我国内燃机车传动方式研究

李小良

（中铁十六局集团铁运工程有限公司，河北 高碑店 074000）

随着国家对铁路运输事业的支持力度的不断加强，货运列车的速度也获得了较大的提速，运行速度和运行效率得到了极大的提升，特别是货运专线的成立，也将给铁路运输事业带来质的飞越。对于120KM/H货运列车的需求量将会明显提升，而摆在我国铁路运输体系中的一个重要问题就是当前的牵引技术以及交流传统技术还不够先进，存在一定的技术瓶颈，难以满足货运专列的技术要求。因此，开展内燃机车传统方式研究，不仅能够有效的提升我国铁路货运水平，也能更好的满足人们的日常生产生活需求。

1 我国开展内燃机车传动方式研究的必要性

为了促使铁路运输事业的进一步发展，就需要从机车的牵引方面入手，加强内燃机车的传动方式研究。通常情况下，内燃机车采用柴油燃烧的方式来获得机械能。同燃气轮机车相比，内燃机车从稳定性以及牵引力方面都有比较大的优势，内燃机车可以牵引更大重量的货物，并且能在牵引较重列车的前提下继续保持相对较快的速度，这些都是内燃机车的优势。从这一点上分析，内燃机车更为适应我国铁路运输事业。从内部结构进行分析，内燃机车的传动部分是整个机车整体中非常重要的部分之一，因为在柴油燃烧转化为机械能的过程中，所产生的机械能并非是直接作用在火车的车轮上，而是需要通过传动装置来将能量作用到车轮上。同西方先进国家相比较，我国内燃机车传动方式技术开始的时间比较晚，发展的时间也相对较短。现在与他们相比，在内燃机车传动方式方面还是存在一定差距的。

在我国运输体系中，铁路运输系统占据着其中非常大的一个比例。除了载重量大外，还具备速度较快的特点，已经成为运输行业中被广泛应用的方式了。从运输内容上分析，铁路运输不仅承担着各类农资、煤炭、木材等的运输，还承担着汽车以及各类机械设备的运输，这些物品无论是从质量上还是从体积上都是比较大的，采用铁路运输的方式可以更好的完成运输任务。此外在涉及到国家安全的军事物品调运上，铁路运输也发挥着重要的作用。例如不便长途行驶的装甲坦克以及其他部队供给品，都是选用铁路运输来保障供给。为满足各类物品及设备的运输要求，只有充分的发挥内燃机车的传动方式研究才能实现。由此可知，开展内燃机车传动方式研究，不仅是提升我国科研水平的要求，更是满足我国社会经济和巩固国防的要求。

2 内燃机车传动方式分类

（1）机械传动：此种方式结构简单、效率高，缺点是在换挡过程中容易造成功率中断，这种机车在我国没有被应用。（2）液力传动：此种方式的内燃机车重量较轻，且牵引性能比较占优势，但在使用过程中也会有一些缺点，比如平均效率较低。北京型和东方红系列机车均为液力传动机车。液力传动内燃机车构造图如图1。（3）电传动：此种方式根据牵引发电机和牵引电动机电机所用的电流进行分类，又可分为直流电传动和交流电传动两种。其中，交流电传动内燃机车因其牵引性能好、效率高、造价低廉、设施简单、运行可靠等优点被广泛应用。东风4DJ型客货运内燃机车，是我国第一种应用交流电传动技术的铁路干线内燃机车。传动装置应用西门子公司的IGBT功率元件的变流器、ITB2630型交流异步牵引电动机和SIBAS32微机控制装置。目前，国内正在运营使用的电传动内燃机车主要有东风系列、和谐系列和和谐长城号。图2为一台典型交流传动内燃机车的系统框图。

图1 液力传动内燃机车构造图

图2 交流传动内燃机车系统框图

通过对这3种传动方式进行分析并结合大量的实践数据，交流传动方式是目前应用最为广泛的内燃机车传动方式。

3 内燃机车交流传动概述

内燃机车是以柴油机作为原动机的，通过动力装置来将柴油机产生的动力作用到车轮上，以此来保障机车的正常运行。所以说，这套装置对于内燃机车有着非常重要的作用。通常情况下，这套装置是由电气设备组成的，用以实现柴油机同动轮之间动力的转换和传递，这个环节是一个速比可变的环节，这个装置也就是内燃机车的传动装置。经过科学技术水平的不断发展，内燃机车的传动方式已经从最早的液压式、机械式转化为电力式。

在当前形势下，直流电传动在运用过程中存在着电动机功率难以持续提升、功率特性软和调频范围较小的缺点，因此，在机车的牵引传动系统中还是广泛的采用变频方式的交流电传动。内燃机车的交流传动方式又可以分为交流-直流-交流和交流-交流两种方式。这样可以确保内燃机车无论是在启动过程中还是调速过程中都能获得较为稳定的状态，避免功率产生较大的变化。采用交流-交流的传动方式省略掉了中间的直流环节，利用变频装置产生交流电来满足牵引电动机。但是所产生的电流频率却是只有变频前的1/3，因此对交流发电机的要求较高，由于存在这一弊端，这种方式并不适合于中低速的内燃机车。与交流-交流电传动相比，交流-直流-交流传动，是中间存在一个直流环境的交流电传动，传动装置的输出频率并不受其他部分的影响，也不会受到发动机交流电频率的影响。所以能够有效的实现交流牵引电动机的三相电源自由的平滑调节。比如HXN3型、HXN5型交流传动内燃机车。

4 我国内燃机车交流传动控制系统

内燃机车的交流传动系统对于真个内燃机车有着非常重要的作用，通过对内燃机车交流传动的微机控制可以实现对内燃机车的有效控制。一般情况下，内燃机车的微机控制系统包括机车特性控制、变流以及人机界面，能够有效的增加内燃机车控制的安全性。

（1）内燃机车交流传动微机控制系统的功能 。从全局进行考虑，内燃机车交流传动微机控制系统已经实现了对于机车运行过程的全面掌控，监测并掌控柴油发动机的速度以及温度等。这样能够确保柴油发动机工作的安全性和稳定性，从而避免因此造成的安全事故的出现。同时，内燃机车交流传动微机控制系统可以通过对柴油的喷射进行控制，也能够保障牵引发动机的功率，使之处于一个稳定的状态。（2）交流主传动系统 。在内燃机车中，交流传动系统主要包括两种：分别为主传动系统和辅助传动系统。从主要作用上进行分析，主传动系统不仅可以保障柴油机的功率获得完美的发挥，还能够有效的保障内燃机车的性能。从作用方面进行分析，内燃机车交流主传动系统其最主要的任务就是对机车内的能量变化进行控制，并对能量的流动进行控制，确保内燃机车能够安全稳定运行。（3）交流辅助传动系统 。在内燃机车传动系统中，除主传动系统外，辅助传动系统也发挥着重要的作用。从字面上分析可以得出，辅助传动系统是需要辅助发电机来确保顺利完成的。一方面，辅助发电机是需要对主发动机负责的。另一方面，辅助发电机供应电能给其他的辅助设备。从作用原理上进行分析，辅助传动系统中，辅助发电机内部存在两组线圈，一组采取中间抽头的方式，能够确保产生另个不同等级的电压，以此来满足内燃机车内部不同部件不同电压的需求，主要提供三相电源来供应内燃机车冷却系统以及其他的辅助机械等。此外还可以促进主发电机的励磁斩波器能够给主发电机提供励磁；另外一组线圈则将辅助电源侧通过电源的变流器输出额定电压的电能，提供给内燃机车蓄电池及控制系统用电。

5 结语

内燃机车的传动方式是发挥机车牵引性能的重要环节，所涉及的科学领域以及知识内容都非常的复杂。同时，也有着较高的技术要求，需要进行重点的研究来提升我国内燃机车的装备制造水平，确保铁路运输事业的进一步发展。

[1]韩小博.内燃机车交流传动及控制系统研究[D].大连交通大学,2012.

[2]张江伟.基于RCM的HXD1C型电力机车维修系统研究[D].中国铁道科学研究院,2015.

[3]朱建伟. 内燃机车交流传动系统研究[D].大连交通大学,2010.