柴电动力货运列车的工作原理,如何拉动240节车厢?

小双聊国际 2025-03-14 19:44:37

这是一个火车头,它能拉动240节车厢,其核心动力来源于一台长度达5.5米的柴电发动机,这台发动机内部配备了16个直径为40厘米的活塞,可以产生高达4500匹的马力。

这些活塞每秒能够产生120次爆炸,使得内部温度急剧升高,达到几百度。为了避免发动机因高温而损坏,每个气缸都被一个装满冷却液的外壳所包围,冷却液在气缸周围循环流动,吸收发动机产生的热量。

随后,热冷却液会流入火车底部的散热器,借助两个巨大的风扇将凉风吹过散热器,从而带走冷却液中的热量。

然而,柴油发动机并不直接驱动火车的车轮,它连接着一个重达7.5吨的发电机。当发动机带动发电机内部的轴旋转时,能够产生超过3兆瓦的电力,这足以满足一个小镇的用电需求。

发电机所产生的电流会传输到车轮组件,进而进入6个2.7吨重的电动机中,每个电动机负责驱动两个机车车轮等部件,从而瞬间爆发出强大的牵引力,带动后方的240节车厢前进。

不过,如果火车头试图一次性拉动这么多节车厢,后方的连轴器将承受巨大的拉力,很可能在启动瞬间就被撕裂。为了解决这个问题,工程师们巧妙地设计了可拉伸的连轴器。在第一节车厢伸缩15公分之后,后面的车厢才会开始移动。

这意味着当火车头开始前进时,它最初只拉动一节车厢,然后随着伸缩过程的进行,逐渐增加拉动的车厢数量。这样,在不拉断连轴器的情况下,列车能够平稳地增加负载。当这列长达2.4公里的火车发车时,火车头需要走出30米,最后一节车厢才会开始移动。

如此沉重的火车在行驶过程中还有一个重要的问题,那就是在进入急转弯时如何防止冲出轨道,解决方案在于火车车轮不同寻常的设计。

车轮呈锥形,外细内粗,当火车到达转弯处时,轮组会在轨道上发生横向滑动,此时,外轮的接触面积比内轮大,因此,车轴每转动一次,外轮的行驶距离都要比内轮远。即使是在急转弯的情况下,这种设计也能让火车保持在轨道上。

当然,这还需要转向系统的配合。在200吨重的火车头之下,配备了两个6轮转向装置,每个组件的前轮和后轮都安装有4个钢制弹簧悬挂,固定在一个轴上。当车轮在轨道上遇到弯道时,可以自由转向,中间有一根钢质横条连接到后桥,当前轮转向时,后轮就会朝相反的方向转动,从而一直跟随前轮的轨迹。这一创新系统使得巨大的列车能够在不减速或冲出轨道的情况下,轻松通过急转弯。

尽管这些设计能够有效防止火车在转弯时出轨,但在下坡时情况就有所不同了。伸出的连轴器在惯性作用下可能会被沉重的车厢撞回去,一节一节的连续碰撞,极有可能导致火车出轨。

这就凸显了司机驾驶经验的重要性,在上坡时,司机会放慢速度,让连轴器提前缩回去,这样车厢就会紧紧挨在一起,从而防止下坡时中间的间隙造成碰撞。然而,这种减速并不是依靠传统的刹车系统来实现的,而是通过电机来完成。司机只需拨动开关,就可以切断从发电机到电动牵引马达的电路。

此时,电机内部的强磁铁会产生对抗作用,进而产生大量的电流。随后,电流会流到机车底部,那里有一排电阻,将电流转化成热量。最后,机车再把热量排放掉。这就是列车如何将其自身的动力转化为巨大的制动力,而无需使用刹车。

在非紧急情况下,列车在到站前基本用不到刹车,主要依靠这种电机转化制动力的方式来控制速度,确保列车安全、平稳地运行。

火车头的运行涉及到众多复杂而精妙的设计与原理,每一个细节都关乎着整列火车的运行安全与效率。从动力系统的高效运作,到连轴器的巧妙设计,再到车轮与转向系统的精准配合,以及下坡时独特的制动力转化方式,这些都体现了工程师们的智慧与创新。

现在这种火车头已经很难见到了,因为各国的铁路基本实现了电气化改革,至少中国是这样。不论是高铁动车,还是普通的列车,都用受电弓与铁路旁的电线连接,这样就不需要笨重的柴电发动机了,动车的的每节车厢下面都有一个电动机,刹车的时候可以回收能量直接送到电网里。

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