我國內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帶來質的飛越。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以及交流傳統技術還不夠先進，存在一定的技術瓶頸，難以滿足貨運專列的技術要求。因此，開展內燃機車傳統方式研究，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生活需求。

1 我國開展內燃機車傳動方式研究的必要性

為了促使鐵路運輸事業的進一步發展，就需要從機車的牽引方面入手，加強內燃機車的傳動方式研究。通常情況下，內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，內燃機車從穩定性以及牽引力方面都有比較大的優勢，內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保持相對較快的速度，這些都是內燃機車的優勢。從這一點上分析，內燃機車更為適應我國鐵路運輸事業。從內部結構進行分析，內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，因為在柴油燃燒轉化為機械能的過程中，所產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，我國內燃機車傳動方式技術開始的時間比較晚，發展的時間也相對較短。現在與他們相比，在內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，鐵路運輸系統占據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，已經成為運輸行業中被廣泛應用的方式了。從運輸內容上分析，鐵路運輸不僅承擔著各類農資、煤炭、木材等的運輸，還承擔著汽車以及各類機械設備的運輸，這些物品無論是從質量上還是從體積上都是比較大的，采用鐵路運輸的方式可以更好的完成運輸任務。此外在涉及到國家安全的軍事物品調運上，鐵路運輸也發揮著重要的作用。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備的運輸要求，只有充分的發揮內燃機車的傳動方式研究才能實現。由此可知，開展內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濟和鞏固國防的要求。

2 內燃機車傳動方式分類

（1）機械傳動：此種方式結構簡單、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用。（2）液力傳動：此種方式的內燃機車重量較輕，且牽引性能比較占優勢，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。液力傳動內燃機車構造圖如圖1。（3）電傳動：此種方式根據牽引發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，交流電傳動內燃機車因其牽引性能好、效率高、造價低廉、設施簡單、運行可靠等優點被廣泛應用。東風4DJ型客貨運內燃機車，是我國第一種應用交流電傳動技術的鐵路干線內燃機車。傳動裝置應用西門子公司的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，國內正在運營使用的電傳動內燃機車主要有東風系列、和諧系列和和諧長城號。圖2為一臺典型交流傳動內燃機車的系統框圖。

圖1 液力傳動內燃機車構造圖

圖2 交流傳動內燃機車系統框圖

通過對這3種傳動方式進行分析并結合大量的實踐數據，交流傳動方式是目前應用最為廣泛的內燃機車傳動方式。

3 內燃機車交流傳動概述

內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備組成的，用以實現柴油機同動輪之間動力的轉換和傳遞，這個環節是一個速比可變的環節，這個裝置也就是內燃機車的傳動裝置。經過科學技術水平的不斷發展，內燃機車的傳動方式已經從最早的液壓式、機械式轉化為電力式。

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提升、功率特性軟和調頻范圍較小的缺點，因此，在機車的牽引傳動系統中還是廣泛的采用變頻方式的交流電傳動。內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。這樣可以確保內燃機車無論是在啟動過程中還是調速過程中都能獲得較為穩定的狀態，避免功率產生較大的變化。采用交流-交流的傳動方式省略掉了中間的直流環節，利用變頻裝置產生交流電來滿足牽引電動機。但是所產生的電流頻率卻是只有變頻前的1/3，因此對交流發電機的要求較高，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，也不會受到發動機交流電頻率的影響。所以能夠有效的實現交流牽引電動機的三相電源自由的平滑調節。比如HXN3型、HXN5型交流傳動內燃機車。

4 我國內燃機車交流傳動控制系統

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

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

5 結語

內燃機車的傳動方式是發揮機車牽引性能的重要環節，所涉及的科學領域以及知識內容都非常的復雜。同時，也有著較高的技術要求，需要進行重點的研究來提升我國內燃機車的裝備制造水平，確保鐵路運輸事業的進一步發展。

[1]韓小博.內燃機車交流傳動及控制系統研究[D].大連交通大學,2012.

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

[3]朱建偉. 內燃機車交流傳動系統研究[D].大連交通大學,2010.