机车齿轮传动装置的分类和比较

㈠ 机车传动装置的分类

利用原动机驱动离心泵，使获得能量的工作液体（机车用油）冲击涡轮从而驱动车轮来实现传递动力的装置。1902年德国的费廷格提出了液力循环元件（液力耦合器和液力变扭器）的方案，即将泵轮和涡轮组合在同一壳体内，工作液体在壳体内循环流动。采用这种元件大大提高了液力传动装置的效率。液力传动首先用于船舶。1932年制成第一台约60千瓦的液力传动柴油动车。
液力耦合器有相对布置的一个泵轮和一个涡轮。泵轮轴和涡轮轴的扭矩相等。涡轮转速略低于泵轮转速，二者转速之比即为液力耦合器的效率。液力耦合器用于机车主传动时，效率约为97%。液力变扭器除泵轮和涡轮外，还有固定的导向轮。涡轮与泵轮的扭矩之比称变扭比，转速比越小则变扭比越大。在同样的泵轮转速下，涡轮转速越低则涡轮扭矩越大。因此机车速度越低则牵引力越大，机车起动时的牵引力最大。液力变扭器的效率只在最佳工况下达到最大值。现代机车用的液力变扭器效率可达90%～91%。但当转速比低于或高于最佳工况时,效率曲线即呈抛物线形状下降。为使机车在常用速度范围内都有较高的传动效率，机车的液力传动装置一般采用不止一个简单的液力变扭器。机车液力传动装置如梅基特罗型、克虏伯型、苏里型、SRM型、ΓΤК型等，都是将一个液力变扭器与某种机械传动装置结合使用。福伊特型则是采用 2～3个液力变扭器(最佳工况点的转速比一般并不相同)或液力耦合器(图1),利用充油和排油换档，在各种机车速度下都使当时效率最佳的那一液力循环元件充油工作。换档时，前一元件排油和后一元件充油有一段重叠时间，所以换档过程中的机车牵引力只是稍有起伏而不中断。和其他类型相比，福伊特型液力传动装置的重量较大，但有结构简单、可靠性较高的优点。到60年代，经验证明：对于1500千瓦以上的液力传动装置，福伊特型较为适用。中国机车所用的液力传动装置都是这一类型的。
大功率增压柴油机车的液力传动装置都不用液力耦合器，但燃气轮机车的液力传动装置则用一个启动变扭器，并在高速时用一个液力耦合器。
液力循环元件传递功率P的能力也像其他液力机械一样，与工作液体重度r的一次方、泵轮转速n的三次方和元件尺寸D的五次方成正比，即P∝rnD。在柴油机车上,为了减小传动装置的尺寸,柴油机都不直接驱动液力循环元件的泵轮,而是通过一对增速齿轮,在轴承和其他旋转件容许线速度的限制范围内，尽可能提高泵轮转速。燃气轮机车由于转速很高，所以用一级甚至两级减速齿轮来驱动泵轮。同一种传动装置，只要改变这种齿轮的增速比或减速比，即可在经济合理的范围内应用于不同功率的机车。
液力传动装置通常包括一组使输出轴能改变转向的换向齿轮和离合器机构。输出轴通过适当的机械部件(万向轴和车轴齿轮箱,或曲拐和连杆等)驱动机车车轮。液力传动系统还可包括一组工况机构，使机车具有两种最高速度，在高速档有较高的行车速度，在低速档有较高的效率和较大的起动牵引力和加速能力。因此同一机车既可用于客运，也可用于货运，或者既可用于调车，也可用作小运转机车。而当调车工况的最高速度定得较低时，机车在起动和低速运行时的牵引力可以超过同功率的电力传动柴油调车机车。
1965年出现的液力换向柴油调车机车，传动装置有两组液力变扭器，每个行车方向各用一组，换向动作也用充油排油的方式来完成。当机车正在某一方向行驶时改用另一方向的液力变扭器充油工作，由于变扭器的涡轮转向与泵轮相反，对机车即起制动作用。机车换向不必先停车。只要司机改换行车方向手把的位置，机车即可自动地完成从牵引状态经过制动、停车，又立即改换行车方向的全部过程。
液力传动装置不用铜,重量轻,成本低,可靠性高,维修量少，并具有隔振、无级调速和恒功率特性好等优点，因而得到广泛采用。联邦德国和日本的柴油机车全部采用液力传动。 把机车原动机的动力变换成电能，再变换成机械能以驱动车轮而实现传递动力的装置。电力传动装置按发展的顺序有直-直流电力传动装置、交-直流电力传动装置、交-直-交流电力传动装置、交－交流电力传动装置四种。它们所用的牵引发电机、变换器（指整流器、逆变器、循环变频器等）和牵引电动机类型各不相同。
直-直流电力传动装置
1906年美国制造的150千瓦汽油动车最先采用了直-直流电力传动装置。1965年以前，世界各国单机功率75～2200千瓦的电传动机车都采用这种电力传动装置。这是因为同步牵引发电机无法高效变流，异步牵引电动机难于变频调速，只能采用直流电机。直－直流电力传动原理是基于直流电机是一种电能和机械能的可逆换能器，其原理见图 2。原动机G为柴油机,通过联轴器驱动直流牵引发电机ZF，后者把柴油机轴上的机械能变换成可控的直流电能,通过电线传送给1台或多台串并联或全并联接线的直流牵引电动机ZD，直流牵引电动机将电能变换成转速和转矩都可调节的机械能，经减速齿轮驱动机车动轮，实现牵引。此外设有自控装置。自控装置由既对柴油机调速又对牵引发电机调磁的联合调节器、牵引发电机磁场和牵引电动机磁场控制装置等组成,用来保证直-直流电力传动装置接近理想的工作特性。
交－直流电力传动装置
直流牵引发电机受整流子限制,不能制造出大功率电力传动装置。60年代前期,美国发明大功率硅二极管和可控硅，为制造大功率的电力传动装置准备了条件。1965年法国研制成 1765千瓦交-直流电力传动装置，它是世界各国单机功率 700～4400千瓦机车普遍采用的电力传动装置。
交-直流和直-直流电力传动原理相似。由图3可以看出两者差异在于柴油机 G驱动同步牵引发电机TF，经硅二极管整流桥ZL，把增频三相交流电变换成直流电，事实上TF和ZL组成等效无整流子直流电机。其余部分和自控装置主要工作原理与直-直流电力传动装置相同。
交-直-交流电力传动装置
异步牵引电动机结构简单，体积小，工作可靠，在变频调压电源控制下，能提供优良调速性能。联邦德国于 1971年研制成实用的交-直-交流电力传动装置，如图4所示。
交-直-交流电力传动原理如下：柴油机 G驱动同步牵引发电机TF，产生恒频可调压三相交流电（柴油机恒速时），经硅整流桥ZL变换成直流电，再经过可控硅逆变器 N（具有分谐波调制功能）再将直流电逆变成三相变频调压交流电，通过三根电线传输给多台全并联接线的异步牵引电动机AD。AD将交流电能变换成转速和转矩可调的机械能,驱动机车动轴,实现牵引。它的自控装置由联合调节器以及对同步牵引发电机磁场、变换器、异步牵引电动机作脉冲、数模或逻辑控制的装置组成，从而提供接近理想的工作特性。
交－交流电力传动装置
交-直-交变频调压电能经二次变换，降低了传动装置的效率，而且逆变器用可控硅需要强迫关断，对主电路技术有较高的要求。为提高效率,在交-交流电力传动装置中采用了自然关断可控硅相控循环变频器（图5）。60～70年代，美国在重型汽车上，苏联在电力机车上都采用了交-交流电力传动装置。不过美国用的是异步牵引电动机牵引，苏联用的是同步牵引电动机牵引。
交-交流电力传动原理如图5所示。柴油机G驱动同步牵引发电机TF,发出增频可调压交流电，经相控循环变频器FB变换成可变频调压的三相交流电（降频），输给多台全并联接线的异步牵引电动机AD。AD将交流电能变换成转速和转矩可调的机械能，驱动动轮实现牵引。它的自控装置也是由联合调节器、脉冲、数模、逻辑电路等装置构成（但对可控硅导通程序要求严格），同样能保证优良的工作特性。

㈡ DF12型内燃机车的传动装置

为使柴油机的功率传到动轴上能符合机车牵引要求而在两者之间设置的媒介装置。柴油机扭矩—转速特性和机车牵引力—速度特性完全不同，不能用柴油机来直接驱动机车动轮：柴油机有一个最低转速，低于这个转速就不能工作，柴油机因此无法启动机车；柴油机功率基本上与转速成正比，只有在最高转速下才能达到最大功率值，而机车运行的速度经常变化，使柴油机功率得不到充分利用；柴油机不能逆转，机车也就无法换向。所以，内燃机车必须加装传动装置来满足机车牵引要求。常用的传动方式有机械传动、液力传动和电力传动。①机械传动装置是由离合器、齿轮变速箱、轴减速箱等组成的。因其功率受到限制，在铁路内燃机车中不再采用。②液力传动装置主要由液力传动箱、车轴齿轮箱、万向轴等组成。液力变扭器（又称变矩器）是液力传动机车最重要的传动元件，由泵轮、涡轮、导向轮组成。泵轮和柴油机曲轴相连，泵轮叶片带动工作液体使其获得能量，并在涡轮叶片流道内流动中将能量传给涡轮叶片，由涡轮轴输出机械能做功，通过万向轴、车轴齿轮箱将柴油机功率传给机车动轮；工作液体从涡轮叶片流出后，经导向轮叶片的引导，又重新返回泵轮。液力传动机车（图2）操纵简单、可靠，特别适用于多风沙和多雨的地带。③电力传动分为三种：（a）直流电力传动装置。牵引发电机和电动机均为直流电机，发动机带动直流牵引发电机，将直流电直接供各牵引直流电动机驱动机车动轮。（b）交—直流电力传动装置。发动机带动三相交流同步发电机，发出的三相交流电经过大功率半导体整流装置变为直流电，供给直流牵引电动机驱动机车动轮。（c）变—直—交流电力传动装置。发动机带动三相同步交流牵引发电机，发出的直流通过整流器到达直流中间回路，中间回路中恒定的直流电压通过逆变器调节其振幅和频率，再将直流电逆变成三相变频调压交流电压，并供给三相异步牵引电动机驱动机车动轮。电力传动机车的应用最为广泛。

㈢ 机车传动装置的简介

用机械方式变换机车动轮和原动机（柴油机）的转速比和转矩比以传递动力的装置。柴油机经过主离合器与多档位的齿轮变速箱相连，变速箱的输出轴通过万向轴和车轴齿轮箱连接（或通过曲拐和连杆），驱动机车车轮。启动柴油机时，先将主离合器脱开。柴油机工作平稳后,闭合主离合器,使机车起动。随着机车速度的加快，柴油机转速也成正比地上升。到柴油机转速上升到接近最高转速时，必须及时换接齿轮变速箱的下一档位，以减小变速箱输出轴和输入轴的转速比。换档时，先降低柴油机转速。换档完成后，再提高柴油机转速以增加机车速度，直至柴油机又达到最高转速，再换接到下一档位。柴油机在每一变速档位下的转速与机车速度成正比，它的功率也就基本上与机车速度成正比，因而柴油机几乎总是不能发挥它的全部功率的潜力。机车牵引曲线只能呈阶梯形，阶梯的级数等于变速的档位数。级数越多，功率的利用越好，但传动装置也越复杂、越重、越贵。柴油机车的机械传动装置一般为4～5级。
主离合器的摩擦副在机车起动过程中相对滑转。产生磨耗和发热。变速箱在换档同步的接合过程中，换档齿轮难免发生撞击，换档离合器会滑转磨耗。机械传动装置在换档时又有牵引力中断的缺点。所以机械传动装置尽管效率高于其他种类的传动装置，仍只用在小功率的机车上,用于柴油机车的机械传动装置却不超过400千瓦。
燃气轮机车的机械传动装置用两级变速，但未取得成功。这一方面是因为机车功率大、离合器不适用，一方面是由于机车车轮发生空转时使燃气轮机的叶轮超速旋转会带来危害。

㈣ 火车的动力原理是什么

1. 内燃机车传动装置的分类：
- 电传动：包括直流电传动、交直流电传动和交直交（简称交流）电传动。东风、东风2和东风3型机车采用直流电传动机车，而东风4型及以后的内燃机车多为交直流电传动机车。自1999年起，出现了成功的交流传动机车，如大连厂的东风4DJ型和戚墅堰厂的东风8CJ型。国产电传动机车命名规则为东风*型，进口则为ND*型。电传动机车中，戚墅堰机车车辆厂制造的东风11G型和东风8B型较为知名。
2. 液力传动：
- 包括一般（机械换向）液力传动和液力换向的液力传动，还有一种液力一机械传动。北京型和东方红系列机车使用液力传动机车，多数GK系列工矿机车采用液力换向机车。国产液力传动通常为东方红*型和北京*型，还有GK系列工矿机车，而进口则为NY*型。在国内，美国通用电器公司的ND5型液力传动机车较为著名。
3. 机械传动：
- 在国内较为罕见，主要应用在小功率的地方铁路和工矿机车上。
4. 内燃机车传动装置的作用：
- 当柴油机的循环供油量固定时，其扭矩随转速变化不大。柴油机的功率与转速近似正比变化，只有在标定转速下才能达到标定功率。为了充分发挥柴油机的功率并合理利用，内燃机车必须配备传动装置，作为柴油机曲轴和机车动轴之间的中间环节，将柴油机的扭矩、功率——转速特性转换为内燃机车的牵引特性。传动装置确保机车在起动和低速牵引时有较大的牵引力，并在列车起动后，根据运行阻力与机车牵引力的关系，调整牵引力，使机车速度沿牵引特性曲线变化。此外，传动装置还实现机车换向、动力制动等工况转换功能，以满足列车牵引的需求。