Локомотив внутреннего сгорания

Локомотив внутреннего сгорания — это тип железнодорожного локомотива которого вырабатывается , тяговая мощность с помощью двигателя внутреннего сгорания . Эти локомотивы работают за счет сжигания ископаемого топлива , чаще всего нефти или бензина (Великобритания: бензин), для производства вращательной мощности, которая передается на ведущие колеса локомотива с помощью различных механизмов прямой или косвенной передачи. Топливо перевозится на локомотиве.

Бензол

Бензоловые локомотивы оснащены двигателями внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используется бензол . В 1890-х и 1900-х годах работало несколько коммерческих производителей бензольных локомотивов. В конце 1890-х годов компания Deutz произвела успешный локомотив на основе прототипа марганцевого рудника в Гиссене . ^{[ 1 ]} В начале 1900-х годов Оберурзель из Франкфурта продавал локомотивы для горнодобывающих и туннельных работ. ^{[ 2 ]} После 1900-х годов они не получили широкого распространения, их вытеснили бензиновые и дизельные локомотивы.

Керосин

Керосиновые локомотивы используют керосин в качестве топлива . Это были первые в мире нефтяные локомотивы, на несколько лет опередившие дизельные и другие нефтяные локомотивы.

Первым известным керосиновым железнодорожным транспортным средством был дрейзин, построенный Готлибом Даймлером в 1887 году. ^{[ 3 ]} но технически это не был локомотив, поскольку он нес полезную нагрузку.

Керосиновый локомотив был построен в 1894 году братьями Пристман из Кингстон-апон-Халл для использования в доках Халла . Этот локомотив был построен с использованием судового двигателя двойного действия мощностью 12 л.с., работающего при частоте вращения 300 об/мин, установленного на четырехколесном шасси вагона. Из-за своей низкой мощности он мог перевозить только один груженый вагон за раз, и не имел большого успеха. ^{[ 4 ]} Первым успешным керосиновым локомотивом был «Lachesis», построенный компанией Richard Hornsby & Sons Ltd. и доставленный на железную дорогу Вулидж-Арсенал в 1896 году. В период с 1896 по 1903 год компания построила серию керосиновых локомотивов для использования британскими военными.

Нафталин

Бензин

Бензиновые локомотивы (США: бензиновые локомотивы) используют бензин в качестве топлива. Первым коммерчески успешным бензиновым локомотивом стал бензино-механический локомотив, построенный компанией Maudslay Motor Company в 1902 году для Дептфордского рынка крупного рогатого скота в Лондоне . Это был локомотив мощностью 80 л.с. с 3-цилиндровым вертикальным бензиновым двигателем и двухступенчатой механической коробкой передач. Второй локомотив был построен футбольным клубом Блейком из Кью в январе 1903 года для Главного управления канализации Ричмонда . ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 4 ]}

Хотя до 1914 года было построено несколько единичных и небольших классов бензиновых локомотивов, именно Первая мировая война ознаменовала появление локомотивов серийного производства. В 1916 году компания «Мотор Рейл» начала производство своих бензиновых локомотивов «Симплекс», с моторами мощностью 20-40 л.с. и четырехколесной механической трансмиссией на 600 мм ( 1 фут 11 + 5/8 дюйма Западном ) колеи траншейных железных дорог на фронте . ^{[ 7 ]} Военное министерство также заказало большие бензино-электрические локомотивы у Dick, Kerr & Co. и British Westinghouse 4JO мощностью 45 л.с., , в которых использовался четырехцилиндровый бензиновый двигатель Dorman приводивший в движение генератор постоянного тока мощностью 30 кВт при 1000 об/мин. ^{[ 8 ]} Всего на вооружении союзных войск находились 1216 бензино-механических и 42 бензино-электрических локомотива . Многие из этих бензовозов были распроданы как излишки после окончания боевых действий и нашли работу на небольших промышленных железных дорогах. Motor Rail продолжала разрабатывать, производить и совершенствовать конструкцию в течение нескольких десятилетий. ^{[ 7 ]}

Бензин-механический

Самый распространенный тип ^{[ нужна ссылка ]} К бензиновым локомотивам относятся бензино-механические локомотивы , в которых используется механическая передача . Самые ранние образцы этих локомотивов использовали пластину или конус. ^{[ 9 ]} сцепление и механическая коробка передач, приводящая главную ось либо напрямую, ^{[ 10 ]} через цепную передачу ^{[ 7 ]} или использовать конические шестерни . ^{[ 11 ]}

Бензин-электрический

Бензоэлектрические локомотивы — это бензиновые локомотивы, в которых используется электрическая трансмиссия для передачи выходной мощности двигателя на ведущие колеса. Это позволяет избежать необходимости в коробках передач за счет преобразования вращательной механической силы двигателя в электрическую энергию с помощью динамо-машины , а затем приводит в движение колеса с помощью многоскоростных электротяговых двигателей . Это обеспечивает более плавное ускорение, поскольку позволяет избежать необходимости переключения передач, а выходную мощность можно разделить между несколькими двигателями, что обеспечивает лучший контроль тяги. Однако генерирующее оборудование дороже, тяжелее и зачастую сложнее в обслуживании, чем механическая трансмиссия. ^{[ 12 ]}

Дизель

Тепловозы приводятся в движение дизельными двигателями . На заре развития дизельных двигателей с разной степенью успеха использовались различные системы трансмиссии, причем наиболее популярной оказалась электрическая трансмиссия.

Дизель-механический

Схематическое изображение дизель-механического локомотива.

Дизель-механический локомотив использует механическую трансмиссию для передачи мощности на колеса. Этот тип трансмиссии обычно ограничивается маломощными, тихоходными маневровыми (переключательными) локомотивами , легкими моторвагонами и самоходными вагонами . Первые тепловозы были дизель-механическими.

Механические трансмиссии, используемые для движения железных дорог, как правило, более сложны и гораздо более надежны, чем стандартные автомобильные версии. Обычно имеется гидромуфта между двигателем и коробкой передач , а коробка передач часто бывает эпициклического (планетарного) типа, позволяющая переключать передачи под нагрузкой. Были разработаны различные системы, позволяющие свести к минимуму перерывы в трансмиссии при переключении передач; например, коробка передач SSS (синхронно-самопереключающаяся), используемая Hudswell Clarke . Дизельно-механическая силовая установка ограничена сложностью создания трансмиссии разумного размера, способной справиться с мощностью и крутящим моментом, необходимыми для перемещения тяжелого поезда.

В 1906 году Рудольф Дизель , Адольф Клозе и производитель паровых и дизельных двигателей Gebrüder Sulzer основали компанию Diesel-Sulzer-Klose GmbH для производства дизельных локомотивов. Прусские государственные железные дороги заказали у компании тепловоз в 1909 году. Первый в мире тепловоз (дизель-механический локомотив) эксплуатировался летом 1912 года на железной дороге Винтертур – Романсхорн в Швейцарии, но коммерческого успеха не имел. . ^{[ 13 ]} Вес локомотива составлял 95 тонн, мощность - 883 кВт, максимальная скорость - 100 км/ч. ^{[ 14 ]} До середины 1920-х годов в ряде стран производилось небольшое количество прототипов тепловозов.

Дизель-электрический

Дизель-электрические локомотивы — тепловозы, использующие электрическую передачу. В этой схеме дизельный двигатель приводит в движение либо электрический генератор постоянного тока (обычно менее 3000 лошадиных сил (2200 кВт) для тяги), либо электрический генератор-выпрямитель переменного тока (обычно 3000 лошадиных сил (2200 кВт) для тяги). , выход которого обеспечивает питание тяговых двигателей , приводящих в движение локомотив. Механической связи между дизелем и колесами нет. Подавляющее большинство тепловозов сегодня являются дизель-электрическими.

Важными компонентами дизель-электрической силовой установки являются дизельный двигатель (также известный как первичный двигатель ), главный генератор/генератор-выпрямитель, тяговые двигатели (обычно с четырьмя или шестью осями) и система управления, состоящая из регулятора двигателя и электрические или электронные компоненты, включая распределительные устройства , выпрямители и другие компоненты, которые контролируют или изменяют электропитание тяговых двигателей. В простейшем случае генератор можно напрямую подключить к двигателям с помощью очень простого распределительного устройства.

Первоначально тяговые двигатели и генератор представляли собой машины постоянного тока . После разработки кремниевых выпрямителей большой мощности в 1960-х годах генератор постоянного тока был заменен генератором переменного тока с использованием диодного моста для преобразования его выходного сигнала в постоянный ток. Это достижение значительно повысило надежность локомотива и снизило затраты на техническое обслуживание генератора за счет исключения коллектора и щеток в генераторе. Устранение щеток и коллектора, в свою очередь, устранило возможность особо разрушительного события, называемого пробоем , которое могло привести к немедленному выходу из строя генератора и, в некоторых случаях, к пожару в машинном отделении.

В конце 1980-х годов разработка мощных приводов с регулируемой частотой и переменным напряжением (VVVF), или «тяговых инверторов», позволила использовать тяговые двигатели многофазного переменного тока, тем самым также устранив коллектор двигателя и щетки. В результате получается более эффективный и надежный привод, который требует относительно небольшого обслуживания и лучше справляется с условиями перегрузки, которые часто выводят из строя двигатели старых типов.

В 1914 году Герман Лемп инженер -электрик компании General Electric разработал и запатентовал надежную систему электрического управления постоянным током (последующие усовершенствования были также запатентованы Лемпом). ^{[ 15 ]} В конструкции Лемпа использовался один рычаг для скоординированного управления двигателем и генератором, и она была прототипом управления всеми дизель-электрическими локомотивами . В 1917–1918 годах GE произвела три экспериментальных дизель-электрических локомотива, используя систему управления Лемпа. ^{[ 16 ]} В 1924 году появился дизель-электрический локомотив ( Э ^он2 оригинальный номер Юэ 001/Yu-e 001) начал работу. Он был спроектирован командой под руководством Юрия Ломоносова и построен в 1923–1924 годах на заводе Maschinenfabrik Esslingen в Германии. Он имел пять ведущих мостов (1’Е1’). После нескольких тестовых поездок он возил поезда почти три десятилетия с 1925 по 1954 год. ^{[ 17 ]} Это был первый в мире действующий тепловоз.

Дизель-гидравлический

Дизель-гидравлические локомотивы — тепловозы с гидравлической передачей . В такой конструкции они используют один или несколько гидротрансформаторов в сочетании с шестернями и механической главной передачей для передачи мощности от дизельного двигателя на колеса.

Гидрокинетическая трансмиссия (также называемая гидродинамической трансмиссией) использует гидротрансформатор . Гидротрансформатор состоит из трех основных частей, две из которых вращаются, а одна ( статор ) имеет блокировку, предотвращающую обратное вращение и добавляющую выходной крутящий момент за счет перенаправления потока масла при низких оборотах на выходе. Все три основные части герметично закрыты в маслонаполненном корпусе. Чтобы согласовать скорость двигателя со скоростью нагрузки во всем диапазоне скоростей локомотива, требуется какой-то дополнительный метод, обеспечивающий достаточный диапазон. Один из методов — подключить гидротрансформатор к механической коробке передач, которая автоматически переключает передаточные числа, аналогично автоматической коробке передач автомобиля. Другой метод состоит в том, чтобы предоставить несколько преобразователей крутящего момента, каждый из которых имеет диапазон изменения, покрывающий часть необходимого общего количества; все гидротрансформаторы постоянно соединены механически, и подходящий для требуемого диапазона скоростей выбирают путем заливки масла и слива остальных. Заполнение и слив осуществляется при трансмиссии под нагрузкой, что приводит к очень плавному изменению диапазона без перерыва в передаваемой мощности.

Основным мировым пользователем магистральных гидравлических трансмиссий была Федеративная Республика Германия , в число ее проектов входили DB class V 200 1950-х годов и семейство DB Class V 160 1960 и 1970-х годов . British Rail представила ряд дизель-гидравлических конструкций в рамках Плана модернизации 1955 года , первоначально построенных по лицензии версий немецких разработок. В Испании RENFE использовала двухмоторные двигатели немецкой конструкции с высоким соотношением мощности и веса для перевозки высокоскоростных поездов с 1960-х по 1990-е годы. (см. классы 340 , 350 , 352 , 353 , 354 RENFE ).

Системы гидростатического привода также применялись на железнодорожном транспорте, например, маневровые локомотивы мощностью от 350 до 750 л.с. (от 260 до 560 кВт) от CMI Group (Бельгия), ^{[ 18 ]} и промышленные локомотивы от 4 до 12 тонн, от 35 до 58 кВт (от 47 до 78 л.с.) производства Atlas Copco . GIA, дочерней компании ^{[ 19 ]} Гидростатические приводы также используются в машинах для ремонта железных дорог, таких как трамбовки и рельсошлифовальные станки . ^{[ 20 ]}

Газовая турбина

Газотурбовоз состоящий — локомотив с двигателем внутреннего сгорания, из газовой турбины . Двигателям с ДВС требуется трансмиссия для привода колес. Двигатель должен продолжать работать, когда локомотив остановлен.

В газотурбомеханических локомотивах используется механическая трансмиссия для передачи мощности газовых турбин на колеса. Газотурбовоз был запатентован в 1861 году Марком Антуаном Франсуа Менноном (патент Великобритании № 1633). ^{[ 21 ]} Доказательств того, что локомотив действительно был построен, нет, но в его конструкции присутствуют основные особенности газотурбинных локомотивов, построенных в 20 веке, включая компрессор, камеру сгорания, турбину и подогреватель воздуха. В 1952 году Renault поставила прототип четырехосного газотурбомеханического локомотива мощностью 1150 л.с., оснащенного системой производства газа и сжатого воздуха «свободной турбиной» Пескара, а не коаксиальным многоступенчатым компрессором, встроенным в турбину. На смену этой модели в 1959 году пришла пара шестиосных локомотивов мощностью 2400 л.с. с двумя турбинами и пескарским питанием. Несколько подобных локомотивов было построено в СССР на Харьковском паровозостроительном заводе . ^{[ 22 ]}

Газотурбинные электровозы используют газовую турбину для привода электрического генератора или генератора переменного тока , который производит электрический ток, приводящий в движение тяговый двигатель , приводящий в движение колеса. В 1939 году Швейцарские федеральные железные дороги заказали Am 4/6, GTEL с максимальной мощностью двигателя 1620 кВт (2170 л.с.) у Brown Boveri . Он был завершен в 1941 году, а затем прошел испытания перед поступлением на регулярную службу. Ам 4/6 был первым газотурбинным электровозом. British Rail 18000 был построен компанией Brown Boveri и поставлен в 1949 году. British Rail 18100 был построен компанией Metropolitan-Vickers и поставлен в 1951 году. Третий локомотив, British Rail GT3 , был построен в 1961 году. Union Pacific имела большой парк турбинных двигателей. грузовые локомотивы с приводом, начиная с 1950-х годов. ^{[ 23 ]} Они широко использовались на дальнемагистральных маршрутах и были экономически эффективными, несмотря на низкую топливную экономичность из-за использования «остатков» топлива от нефтяной промышленности. По оценкам железной дороги, на пике своего развития они приводили в движение около 10% грузовых поездов Union Pacific, что гораздо шире, чем любой другой образец этого класса.

Газовая турбина имеет некоторые преимущества перед поршневым двигателем . В нем мало движущихся частей, что снижает потребность в смазке и потенциально снижает затраты на техническое обслуживание, а соотношение мощности к весу намного выше. Турбина заданной мощности также физически меньше, чем поршневой двигатель такой же мощности, что позволяет локомотиву быть очень мощным, но при этом не быть чрезмерно большим. Однако выходная мощность и эффективность турбины резко падают с увеличением скорости вращения , в отличие от поршневого двигателя, кривая мощности которого сравнительно плоская. Это делает системы GTEL полезными в первую очередь для высокоскоростных перевозок на большие расстояния. Дополнительные проблемы газотурбинных электровозов заключались в том, что они были очень шумными. ^{[ 24 ]}

Ссылки

^ Международная ассоциация железнодорожных конгрессов (1899 г.). «Бензиновый локомотив для использования в шахтах и на проселочных дорогах» . Бюллетень Международной ассоциации железнодорожных конгрессов [английское издание] . п. 276.
^ Бензиновый локомотив . 1904. {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )
^ Винклер, Томас. «Даймлер Моторваген» .
^ Jump up to: ^а ^б Уэбб, Брайан (1973). Британский локомотив внутреннего сгорания 1894–1940 гг . Дэвид и Чарльз. ISBN 0715361155 .
^ «Бензиновые локомотивы» . Время.com. 28 сентября 1925 года. Архивировано из оригинала 18 ноября 2011 года . Проверено 1 января 2012 г.
^ «Бензовозы с прямым приводом» . Yardlimit.railfan.net . Проверено 1 января 2012 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Фарбратер, Мартин Дж.Б.; Фарбратер, Джоан С. (30 октября 2018 г.). Узкая колея на участке Соммы: до, во время и после Первой мировой войны . Перо и меч. ISBN 9781473887657 .
^ «Локомотивные заметки и новости». Инженер-модельер : 225–226. 3 апреля 1919 г.
^ «Легкий бензиновый локомотив Сондерсона» . Локомотив . 15 марта 1912 г. с. 62.
^ «Бензовозные локомотивы для линий стандартной и узкой колеи» . Железнодорожный журнал . стр. 370–376.
^ «Бензовозный локомотив» . Международное обозрение Дана . Январь 1921 г. с. 143.
^ Уолмсли, Р. Муллино (1921). «Электричество на службе человека» . стр. 1628–1631.
^ Чурелла 1998 , с. 12.
^ Гладкий, Вольфганг (1993). Архив немецких локомотивов: Тепловозы, 4-е издание . Берлин: Транспресс. ISBN 3-344-70767-1 .
^ Лемп, Герман. Патент США № 1154785, поданный 8 апреля 1914 г. и выданный 28 сентября 1915 г. Доступен через патентный поиск Google: Патент США № 1154785 от 8 февраля 2007 г.
^ Pinkepank 1973 , стр. 139–141.
^ Russian page on Э-эл2
^ «Маневровые локомотивы» , www.cmigroupe.com , заархивировано из оригинала 30 сентября 2016 г. , получено 2 декабря 2017 г.
^ «Локомотивы» , www.gia.se , заархивировано из оригинала 30 марта 2014 г. , получено 2 декабря 2017 г.
^ Соломон, Брайан (2001), Оборудование для технического обслуживания железных дорог: люди и машины, обеспечивающие работу железных дорог , Voyager Press, стр. 78, 96, ISBN 0760309752
^ «Espacenet — Оригинальный документ» .
^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 2 декабря 2017 года . Проверено 2 декабря 2017 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ "Газотурбинный локомотив" Popular Mechanics , июль 1949 г., чертеж разработки GE для Union Pacific в разрезе.
^ «Рельсы и газовые турбины» . Архивировано из оригинала 22 апреля 2016 года . Проверено 12 апреля 2016 г.

Библиография

Чурелла, Альберт Дж. (1998). От пара к дизелю: управленческие обычаи и организационные возможности в американской локомотивной промышленности двадцатого века . Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-02776-0 .
Пинкпанк, Джерри А. (1973). Руководство для второго дизельного корректировщика . Милуоки, Висконсин: Книги Калмбаха. ISBN 978-0-89024-026-7 .

[1] Международная ассоциация железнодорожных конгрессов (1899 г.). «Бензиновый локомотив для использования в шахтах и на проселочных дорогах» . Бюллетень Международной ассоциации железнодорожных конгрессов [английское издание] . п. 276.

[2] Бензиновый локомотив . 1904. {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )

[3] Винклер, Томас. «Даймлер Моторваген» .

[BICL-4] Jump up to: ^а ^б Уэбб, Брайан (1973). Британский локомотив внутреннего сгорания 1894–1940 гг . Дэвид и Чарльз. ISBN 0715361155 .

[5] «Бензиновые локомотивы» . Время.com. 28 сентября 1925 года. Архивировано из оригинала 18 ноября 2011 года . Проверено 1 января 2012 г.

[6] «Бензовозы с прямым приводом» . Yardlimit.railfan.net . Проверено 1 января 2012 г.

[Somme-7] Jump up to: ^а ^б ^с Фарбратер, Мартин Дж.Б.; Фарбратер, Джоан С. (30 октября 2018 г.). Узкая колея на участке Соммы: до, во время и после Первой мировой войны . Перо и меч. ISBN 9781473887657 .

[8] «Локомотивные заметки и новости». Инженер-модельер : 225–226. 3 апреля 1919 г.

[9] «Легкий бензиновый локомотив Сондерсона» . Локомотив . 15 марта 1912 г. с. 62.

[10] «Бензовозные локомотивы для линий стандартной и узкой колеи» . Железнодорожный журнал . стр. 370–376.

[11] «Бензовозный локомотив» . Международное обозрение Дана . Январь 1921 г. с. 143.

[walmsley-12] Уолмсли, Р. Муллино (1921). «Электричество на службе человека» . стр. 1628–1631.

[FOOTNOTEChurella199812-13] Чурелла 1998 , с. 12.

[14] Гладкий, Вольфганг (1993). Архив немецких локомотивов: Тепловозы, 4-е издание . Берлин: Транспресс. ISBN 3-344-70767-1 .

[15] Лемп, Герман. Патент США № 1154785, поданный 8 апреля 1914 г. и выданный 28 сентября 1915 г. Доступен через патентный поиск Google: Патент США № 1154785 от 8 февраля 2007 г.

[SDSG-16] Pinkepank 1973 , стр. 139–141.

[17] Russian page on Э-эл2

[18] «Маневровые локомотивы» , www.cmigroupe.com , заархивировано из оригинала 30 сентября 2016 г. , получено 2 декабря 2017 г.

[19] «Локомотивы» , www.gia.se , заархивировано из оригинала 30 марта 2014 г. , получено 2 декабря 2017 г.

[20] Соломон, Брайан (2001), Оборудование для технического обслуживания железных дорог: люди и машины, обеспечивающие работу железных дорог , Voyager Press, стр. 78, 96, ISBN 0760309752

[21] «Espacenet — Оригинальный документ» .

[22] «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 2 декабря 2017 года . Проверено 2 декабря 2017 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[23] "Газотурбинный локомотив" Popular Mechanics , июль 1949 г., чертеж разработки GE для Union Pacific в разрезе.

[24] «Рельсы и газовые турбины» . Архивировано из оригинала 22 апреля 2016 года . Проверено 12 апреля 2016 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]