地鐵電力工程車與內(nèi)燃機(jī)車對比分析

甘寧

摘 要：本文主要分析了地鐵電力工程車與內(nèi)燃機(jī)車的功能和特點，重點分析了兩者在應(yīng)用和技術(shù)上的對比。通過對地鐵電力工程車與內(nèi)燃機(jī)車的對比研究，可以進(jìn)一步提高地鐵電力工程車的運行和管理效率。

關(guān)鍵詞：地鐵電力工程車；內(nèi)燃機(jī)車；對比

1.地鐵電力工程車和內(nèi)燃機(jī)車概述

內(nèi)燃機(jī)車是一種以柴油機(jī)為原動機(jī)的鐵路機(jī)車。已經(jīng)開發(fā)了幾種類型的內(nèi)燃機(jī)車，主要不同之處在于將機(jī)械動力傳送到驅(qū)動輪（駕駛員）的方式。

早期內(nèi)燃機(jī)車和軌道車使用煤油和汽油作為燃料。在內(nèi)燃機(jī)車的應(yīng)用中，輸電是一個主要問題。與蒸汽發(fā)動機(jī)和電動發(fā)動機(jī)不同，內(nèi)燃機(jī)僅在有限的轉(zhuǎn)動頻率范圍內(nèi)有效地工作。在輕型車輛中，這可以通過離合器來克服。在重型鐵路車輛中，機(jī)械傳動裝置從未運轉(zhuǎn)良好或過早磨損。早期汽油動力機(jī)車和軌道車的經(jīng)驗對發(fā)展柴油牽引很有價值。向柴油-電力傳輸邁進(jìn)的一步是汽油-電動汽車，如Acsev Weitzer軌道電機(jī)，它也可以用電池和架空電線操作。

柴油設(shè)計的不斷改進(jìn)逐漸縮小了內(nèi)燃機(jī)車的物理尺寸，并提高了它的功率重量比，使它可以安裝在機(jī)車上。柴電傳動概念一經(jīng)接受，發(fā)展速度加快，到1925年，美國已有少量600馬力（450千瓦）的內(nèi)燃機(jī)車投入使用。1930年，英國的阿姆斯特朗·惠特沃思用蘇爾壽設(shè)計的發(fā)動機(jī)向阿根廷布宜諾斯艾利斯南部鐵路公司交付了兩臺1200馬力（890千瓦）的機(jī)車。

到20世紀(jì)50年代中期，隨著第二次世界大戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，許多國家開始生產(chǎn)工程車，內(nèi)燃機(jī)車正逐步成為主導(dǎo)型機(jī)車。它提供了比蒸汽機(jī)車更大的靈活性和性能，并且大大降低了運行和維護(hù)成本，除了由于政策決定而使用電力牽引的地方。蘇聯(lián)TEP80 - 0002型工程車號稱世界工程車車最高時速，1993年10月5日達(dá)到271時速二十五（168英里每小時）。TE10是生產(chǎn)量最大的地鐵工程車系列，機(jī)車總數(shù)不少于8500輛（19183節(jié)機(jī)組）。

圖1 地鐵電力工程車

圖2 內(nèi)燃機(jī)車

2.地鐵電力工程車與內(nèi)燃機(jī)車對比

內(nèi)燃機(jī)車采用柴油發(fā)動。這種類型的變速器通常限于低動力、低速調(diào)車機(jī)車、輕型多單元和自走軌道車。用于地鐵推進(jìn)的機(jī)械傳動裝置通常比標(biāo)準(zhǔn)道路型式更復(fù)雜和堅固得多。在發(fā)動機(jī)和變速箱之間通常有一個液力耦合器，變速箱通常是行星式的，以便在負(fù)載下?lián)Q檔。已經(jīng)設(shè)計了各種系統(tǒng)來最小化換檔期間變速器的斷裂；例如赫德韋爾·克拉克使用的同步自換檔變速箱。柴油推進(jìn)受限于難以建立一個合理尺寸的變速器，能夠應(yīng)對移動重型列車所需的動力和扭矩。

地鐵電力工程車采用電力發(fā)動。在電力機(jī)車中，發(fā)動機(jī)驅(qū)動一個直流發(fā)電機(jī)（一般小于3，000馬力（2，200千瓦）的牽引網(wǎng)）或一個交流發(fā)電機(jī)整流器（一般為3，000馬力（2，200千瓦）或更多的牽引網(wǎng)），其輸出為驅(qū)動機(jī)車的牽引電動機(jī)提供動力。發(fā)動機(jī)和車輪之間沒有機(jī)械連接。

電力推進(jìn)的重要部件是發(fā)動機(jī)（也稱為原動機(jī)）、主發(fā)電機(jī)/交流發(fā)電機(jī)整流器、牽引電動機(jī)（通常有四六個軸）以及由發(fā)動機(jī)調(diào)速器和電氣或電子部件組成的控制系統(tǒng)，這些電氣或電子部件包括開關(guān)設(shè)備、整流器和其他控制或修改牽引電動機(jī)供電的部件。在最基本的情況下，發(fā)電機(jī)可以僅通過非常簡單的開關(guān)設(shè)備直接連接到電動機(jī)。

原來，牽引電機(jī)和發(fā)電機(jī)都是直流電機(jī)。隨著20世紀(jì)60年代大容量硅整流器的發(fā)展，直流發(fā)電機(jī)被交流發(fā)電機(jī)取代，交流發(fā)電機(jī)使用二極管電橋?qū)⑵漭敵鲛D(zhuǎn)換為直流。這一進(jìn)步通過消除發(fā)電機(jī)中的換向器和電刷，大大提高了機(jī)車的可靠性，降低了發(fā)電機(jī)的維護(hù)成本。電刷和換向器的消除又消除了被稱為閃絡(luò)的特別破壞性類型的事件的可能性，這種事件可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)立即故障，并且在某些情況下引發(fā)機(jī)艙火災(zāi)。

目前的做法是四軸用于高速旅客，六軸用于低速貨運。高速貨運服務(wù)中最現(xiàn)代的單元往往在車架下面有六個車軸。與“艙單”服務(wù)不同，高速貨運單元將只有四個軸連接到牽引馬達(dá)，另外兩個軸作為用于重量分配的惰輪軸。

20世紀(jì)80年代后期，大功率變壓變頻（VVVF）驅(qū)動器或“牽引逆變器”的發(fā)展，允許使用多相交流牽引電機(jī)，從而也消除了電機(jī)換向器和電刷。其結(jié)果是一種更高效、更可靠的驅(qū)動器，它需要相對較少的維護(hù)，并且能夠更好地應(yīng)對經(jīng)常損壞老式電機(jī)的過載情況。

地鐵電力工程車的功率輸出與車速無關(guān)，只要不超過機(jī)組的發(fā)電機(jī)電流和電壓限制。因此，機(jī)組產(chǎn)生牽引力的能力（也稱為牽引桿拉力或牽引力，它實際上推動列車）將在這些限制范圍內(nèi)隨速度反向變化。保持可接受的運行參數(shù)是早期內(nèi)燃機(jī)車開發(fā)中必須解決的主要設(shè)計考慮之一，最終導(dǎo)致現(xiàn)代機(jī)組上的復(fù)雜控制系統(tǒng)。

3.結(jié)語

綜上所述，地鐵電力工程車與內(nèi)燃機(jī)車在發(fā)動方式、能量轉(zhuǎn)換形式、運行模式等方面都存在較大的差異。地鐵電力工程車在內(nèi)燃機(jī)車的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了電力控制，從而提升了能量轉(zhuǎn)換效率和運行質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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[2]王麗紅，張?zhí)焱?國內(nèi)地鐵雙能源電力工程車的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景[J].城市軌道交通研究，2014（07）：144-148.

（作者單位：南京地鐵運營有限責(zé)任公司）