18新利最新登入柴油机车如何工作

柴油机车采用混合动力的主要原因是这种组合不需要像汽车那样的机械传动装置。让我们从理解为什么汽车有变速箱开始。

你的车需要一个变速器，因为汽油发动机的物理特性。首先，任何发动机都有一个红线——一个最大转速值，超过这个值发动机就不能不爆炸。其次，如果你读过《马力工作原理》，你就会知道发动机18新利最新登入的转速范围很窄，在这个范围内，马力和扭矩都是最大的。例如，一台发动机的最大马力可能在5200到5500 rpm之间。变速器允许发动机和驱动轮之间的齿轮传动比随着汽车的加速和减速而改变。你换挡，这样发动机就能保持在红线以下，接近其最佳性能(最大功率)的rpm带。

大多数汽车的5 -10档变速箱可以让它们在发动机转速范围为500 - 6000转或更高的情况下以110英里/小时(177公里/小时)或更快的速度行驶。柴油发动机的运行速度比汽油发动机慢得多，对于机车上使用的大型柴油发动机来说，速度要慢一倍。大排量柴油发动机达到了最大大约2100转/分，或更低。在这样的速度范围内，机车需要20或30个齿轮才能达到110英里/小时。

这样的变速箱体积巨大(它必须处理4200马力)、复杂且效率低下，还可能造成机械故障。它还必须为四组轮子提供动力，这将增加复杂性。

通过采用混合动力装置，主柴油发动机可以以恒定速度运行，通过传动轴转动发电机。发电机把电力送到一台牵引电动机在每个轴上，驱动轮子。牵引电机可以在任何速度下产生足够的扭矩，从完全停止到125英里/小时(200公里/小时)，而不需要换档。

为什么柴油?

柴油发动机比汽油发动机更高效，当运送成吨的货物或乘客时，效率是至关重要的。火车制造商CSX公司估计他们的车队每1加仑(4升)燃料平均能运送1吨(0.9公吨)货物492英里(791公里)，这使得机车的效率是公路运输效率的四倍。柴油电力系统也是如此效率提高五倍而不是老式的蒸汽机机车，这就是为什么柴油在20世纪初完全取代了蒸汽。

迪塞尔也遇到了来自全电动列车它们在行驶时直接从电网供电。这种方法比燃烧任何一种机载燃料来产生能量的效率要高几倍。电力机车在欧洲和亚洲尤其流行，但在美国的转变一直很缓慢。可能的原因是，电动列车需要自己的专业基础设施来运行，而老式机车在退役前可以使用几十年。目前，柴油仍然是标准。然而，美国的一些客运铁路已经实现了电气化，包括美国铁路公司(18新利最新登入Amtrak)的东北走廊和加州通勤铁路。

有没有想过为什么火车会钢轮，而不是轮胎比如汽车?这是为了减少滚动摩擦．当你的车在高速公路上行驶时，大约势能的4- 7%都是由于轮胎的滚动阻力造成的。轮胎在滚动过程中会发生很大的弯曲和变形，这会消耗大量的能量。

轮胎所消耗的能量与轮胎所承受的重量成正比。由于汽车相对较轻，这个能量量是可以接受的(如果你想节省一点汽油，你可以为你的汽车购买低滚动阻力的轮胎)。

由于火车的重量是汽车的数千倍，滚动阻力是决定拉动火车所需要的力的一个重要因素。18新利最新登入火车上的钢轮在一个很小的接触区域上运行——每个轮子和轨道之间的接触区域大约是一角硬币的大小。

通过在钢轨道上使用钢轮，变形量最小化，从而减少了滚动阻力。事实上，火车是运送重型货物最有效的方式。

使用钢轮的缺点是它们没有太多的牵引力。在下一节中，我们将讨论这个问题的有趣解决方案。

转弯时的牵引力不是问题，因为火车车轮有凸缘(在车轮周围突出的轮缘)，使它们保持在轨道上。但是刹车和加速时的牵引力是个问题。

一个火车头可以产生超过6万磅英尺的扭矩。但为了有效地利用这个扭矩，机车上的八个轮子必须能够在不打滑的情况下将其施加到轨道上。机车用了一个巧妙的方法来增加牵引力。

每个轮子前面都有一个喷嘴，利用压缩空气进行喷射沙子，储存在火车头上的两个油罐中。沙子极大地增加了驱动轮的牵引力。列车有一个电子牵引控制系统，当车轮打滑或工程师紧急停车时，该系统会自动启动喷砂器。该系统还可以降低任何车轮打滑的牵引电机的功率。

现在让我们来看看机车的布局。

这辆54英尺(16.2米)长的机车几乎每一英寸都塞满了设备。

主机及发电机

巨大的二冲程涡轮增压发动机和发电机提供了高速拉动重物所需的巨大动力。康明斯的机车发动机重量超过24000磅(10886公斤)。发电机和电动机在此基础上增加了更多的质量。稍后我们将更多地讨论发动机和发电机。

出租车

机车的驾驶室是靠它行驶的自有悬挂系统，这有助于隔离工程师与颠簸。座椅也有悬挂系统。出租车里面是一个只有几个座位的小工作空间。通常驾驶室里只有一名工程师和列车长。

卡车

也被称为令人害怕的在美国，这种卡车是由两个轴、车轮、牵引电机、传动装置、悬挂和制动器组成的完整总成。稍后我们将讨论这些组件。

头端动力装置

的机头动力装置(HEP)由另一个大型柴油发动机组成，它本身可以产生3000 - 4000马力。它的转速甚至比主机还要慢，最高转速约为每分钟1000转。发动机驱动一个发电机，为列车其余部分提供480伏的三相交流电源。许多高效电机为列车其余部分提供超过500千瓦的电力，用于电动空调、照明和厨房设施。

通过为这些系统使用完全独立的发动机和发电机，即使主发动机故障，列车也能让乘客感到舒适。它还减少了主机的负荷。此外，许多现代机车都有电子系统，可以根据当前的能源需求，将副发动机的动力发送到牵引电机，或将主机的动力发送到高效能电机。

油箱

这个巨大的油箱在火车头的下腹部5500加仑(20820升)柴油，外加300加仑(1135升)冷却剂和250加仑(946升)发动机油。燃料箱是区分因此，如果任何舱室损坏或开始泄漏，泵可以将燃料从舱室中抽出。

电池

机车靠有轨电车运行64伏电气系统．机车有8个8伏电池，每个电池重量超过300磅(136公斤)。这些电池提供所需的电力来启动发动机(它有一个巨大的起动电机)，以及运行机车中的电子设备。一旦主机启动，交流发电机就会为电子设备和电池提供电力。

让我们更详细地了解一下火车头上的一些主要系统。

这辆火车头的主发动机是一台卡特彼勒emd710系列发动机．“710”意味着这款涡轮增压、二冲程柴油V-12发动机的每个气缸的排量为710立方英寸(11.6升)。这是大多数最大的汽油V-8汽车发动机的两倍多——我们只是在谈论这台3300马力发动机的12个汽缸中的一个。

那么,为什么二冲程？尽管这台发动机很大，但如果它像大多数小型柴油发动机一样，以四冲程柴油循环运行，它只能产生大约一半的功率。这是因为在二冲程循环中，每转有两倍多的燃烧事件(产生动力)。事实证明，二冲程柴油发动机比二冲程汽油发动机更优雅更高效。看到18新利最新登入柴油机二冲程发动机如何工作欲知详情。

你可能会想，如果这个发动机是大型V-8汽车发动机的24倍大，并且使用二冲程而不是四冲程循环，为什么它只产生大约10倍的功率?原因是这台发动机被设计为连续生产3300马力，并且持续使用几十年。如果你一直把汽车引擎开到最大马力，能坚持一个星期就算你走运了。

这里有一些规范关于这个引擎:

发动机将所有扭矩通过传动轴转到高压发电机中。然后产生的电力被发送到卡车上的四个巨大的电动机。

卡车是火车上最重的东西——每一辆能超过2万磅(9700公斤)。这些卡车有好几项工作。它们支撑着火车头的重量。它们提供推进、悬挂和制动。你可以想象，它们是巨大的建筑。

推进

的牵引电机为车轮提供推进动力。每个轴上都有一个。每个电机驱动一个小齿轮，小齿轮与轴上的大齿轮啮合。这提供了齿轮减速，允许电机驱动列车以高达125英里/小时的速度行驶。

每个电机都可以称重6600磅(3100公斤)并产生超过700安培的电流。

悬架

卡车还为机车提供悬挂装置。火车头的重量落在一个又大又圆的轮子上轴承这样卡车就可以旋转，这样火车就可以转弯。在枢轴下方是一个巨大的钢板弹簧或一组线圈弹簧，放在一个平台上。平台由四个巨大的金属连杆悬挂起来，这些金属连杆与卡车总成相连。这些连杆使机车可以左右摆动。

机车的重量靠在弹簧上，当机车经过颠簸时弹簧就会压缩。这将机车的车身与撞击隔离开来。这些连杆允许卡车随着轨道的波动从一边移动到另一边。还有一些火车采用气动悬挂这样可以使乘坐过程更加平稳，并有助于乘客的舒适度。这条轨道并不是完全笔直的，在高速行驶时，如果卡车不能横向摆动，轨道上的微小变化会让行驶变得艰难。该系统还保持每条轨道上的重量相对相等，减少了轨道和车轮的磨损。

制动是由一个类似于汽车鼓式制动器的机构提供的。一个气动活塞将一个衬垫推到火车车轮的外表面。

与机械刹车配合，机车有动力制动．在这种模式下，四个牵引电机中的每一个都像发电机一样，利用火车的车轮向电机施加扭矩并产生电流。车轮驱动电机的扭矩使列车减速(不是电机带动车轮，而是车轮带动电机)。产生的电流被引入一个巨大的电阻网，将电流转化为热量。冷却风扇将空气从网孔中吸入，然后从机车顶部吹出——这实际上是世界上最强大的吹风机。使用这种减速方法可以节省大量的磨损从机械制动器随着时间的推移。

全电动火车，以及电动和混合动力汽车等较小的车辆，使用一种名为再生制动．多余的能量不会以热量的形式消散，而是被送回电力线或电池中，从而提高了效率。

在后面的卡车也有一个手制动-是的，即使是火车也需要手刹。由于制动器是空气动力的，它们只能在压缩机运行时起作用。如果火车已经关闭了一段时间，就没有气压来保持刹车。如果没有手刹和气压蓄水池的自动保护装置，由于火车的巨大重量和车轮与轨道之间的滚动摩擦非常小，即使是一个轻微的斜坡也足以让火车滚动起来。

手闸是拉动链条的曲柄。曲柄要转很多圈才能把链条拧紧。链条拉动活塞来刹车。

你不会跳上驾驶室，转动钥匙，开着柴油机车离开。发动火车比发动汽车要复杂一些。

工程师爬上8英尺(2.4米)高的梯子，进入驾驶室后面的走廊。他们参与了闸刀开关(就像老电影《弗兰肯斯坦》中的那样)，它将电池连接到启动电路。然后工程师按下大约100个开关断路器面板为从电灯到燃油泵的所有设备提供电力。

接下来，工程师沿着走廊走进引擎室。他们转动并按住那里的开关，启动燃油系统，确保所有的空气都排出了系统。然后，他们把开关转到另一个方向，起动电机启动。发动机启动并开始运转。

接下来，他们会去驾驶室监控仪表，一旦压缩机给刹车系统增压，他们就会设置刹车。然后，他们可以前往列车后部，松开手刹。

最后，他们可以回到驾驶室，从那里接管控制权。一旦他们得到列车长的允许可以移动，他们就按响连续不断的铃，并按响两次空气喇叭(表示向前移动)。

的节流控制有八个位置，外加一个空闲位置。每一个油门位置被称为一个切口．Notch 1是最慢的速度，Notch 8是最高的速度。为了让火车开动，工程师松开刹车，把油门踩到1号槽口。

将节流阀置于缺口1处，使一组接触器(巨大的电继电器)．这些接触器将主发电机连接到牵引电动机上。每个缺口采用不同的接触器组合，产生不同的电压。一些接触器的组合将发电机绕组的某些部分串联起来，从而产生更高的电压。另一些则将某些部件并联，从而降低电压。牵引电机在更高的电压下产生更大的功率。

当接触器接合时，计算机化的发动机控制装置调整喷油嘴开始产生更多的发动机动力。

的制动控制改变制动气缸中的气压，以施加压力到制动蹄。与此同时，它融入了动态制动，利用电机来减慢火车的速度。

电脑读数显示了机车上各个传感器的数据。它可以为工程师或机械师提供有助于诊断问题的信息。18luck手机登录例如，如果燃油管道的压力太高，这可能意味着燃油滤清器堵塞了。

现在让我们看看火车内部。

美国主要的通勤铁路网是美国铁路公司包括美国大陆的大部分州，以及加拿大的几站。一些区域服务包括Caltrain在加州，亚特兰大玛尔塔，以及华盛顿的地铁美国铁路公司在华盛顿附近更换了40%的列车(其中一些已经有50年的历史了)，到2031年，将有一批新的双动力列车，可以使用柴油和电力，并为全国非电气化铁路地区增加一些仅使用柴油的机车。

虽然坐火车可能比坐飞机慢，但绝对要舒服得多。有足够的空间可以走动。在美国铁路公司,餐车提供咖啡厅座位和插座，为您的电子产品充电。在服务期间，他们还出售餐食、零食、饮料和咖啡。对于长途旅客，私人展位可以安排“卧铺”车厢。

在一些路线上，美铁甚至提供了一个可以用来储存的空间拖拽个人车辆和你一起。与航空公司相比在美国，铁路旅行通常提供了一种更宽敞、更高效、更经济的方式来穿越大片土地。

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最初发表于2001年5月22日