому он до сих пор не популярен для легковых автомобилей.

Типы дизельных двигателей

Существует два типа дизельных двигателей: двухтактный и четырехтактный. Как следует из названия, они различаются по количеству движений поршня, необходимых для завершения каждого цикла работы. Самым простым является двухтактный двигатель. У него нет клапанов. Выхлоп от сгорания и воздух для нового такта втягиваются через отверстия в стенке цилиндра, когда поршень достигает нижней части хода вниз. Сжатие и сгорание происходит при движении вверх. Как можно догадаться, для двухтактного двигателя число оборотов вдвое больше, чем для эквивалентной мощности в четырехтактном двигателе.

Четырехтактный двигатель работает следующим образом: Ход вниз 1 — воздухозаборник, ход вверх 1 — сжатие, ход вниз 2 — мощность, ход вверх 2 — выхлоп. Клапаны необходимы для впуска и выпуска воздуха, обычно по два для каждого. В этом отношении он больше похож на современный бензиновый двигатель, чем на двухтактный.

В Великобритании использовались оба типа дизельных двигателей, но 4-х тактный стал стандартом. Британский Class 55 «Deltic» (не в настоящее время в регулярной магистральной службе) необычно имел двухтактный двигатель. В США локомотивы General Electric (GE) имеют 4-тактные двигатели, тогда как General Motors (GM) всегда использовали 2-тактные двигатели, пока не был представлен SD90MAC 6000 л.с. «H series», который представляет собой 4-тактную конструкцию. ,

Причиной использования того или иного типа на самом деле является вопрос предпочтения. Однако можно сказать, что двухтактный дизайн проще, чем четырехтактный, но четырехтактный двигатель более экономичен.

Размер имеет значение

В принципе, чем больше мощности вам нужно, тем больше должен быть двигатель. Ранние дизельные двигатели имели мощность менее 100 лошадиных сил (л.с.), но сегодня США строят локомотивы мощностью 6000 л.с. Для британского локомотива мощностью 3300 л.с. (класс 58) каждый цилиндр будет производить около 200 л.с., и современный двигатель может удвоить его, если двигатель с  турбонаддувом .

Максимальная частота вращения двигателя при выработке полной мощности будет составлять около 1000 об / мин (оборотов в минуту), а двигатель будет работать на холостом ходу со скоростью около 400 об / мин. Эти относительно низкие скорости означают, что конструкция двигателя тяжелая, в отличие от высокоскоростного, легкого двигателя. Тем не менее, британский двигатель HST (High Speed ​​Train, разработанный в 1970-х годах) развивает скорость 1500 об / мин, и это считается высокой скоростью в категории железнодорожных дизельных двигателей. Медленный,

Существует ограничение на размер двигателя, который может быть размещен на железнодорожном погрузчике, поэтому мощность одного локомотива ограничена. Там, где требуется дополнительная мощность, стало обычным добавлять локомотивы. В США, где грузовые поезда весят десятки тысяч тонн, четыре локомотива во главе поезда являются обычными, а несколько дополнительных в середине или в конце не являются чем-то необычным.

V или нет V

Дизельные двигатели могут быть сконструированы с цилиндрами «в ряд», «с двойным расположением цилиндров» или с «V». Двигатель с двойным расположением цилиндров имеет два ряда цилиндров в ряд. Большинство тепловозов теперь имеют двигатели V-образной формы. Это означает, что цилиндры разделены на два набора, причем половина образует одну сторону V. Двигатель V8 имеет 4 цилиндра, установленные под углом, образующим одну сторону V, а другой набор из четырех образует другую сторону. Коленвал, обеспечение привода, у основания V. V12 был популярным дизайном, используемым в Великобритании. В США V16 является обычным для грузовых локомотивов, и есть некоторые конструкции с двигателями V20.

Двигатели, используемые для поездов DMU (дизель с несколькими агрегатами) в Великобритании, часто монтируются под полом пассажирских вагонов. Это ограничивает конструкцию линейными двигателями, которые должны быть установлены на их стороне, чтобы поместиться в ограниченном пространстве.

Необычным двигателем был британский локомотив класса 55 мощностью 3300 л.с., цилиндры которого были расположены в виде трех противоположных треугольников в форме перевернутой дельты, отсюда и название «Deltic».

Тяговое усилие, тяга и сила

Прежде чем идти слишком далеко, мы должны понять определения тягового усилия, тяги дышла и силы. Определение тягового усилия (TE) — это просто сила, действующая на обод колеса локомотива, и обычно выражается в фунтах (фунтах) или килограммах Ньютонах (кН). К тому времени, когда тяговое усилие передается на сцепление между локомотивом и поездом, тяга дышла,

Мощность выражается в лошадиных силах (л.с.) или в киловаттах (кВт) и фактически является скоростью выполнения работы. Единица лошадиных сил определяется как работа, выполняемая лошадью, поднимающей 33 000 фунтов на один фут за одну минуту. В метрической системе она рассчитывается как мощность (Вт), необходимая, когда один ньютон силы перемещается на один метр в секунду. Формула имеет вид P = (F * d) / t, где P — сила, F — сила, d — расстояние, а t — время. Одна мощность равна 746 Вт.

Связь между мощностью и тяговым усилием тяги заключается в том, что низкая скорость и высокое тяговое усилие могут создавать такую ​​же мощность, что и высокая скорость и низкое тяговое усилие. Если вам нужно увеличить тяговое усилие и высокую скорость, вам нужно увеличить мощность. Чтобы получить вариации, необходимые локомотиву для работы на железной дороге, необходимо иметь подходящие средства передачи между дизельным двигателем и колесами.

Стоит помнить, что мощность, создаваемая дизельным двигателем, не всегда доступна для тяги. В дизельном электровозе мощностью 2,580 л.с. около 450 л.с. теряется на бортовое оборудование, такое как воздуходувки, вентиляторы радиатора, воздушные компрессоры и «гостиничная мощность» для поезда.

начало

Дизельный двигатель запускается (как автомобиль), поворачивая коленчатый вал, пока цилиндры не «сгорят» или не начнут гореть. Запуск может быть сделан электрически или пневматически. Пневматический запуск использовался для некоторых двигателей. Сжатый воздух закачивался в цилиндры двигателя до тех пор, пока он не набрал достаточную скорость для воспламенения, а затем было подано топливо для запуска двигателя.

Электрический запуск теперь стандарт. Он работает так же, как и для автомобиля, с аккумуляторами, обеспечивающими мощность для запуска стартера, который переворачивает основной двигатель. В старых локомотивах, оснащенных генераторами постоянного тока вместо генераторов переменного тока, генератор использовался в качестве пускового двигателя путем подачи на него аккумулятора.

губернатор

Когда дизельный двигатель работает, частота вращения двигателя контролируется и контролируется с помощью регулятора. Регулятор обеспечивает, чтобы частота вращения двигателя оставалась достаточно высокой для холостого хода на нужной скорости и чтобы частота вращения двигателя не повышалась слишком высоко, когда требуется полная мощность. Губернатор представляет собой простое механическое устройство, которое впервые появилось на паровых двигателях. Он работает на дизельном двигателе, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Схема традиционного регулятора дизельного двигателя. Он состоит из вращающегося вала, приводимого в движение дизельным двигателем. Пара маховиков связана с валом, и они вращаются, когда он вращается. Центробежная сила, вызванная вращением, заставляет утяжелители выбрасываться наружу при увеличении скорости вала. Если скорость падает, веса перемещаются внутрь. Грузоподъемность связана с воротником, прикрепленным вокруг вала парой рук. Когда весы уходят, таким образом, воротник поднимается на шахте. Если груз перемещается внутрь, воротник перемещается вниз по валу. Движение хомута используется для управления рычагом топливной стойки, контролирующим количество топлива, подаваемого в двигатель инжекторами. Современные двигатели используют электронные регуляторы. Диаграмма: Автор. Движение хомута используется для управления рычагом топливной стойки, контролирующим количество топлива, подаваемого в двигатель инжекторами. Современные двигатели используют электронные регуляторы. Диаграмма: Автор. Движение хомута используется для управления рычагом топливной стойки, контролирующим количество топлива, подаваемого в двигатель инжекторами. Современные двигатели используют электронные регуляторы. Диаграмма: Автор.

Впрыск топлива

Воспламенение в дизельном двигателе достигается путем сжатия воздуха внутри цилиндра до тех пор, пока он не станет очень горячим (скажем, 400 ° C, почти 800 ° F), а затем впрыска тонкой струи мазута, чтобы вызвать миниатюрный взрыв. Взрыв заставляет поршень в цилиндре, и это проворачивает коленчатый вал. Чтобы получить мелкодисперсный спрей, необходимый для успешного воспламенения, топливо необходимо закачать в цилиндр под высоким давлением. Топливный насос работает от кулачка, приводимого в движение двигателем.

Контроль топлива

В бензиновом двигателе мощность регулируется количеством смеси топлива и воздуха, подаваемой в цилиндр. Смесь перемешивается снаружи цилиндра, а затем наносится дроссельным клапаном. В дизельном двигателе количество воздуха, подаваемого в цилиндр, является постоянным, поэтому мощность регулируется путем изменения подачи топлива. Тонкое распыление топлива, впрыскиваемого в каждый цилиндр, должно регулироваться для достижения требуемой мощности.

Количество топлива, подаваемого на цилиндры, изменяется путем изменения эффективной скорости подачи поршня в инжекторные насосы. Каждый инжектор имеет свой собственный насос, управляемый кулачком с приводом от двигателя, и насосы выровнены в ряд, так что все они могут быть отрегулированы вместе. Регулировка осуществляется зубчатой ​​рейкой (называемой «топливной рейкой»), действующей на зубчатую часть механизма насоса. Как топливная рейка движется, Таким образом, зубчатая часть насоса вращается и обеспечивает привод для перемещения поршня насоса внутри насоса. Перемещение поршня вокруг, изменяет размер канала, доступного внутри насоса, чтобы топливо проходило через нагнетательную трубу инжектора.

Топливная рейка может перемещаться либо водителем, управляющим регулятором мощности в кабине, либо регулятором. Если водитель просит больше мощности, тяга управления перемещает топливную стойку, чтобы установить поршни насоса, чтобы дать больше топлива инжекторам. Двигатель увеличит мощность, и регулятор будет контролировать частоту вращения двигателя, чтобы убедиться, что она не превышает заданный предел. Пределы фиксируются пружинами (не показаны), ограничивающими движение веса.

Разработка системы управления двигателем

До сих пор мы видели простой пример управления дизельным двигателем, но системы, используемые большинством локомотивов, эксплуатируемых сегодня, более сложные. Начнем с того, что управление водителями было объединено с губернатором, и было введено гидравлическое управление. В регуляторе одного типа используется масло для гидравлического управления топливными стойками, а в другом — топливо, закачиваемое шестеренчатым насосом, приводимым в движение двигателем. Некоторые регуляторы также связаны с системой турбонаддува, чтобы гарантировать, что топливо не увеличивается, пока не будет достаточно воздуха с турбонаддувом. В современных системах регулятор является электронным и является частью полной системы управления двигателем.

Управление питанием

Дизельный двигатель в дизель-электрическом локомотиве обеспечивает привод главного генератора, который, в свою очередь, обеспечивает мощность, необходимую для тяговых двигателей. Отсюда видно, что мощность, требуемая от дизельного двигателя, связана с мощностью, необходимой для двигателей. Таким образом, если мы хотим получить больше мощности от двигателей, мы должны получать больше тока от генератора переменного тока, поэтому двигатель должен работать быстрее для его генерации. Следовательно,

Во времена генераторов была разработана сложная электромеханическая система для обеспечения обратной связи, необходимой для регулирования скорости двигателя в соответствии с потребностями генератора. Ядром системы был регулятор нагрузки, в основном переменный резистор, который использовался для возбуждения генератора, чтобы его выходная мощность соответствовала частоте вращения двигателя. Контрольная последовательность (упрощенная) была следующей:

1. Водитель перемещает регулятор мощности в положение полной мощности.
2. Пневматический поршень, приводимый в действие контроллером, перемещает рычаг, который замыкает переключатель для подачи низкого напряжения на двигатель регулятора нагрузки.
3. Двигатель регулятора нагрузки перемещает переменный резистор для увеличения напряженности поля основного генератора и, следовательно, его мощности.
4. Нагрузка на двигатель увеличивается, поэтому его скорость падает, и регулятор определяет пониженную скорость.
5. Масса регулятора падает и приводит в действие сервосистему топливной стойки.
6. Топливная рейка перемещается для увеличения топлива, подаваемого в инжекторы, и, следовательно, мощности от двигателя.
7. Рычаг (упомянутый в 2 выше) используется для уменьшения давления пружины регулятора.
8. Когда двигатель отреагирует на новые настройки регулятора и регулятора, он и генератор будут вырабатывать больше энергии.

На локомотивах с генератором переменного тока регулирование нагрузки осуществляется в электронном виде. Частота вращения двигателя измеряется, как современные спидометры, путем подсчета частоты зубчатых колес, приводимых в движение двигателем, в данном случае — зубчатым колесом стартера. Электрический контроль впрыска топлива является еще одним усовершенствованием, которое в настоящее время применяется для современных двигателей. Перегревом можно управлять с помощью электронного контроля температуры охлаждающей жидкости и соответствующей регулировки мощности двигателя.

Охлаждение

Подобно автомобильному двигателю, дизельный двигатель должен работать при оптимальной температуре для лучшей эффективности. Когда он начинается, он слишком холодный, и при работе нельзя допускать его слишком горячего нагрева. Для поддержания стабильной температуры предусмотрена система охлаждения. Он состоит из охлаждающей жидкости на водной основе, циркулирующей вокруг блока двигателя, охлаждающая жидкость остается холодной, пропуская ее через радиатор.

Охлаждающая жидкость прокачивается вокруг блока цилиндров и радиатора с помощью насоса с электрическим или ременным приводом. Температура контролируется термостатом, и он регулирует скорость (электрического или гидравлического) двигателя вентилятора радиатора для регулировки скорости охлаждения. При запуске охлаждающая жидкость вообще не циркулирует. После всего, Вы хотите, чтобы температура начиналась как можно быстрее при запуске холодным утром, и этого не произойдет, если вы дуете холодный воздух в радиатор. Некоторые радиаторы оснащены жалюзи, чтобы помочь регулировать температуру в холодных условиях.

Если вентилятор приводится в движение ремнем или механической связью, он приводится в движение через жидкостную муфту, чтобы не повредить внезапные изменения частоты вращения двигателя. Вентилятор работает так же, как и в автомобиле: воздух, подаваемый вентилятором, используется для охлаждения воды в радиаторе. Некоторые двигатели имеют вентиляторы с электрическим или гидростатическим двигателем. Гидравлический двигатель использует масло под давлением, которое должно содержаться в специальном резервуаре и перекачиваться в двигатель. Преимущество этого заключается в обеспечении встроенной гидравлической муфты.

Проблема с охлаждением двигателя — холодная погода. Вода замерзает при 0 ° C или 32 ° F, и замерзшая охлаждающая вода быстро расколоть трубу или блок двигателя из-за расширения воды при замерзании. Некоторые системы «самоосушаются», когда двигатель останавливается, и большинство в Европе рассчитано на использование смеси антифриза с гинколем и некоторой формой ингибитора ржавчины. В США двигатели обычно не содержат антифриза, хотя новый GM EMD «H» двигатели предназначены для его использования. Проблемы с утечками и уплотнениями, а также расходы на заправку 100 галлонов (378,5 литров) охлаждающей жидкости в двигатель мощностью 3000 л.с. означают, что двигатели в США традиционно работают без него. В холодную погоду двигатель оставляют включенным или локомотив согревают, помещая его в отапливаемое здание или подключая к берегу.

смазывание

Как и автомобильный двигатель, дизельный двигатель нуждается в смазке. В устройстве, аналогичном системе охлаждения двигателя, смазочное масло распределяется вокруг двигателя на цилиндры, коленчатый вал и другие движущиеся части. В отстойнике обычно находится резервуар для масла, который необходимо доливать, и насос, чтобы масло равномерно циркулировало вокруг двигателя. Масло нагревается при прохождении вокруг двигателя и должно быть охлажденным, поэтому он проходит через радиатор во время своего путешествия. Радиатор иногда выполнен в виде теплообменн