我國內(nèi)燃機車傳動方式研究

李小良

（中鐵十六局集團鐵運工程有限公司，河北 高碑店 074000）

隨著國家對鐵路運輸事業(yè)的支持力度的不斷加強，貨運列車的速度也獲得了較大的提速，運行速度和運行效率得到了極大的提升，特別是貨運專線的成立，也將給鐵路運輸事業(yè)帶來質(zhì)的飛越。對于120KM/H貨運列車的需求量將會明顯提升，而擺在我國鐵路運輸體系中的一個重要問題就是當前的牽引技術(shù)以及交流傳統(tǒng)技術(shù)還不夠先進，存在一定的技術(shù)瓶頸，難以滿足貨運專列的技術(shù)要求。因此，開展內(nèi)燃機車傳統(tǒng)方式研究，不僅能夠有效的提升我國鐵路貨運水平，也能更好的滿足人們的日常生產(chǎn)生活需求。

1 我國開展內(nèi)燃機車傳動方式研究的必要性

為了促使鐵路運輸事業(yè)的進一步發(fā)展，就需要從機車的牽引方面入手，加強內(nèi)燃機車的傳動方式研究。通常情況下，內(nèi)燃機車采用柴油燃燒的方式來獲得機械能。同燃氣輪機車相比，內(nèi)燃機車從穩(wěn)定性以及牽引力方面都有比較大的優(yōu)勢，內(nèi)燃機車可以牽引更大重量的貨物，并且能在牽引較重列車的前提下繼續(xù)保持相對較快的速度，這些都是內(nèi)燃機車的優(yōu)勢。從這一點上分析，內(nèi)燃機車更為適應(yīng)我國鐵路運輸事業(yè)。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析，內(nèi)燃機車的傳動部分是整個機車整體中非常重要的部分之一，因為在柴油燃燒轉(zhuǎn)化為機械能的過程中，所產(chǎn)生的機械能并非是直接作用在火車的車輪上，而是需要通過傳動裝置來將能量作用到車輪上。同西方先進國家相比較，我國內(nèi)燃機車傳動方式技術(shù)開始的時間比較晚，發(fā)展的時間也相對較短?，F(xiàn)在與他們相比，在內(nèi)燃機車傳動方式方面還是存在一定差距的。

在我國運輸體系中，鐵路運輸系統(tǒng)占據(jù)著其中非常大的一個比例。除了載重量大外，還具備速度較快的特點，已經(jīng)成為運輸行業(yè)中被廣泛應(yīng)用的方式了。從運輸內(nèi)容上分析，鐵路運輸不僅承擔(dān)著各類農(nóng)資、煤炭、木材等的運輸，還承擔(dān)著汽車以及各類機械設(shè)備的運輸，這些物品無論是從質(zhì)量上還是從體積上都是比較大的，采用鐵路運輸?shù)姆绞娇梢愿玫耐瓿蛇\輸任務(wù)。此外在涉及到國家安全的軍事物品調(diào)運上，鐵路運輸也發(fā)揮著重要的作用。例如不便長途行駛的裝甲坦克以及其他部隊供給品，都是選用鐵路運輸來保障供給。為滿足各類物品及設(shè)備的運輸要求，只有充分的發(fā)揮內(nèi)燃機車的傳動方式研究才能實現(xiàn)。由此可知，開展內(nèi)燃機車傳動方式研究，不僅是提升我國科研水平的要求，更是滿足我國社會經(jīng)濟和鞏固國防的要求。

2 內(nèi)燃機車傳動方式分類

（1）機械傳動：此種方式結(jié)構(gòu)簡單、效率高，缺點是在換擋過程中容易造成功率中斷，這種機車在我國沒有被應(yīng)用。（2）液力傳動：此種方式的內(nèi)燃機車重量較輕，且牽引性能比較占優(yōu)勢，但在使用過程中也會有一些缺點，比如平均效率較低。北京型和東方紅系列機車均為液力傳動機車。液力傳動內(nèi)燃機車構(gòu)造圖如圖1。（3）電傳動：此種方式根據(jù)牽引發(fā)電機和牽引電動機電機所用的電流進行分類，又可分為直流電傳動和交流電傳動兩種。其中，交流電傳動內(nèi)燃機車因其牽引性能好、效率高、造價低廉、設(shè)施簡單、運行可靠等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。東風(fēng)4DJ型客貨運內(nèi)燃機車，是我國第一種應(yīng)用交流電傳動技術(shù)的鐵路干線內(nèi)燃機車。傳動裝置應(yīng)用西門子公司的IGBT功率元件的變流器、ITB2630型交流異步牽引電動機和SIBAS32微機控制裝置。目前，國內(nèi)正在運營使用的電傳動內(nèi)燃機車主要有東風(fēng)系列、和諧系列和和諧長城號。圖2為一臺典型交流傳動內(nèi)燃機車的系統(tǒng)框圖。

圖1 液力傳動內(nèi)燃機車構(gòu)造圖

圖2 交流傳動內(nèi)燃機車系統(tǒng)框圖

通過對這3種傳動方式進行分析并結(jié)合大量的實踐數(shù)據(jù)，交流傳動方式是目前應(yīng)用最為廣泛的內(nèi)燃機車傳動方式。

3 內(nèi)燃機車交流傳動概述

內(nèi)燃機車是以柴油機作為原動機的，通過動力裝置來將柴油機產(chǎn)生的動力作用到車輪上，以此來保障機車的正常運行。所以說，這套裝置對于內(nèi)燃機車有著非常重要的作用。通常情況下，這套裝置是由電氣設(shè)備組成的，用以實現(xiàn)柴油機同動輪之間動力的轉(zhuǎn)換和傳遞，這個環(huán)節(jié)是一個速比可變的環(huán)節(jié)，這個裝置也就是內(nèi)燃機車的傳動裝置。經(jīng)過科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，內(nèi)燃機車的傳動方式已經(jīng)從最早的液壓式、機械式轉(zhuǎn)化為電力式。

在當前形勢下，直流電傳動在運用過程中存在著電動機功率難以持續(xù)提升、功率特性軟和調(diào)頻范圍較小的缺點，因此，在機車的牽引傳動系統(tǒng)中還是廣泛的采用變頻方式的交流電傳動。內(nèi)燃機車的交流傳動方式又可以分為交流-直流-交流和交流-交流兩種方式。這樣可以確保內(nèi)燃機車無論是在啟動過程中還是調(diào)速過程中都能獲得較為穩(wěn)定的狀態(tài)，避免功率產(chǎn)生較大的變化。采用交流-交流的傳動方式省略掉了中間的直流環(huán)節(jié)，利用變頻裝置產(chǎn)生交流電來滿足牽引電動機。但是所產(chǎn)生的電流頻率卻是只有變頻前的1/3，因此對交流發(fā)電機的要求較高，由于存在這一弊端，這種方式并不適合于中低速的內(nèi)燃機車。與交流-交流電傳動相比，交流-直流-交流傳動，是中間存在一個直流環(huán)境的交流電傳動，傳動裝置的輸出頻率并不受其他部分的影響，也不會受到發(fā)動機交流電頻率的影響。所以能夠有效的實現(xiàn)交流牽引電動機的三相電源自由的平滑調(diào)節(jié)。比如HXN3型、HXN5型交流傳動內(nèi)燃機車。

4 我國內(nèi)燃機車交流傳動控制系統(tǒng)

內(nèi)燃機車的交流傳動系統(tǒng)對于真?zhèn)€內(nèi)燃機車有著非常重要的作用，通過對內(nèi)燃機車交流傳動的微機控制可以實現(xiàn)對內(nèi)燃機車的有效控制。一般情況下，內(nèi)燃機車的微機控制系統(tǒng)包括機車特性控制、變流以及人機界面，能夠有效的增加內(nèi)燃機車控制的安全性。

（1）內(nèi)燃機車交流傳動微機控制系統(tǒng)的功能 。從全局進行考慮，內(nèi)燃機車交流傳動微機控制系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了對于機車運行過程的全面掌控，監(jiān)測并掌控柴油發(fā)動機的速度以及溫度等。這樣能夠確保柴油發(fā)動機工作的安全性和穩(wěn)定性，從而避免因此造成的安全事故的出現(xiàn)。同時，內(nèi)燃機車交流傳動微機控制系統(tǒng)可以通過對柴油的噴射進行控制，也能夠保障牽引發(fā)動機的功率，使之處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。（2）交流主傳動系統(tǒng) 。在內(nèi)燃機車中，交流傳動系統(tǒng)主要包括兩種：分別為主傳動系統(tǒng)和輔助傳動系統(tǒng)。從主要作用上進行分析，主傳動系統(tǒng)不僅可以保障柴油機的功率獲得完美的發(fā)揮，還能夠有效的保障內(nèi)燃機車的性能。從作用方面進行分析，內(nèi)燃機車交流主傳動系統(tǒng)其最主要的任務(wù)就是對機車內(nèi)的能量變化進行控制，并對能量的流動進行控制，確保內(nèi)燃機車能夠安全穩(wěn)定運行。（3）交流輔助傳動系統(tǒng) 。在內(nèi)燃機車傳動系統(tǒng)中，除主傳動系統(tǒng)外，輔助傳動系統(tǒng)也發(fā)揮著重要的作用。從字面上分析可以得出，輔助傳動系統(tǒng)是需要輔助發(fā)電機來確保順利完成的。一方面，輔助發(fā)電機是需要對主發(fā)動機負責(zé)的。另一方面，輔助發(fā)電機供應(yīng)電能給其他的輔助設(shè)備。從作用原理上進行分析，輔助傳動系統(tǒng)中，輔助發(fā)電機內(nèi)部存在兩組線圈，一組采取中間抽頭的方式，能夠確保產(chǎn)生另個不同等級的電壓，以此來滿足內(nèi)燃機車內(nèi)部不同部件不同電壓的需求，主要提供三相電源來供應(yīng)內(nèi)燃機車冷卻系統(tǒng)以及其他的輔助機械等。此外還可以促進主發(fā)電機的勵磁斬波器能夠給主發(fā)電機提供勵磁；另外一組線圈則將輔助電源側(cè)通過電源的變流器輸出額定電壓的電能，提供給內(nèi)燃機車蓄電池及控制系統(tǒng)用電。

5 結(jié)語

內(nèi)燃機車的傳動方式是發(fā)揮機車牽引性能的重要環(huán)節(jié)，所涉及的科學(xué)領(lǐng)域以及知識內(nèi)容都非常的復(fù)雜。同時，也有著較高的技術(shù)要求，需要進行重點的研究來提升我國內(nèi)燃機車的裝備制造水平，確保鐵路運輸事業(yè)的進一步發(fā)展。

[1]韓小博.內(nèi)燃機車交流傳動及控制系統(tǒng)研究[D].大連交通大學(xué),2012.

[2]張江偉.基于RCM的HXD1C型電力機車維修系統(tǒng)研究[D].中國鐵道科學(xué)研究院,2015.

[3]朱建偉. 內(nèi)燃機車交流傳動系統(tǒng)研究[D].大連交通大學(xué),2010.