內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)及控制系統(tǒng)研究

高天崗

摘要：我國(guó)的鐵路運(yùn)輸事業(yè)正在高速發(fā)展，而鐵路運(yùn)輸事業(yè)的高速發(fā)展與機(jī)車牽引系統(tǒng)的發(fā)展是密切相關(guān)的。內(nèi)燃機(jī)車的交流傳動(dòng)部分及控制系統(tǒng)是兩個(gè)非常重要的部分，內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)部分和控制系統(tǒng)的發(fā)展將使得鐵路運(yùn)輸更加快捷。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)車；交流傳動(dòng)；控制系統(tǒng)

前言：

內(nèi)燃機(jī)車指的是以內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，并通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪的機(jī)車。可以根據(jù)機(jī)車內(nèi)燃機(jī)的種類將內(nèi)燃機(jī)分為柴油機(jī)車和燃?xì)廨啓C(jī)車，我國(guó)最常見的是柴油機(jī)車，所以在我國(guó)的內(nèi)燃機(jī)車指的就是柴油機(jī)車。燃?xì)廨啓C(jī)車的效率比柴油機(jī)車要小，而且所需的成本較高，所以我國(guó)鐵路多是采用柴油機(jī)車，柴油在氣缸內(nèi)燃燒，然后將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，但是機(jī)械能并沒有直接作用于車輪，而是通過傳動(dòng)裝置來使得機(jī)車獲得足夠的機(jī)械能，進(jìn)而使得機(jī)車在軌道上行駛。內(nèi)燃機(jī)車的兩個(gè)重要部分就是傳動(dòng)裝置和控制裝置，傳動(dòng)裝置將柴油燃燒所獲得的機(jī)械能作用于車輪上，并使得車輪向前移動(dòng)?？刂蒲b置則是控制機(jī)車的行駛速度、方向以及停車的設(shè)備，控制裝置主要是保障機(jī)車的安全運(yùn)行。本文將講述交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的結(jié)構(gòu)，這其中包括了交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的傳動(dòng)方式的發(fā)展過程。然后便詳述內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)及控制系統(tǒng)。

1.我國(guó)發(fā)展交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的必要性

我國(guó)的鐵路運(yùn)輸事業(yè)正在以較快的速度發(fā)展著，鐵路運(yùn)輸事業(yè)的高速發(fā)展就需要機(jī)車有更好的效能，要使得機(jī)車能牽引沉重的列車并且能夠?qū)⒘熊囕^快的提速。內(nèi)燃機(jī)車主要是燃燒柴油來獲取足夠的機(jī)械能，內(nèi)燃機(jī)車相比于燃?xì)廨啓C(jī)車而言有著更好的穩(wěn)定性，而且內(nèi)燃機(jī)車所能夠牽引的貨物重量也非常大[1]，并能夠在牽引較重列車的情況下提升到較快的速度。內(nèi)燃機(jī)車更加適合我國(guó)鐵路運(yùn)輸緩慢的情況，內(nèi)燃機(jī)車的傳動(dòng)部分是相對(duì)重要的部分，因?yàn)椴裼腿紵D(zhuǎn)化的機(jī)械能并不是直接作用與車輪上，而是需要通過傳動(dòng)裝置來作用與車輪。我國(guó)的交流傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的較晚，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車有著較大的差距。交流牽引電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)單、重量小而且可靠性極高，在很大程度上提高了內(nèi)燃機(jī)車的牽引性能。

我國(guó)的鐵路運(yùn)輸承擔(dān)著總運(yùn)輸?shù)暮艽笠徊糠?，鐵路運(yùn)輸?shù)呢?fù)重多，速度快，是我國(guó)運(yùn)輸行業(yè)中廣泛選用的工具。鐵路運(yùn)輸承擔(dān)著農(nóng)資、煤炭、汽油、柴油、汽車以及大型機(jī)械的運(yùn)輸，這些物品的體積大質(zhì)量重，只有依靠鐵路進(jìn)行運(yùn)輸。而且鐵路運(yùn)輸還承擔(dān)著部分軍事物品的調(diào)運(yùn)，例如可以使得裝甲坦克長(zhǎng)途大規(guī)模機(jī)動(dòng)，而且為部隊(duì)提供足夠的供給。為了滿足上述的要求只有靠發(fā)展內(nèi)燃機(jī)車的交流傳動(dòng)才有可能實(shí)現(xiàn)，因此發(fā)展交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和軍事用途是非常有必要的。

2.交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的結(jié)構(gòu)

內(nèi)燃機(jī)車主要是利用柴油燃燒所產(chǎn)生的機(jī)械能來使得牽引發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，牽引發(fā)電機(jī)向機(jī)車上的每臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)供電，牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)才使得機(jī)車的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)車電力傳動(dòng)裝置中的牽引發(fā)電機(jī)和牽引電動(dòng)機(jī)是兩個(gè)非常重要的裝置[2]，但是牽引發(fā)電機(jī)和牽引電動(dòng)機(jī)的電流不相同，本文主要介紹內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)。

2.1.內(nèi)燃機(jī)車交流電力傳動(dòng)

交流電力傳動(dòng)指的是牽引發(fā)電機(jī)和牽引電動(dòng)機(jī)都采用的交流電，直流電機(jī)雖然能夠較穩(wěn)定的進(jìn)行速度的控制，需要增加換向器，并且直流電機(jī)所耗費(fèi)的材料較多、易發(fā)生故障，所以一般不采用直流電機(jī)。內(nèi)燃機(jī)車交流電力傳動(dòng)不需要增加換向器，所以故障的發(fā)生率就非常低，交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比直流電機(jī)簡(jiǎn)單，而且比直流電機(jī)運(yùn)行的更加穩(wěn)定。交流電機(jī)可以使得柴油的效率得到最大化，因?yàn)榻涣鱾鲃?dòng)內(nèi)燃機(jī)車能夠較少的空轉(zhuǎn)，所以內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)可以最大限度的提高柴油利用率。

2.2.內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)的變頻方式

內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)的變頻方式主要是交流-直流-交流和交流-交流兩種方式，交流—直流-交流的傳動(dòng)方式可以使得機(jī)車在啟動(dòng)過程和調(diào)速的過程中都能夠穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，不會(huì)產(chǎn)生較大的變化。交流-交流的傳動(dòng)方式?jīng)]有直流的環(huán)節(jié)，其是利用變頻裝置變頻之后來獲得相應(yīng)的交流電，從而來滿足交流牽引電動(dòng)機(jī)的要求[3]。但是通過變頻裝置出來的電流頻率只有變頻之前的三分之一，這就需要交流發(fā)電機(jī)有較高的頻率。交流-交流的傳動(dòng)方式不適合中低速的內(nèi)燃機(jī)車，因?yàn)橹械退俚膬?nèi)燃機(jī)車的交流牽引發(fā)電機(jī)無法得到高頻的交流電。

2.3.內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)的組成部分

內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)需要柴油機(jī)、交流牽引發(fā)電機(jī)、整流器、逆變器以及交流牽引電動(dòng)機(jī)，這些部分都是由控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的。

3.內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)

內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)內(nèi)燃機(jī)車都有著非常重要的意義，通過內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)機(jī)車的微機(jī)控制技術(shù)可以對(duì)機(jī)車進(jìn)行完善的控制。微機(jī)控制系統(tǒng)控制的包括機(jī)車、變流以及人際界面，內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)可以使得機(jī)車的運(yùn)行變得有條不紊，而且微機(jī)控制系統(tǒng)可以能夠最大限度的增加機(jī)車控制的可靠性。

3.1.內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)微機(jī)控制系統(tǒng)的功能

內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)微機(jī)控制系統(tǒng)控制了機(jī)車的全部運(yùn)行過程。內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)微機(jī)控制系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)到柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、壓力以及溫度，這樣的話可以及時(shí)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行有效的控制，避免安全事故的發(fā)生[4]。另外內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)發(fā)電機(jī)采用的是電子噴射技術(shù)，而微機(jī)控制系統(tǒng)可以控制柴油的噴射，這樣的話能夠保證牽引發(fā)電機(jī)功率的穩(wěn)定性。

3.2.柴油機(jī)電子噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)今國(guó)內(nèi)控制內(nèi)燃機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是由液壓式調(diào)速器進(jìn)行控制的，液壓式調(diào)速器的效果非常好，但是反應(yīng)較慢。而電子噴射系統(tǒng)可以對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行穩(wěn)定的控制，并且直接控制柴油噴射的開關(guān)。其主要優(yōu)點(diǎn)是降低了柴油的消耗率、降低了柴油燃燒尾氣的排放量、避免故障的發(fā)生以及改善了控制的精準(zhǔn)度。

內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)必然會(huì)使得我國(guó)鐵路運(yùn)輸速率大幅度提高，而且還加大了鐵路運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓小博；內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)及控制系統(tǒng)研究[D]；中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)；2011-12-20

[2]朱建偉；內(nèi)燃機(jī)車交流傳動(dòng)系統(tǒng)研究[D]；大連交通大學(xué)；2010-06-13

[3]張東方 肖功彬 周少云；SDA1型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]；機(jī)車電傳動(dòng)；2013-07-10

[4]楊德萍 孟玉發(fā) 廖忠文；列尾裝置集成控制系統(tǒng)在SDA1型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的應(yīng)用研究[J]；鐵道機(jī)車車輛；2012-10-25