Локомотив

Дизельные локомотивы Pacific National в Австралии с тремя типами кузова, кабиной , капотом и коробчатой ​​кабиной.

R класс Паровоз номер R707 , как эксплуатируемая викторианские железные дороги в Австралии

HXD1D электровоз буксировать пассажирский поезд в Китае

Часть серии по
Рельсовый транспорт
Операции Отслеживать Обслуживание Скоростные железные дороги Станции Поезда Локомотивы Вагоны Компании История Достопримечательности Терминология ( AU , NA , NZ , Великобритания ) По стране Несчастные случаи Муфты железнодорожные Муфты по странам Преобразование ответвителя Ширина колеи Переменный калибр Преобразование калибра Двойной манометр Колесная пара Выкатной (грузовик) Двойное сцепление Железнодорожные субсидии
Моделирование Платформенные двери-ширмы
v т е

Локомотива или двигатель является железнодорожный транспорт транспортное средство , которое обеспечивает движущую силу для поезда . Если локомотив способен нести полезную нагрузку, его обычно называют составной частью , моторным вагоном , железнодорожным вагоном или моторным вагоном ; использование этих самоходных транспортных средств все чаще используется для пассажирских поездов , но редко для грузовых (см. CargoSprinter и Iron Highway ).

Традиционно локомотивы тянули поезда с фронта. Тем не менее, двухтактная операция стала обычным явлением, когда поезд может иметь локомотив (или локомотивы) спереди, сзади или на каждом конце. Совсем недавно на железных дорогах начали применять DPU или распределенную энергию. Передняя часть может иметь один или два локомотива, за которыми следует локомотив в средней части поезда, который управляется дистанционно с головной части.

Этимология [ править ]

Слово локомотив происходит от латинского loco - «с места», аблатива от locus «место» и средневекового латинского motivus , «вызывающего движение», и является сокращенной формой термина « локомотивный двигатель» , ^[1] который был первым использовался в 1814 г. ^[2] для различения самоходных и стационарных паровых машин .

Классификации [ править ]

До локомотивов движущая сила железных дорог создавалась различными низкотехнологичными методами, такими как человеческая сила, мощность в лошадиных силах, сила тяжести или стационарные двигатели, которые приводили в действие кабельные системы. Сегодня существует немного таких систем. Локомотивы могут вырабатывать энергию из топлива (дрова, уголь, нефть или природный газ) или они могут получать энергию от внешнего источника электроэнергии. Обычно локомотивы классифицируют по источнику энергии. К наиболее распространенным относятся:

Steam [ править ]

Паровоз - это локомотив, основным источником энергии которого является паровая машина . Наиболее распространенная форма паровоза также содержит котел для выработки пара, используемого двигателем. Вода в котле нагревается за счет сжигания горючего материала - обычно угля, дерева или масла - с образованием пара. Пар перемещает возвратно-поступательные поршни, которые связаны с главными колесами локомотива, известными как «ведущие колеса». И топливо, и вода доставляются вместе с локомотивом, либо на самом локомотиве, в бункерах и цистернах (такое расположение известно как « локомотив-цистерна »), либо тянутся за локомотивом на тендерах., (это устройство известно как « тендерный локомотив »).

Первый полноценный действующий железнодорожный паровоз был построен Ричардом Тревитиком в 1802 году. Он был построен для металлургического завода Coalbrookdale в Шропшире в Соединенном Королевстве, хотя никаких записей о его работе там не сохранилось. ^[3] 21 февраля 1804 года произошло первое зарегистрированное путешествие по железной дороге на паровой тяге, когда другой локомотив Тревитика вез поезд с металлургического завода Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Аберсинон в Южном Уэльсе. ^{[4] [5]} В сопровождении Эндрю Вивиана он прошел с переменным успехом. ^[6] Конструкция включала в себя ряд важных нововведений, включая использование пара высокого давления, что уменьшило вес двигателя и повысило его эффективность.

В 1812 году двухцилиндровый реечный локомотив Мэтью Мюррея « Саламанка» впервые выехал на реечную железную дорогу Миддлтон с рельсами с рельсами ; ^[7] это обычно считается первым коммерчески успешным локомотивом. ^{[8] [9]} Другим хорошо известным ранним локомотивом был Паффинг Билли , построенный в 1813–14 годах инженером Уильямом Хедли для угольной шахты Уилам возле Ньюкасл-апон-Тайн. Этот локомотив является самым старым из сохранившихся и находится в статической экспозиции Музея науки в Лондоне. Джордж Стивенсон построил Locomotion № 1 для железной дороги Стоктон и Дарлингтон. на северо-востоке Англии, где была первая в мире государственная паровая железная дорога. В 1829 году его сын Роберт построил The Rocket в Ньюкасл-апон-Тайн . Ракета участвовала в испытаниях Рейнхилл и выиграла их . Этот успех привел к тому, что компания стала выдающимся производителем паровозов, используемых на железных дорогах Великобритании, США и большей части Европы. ^[10] Ливерпуль и Манчестер железной дороги , построенный Стефенсон, который был открыт год спустя делает исключительное использование энергии пара для пассажирских и грузовых поездов .

Паровоз оставался самым распространенным типом локомотивов до окончания Второй мировой войны . ^[11] Паровозы менее эффективны, чем современные дизельные и электрические локомотивы, и для их эксплуатации и обслуживания требуется значительно большая рабочая сила. ^[12] Данные British Rail показали, что стоимость экипажа и заправки паровоза была примерно в два с половиной раза больше, чем стоимость обслуживания эквивалентного тепловоза, а суточный пробег, который они могли использовать, был ниже. ^{[ необходима цитата ]} Примерно между 1950 и 1970 годами большинство паровозов было снято с коммерческой эксплуатации и заменено электрическими и дизель-электрическими локомотивами. ^[13][14] В то время как Северная Америка перешла от пара в 1950-е годы, а континентальная Европа к 1970-м годам, в других частях мира переход произошел позже. Пар был знакомой технологией, в которой использовалось широко доступное топливо, и в странах с низкой заработной платой не было столь значительного различия в стоимости. Его продолжали использовать во многих странах до конца 20 века. К концу 20-го века почти единственная паровая энергия, которая регулярно использовалась во всем мире, была на старых железных дорогах .

Внутреннее сгорание [ править ]

В локомотивах внутреннего сгорания используется двигатель внутреннего сгорания , соединенный с ведущими колесами трансмиссией. Обычно они поддерживают работу двигателя с почти постоянной скоростью независимо от того, стоит ли локомотив или движется. Локомотивы внутреннего сгорания классифицируются по типу топлива и подкатегории по типу трансмиссии.

Керосин [ править ]

Керосиновые локомотивы используют в качестве топлива керосин . Это были первые в мире локомотивы внутреннего сгорания, на несколько лет опередившие дизельные и другие нефтяные локомотивы. Первый известный керосин рельсовое транспортное средство было дрезина построен Gottlieb Daimler в 1887 году, ^[15] , но это не было технически локомотивом , как он нес полезную нагрузку.

Керосиновый локомотив был построен в 1894 году компанией Priestman Brothers из Кингстона-апон-Халла для использования в доках Халла . Этот локомотив был построен с использованием двигателя морского двойного действия мощностью 12 л.с., работающего со скоростью 300 об / мин, установленного на шасси четырехколесного вагона. Из-за низкой выходной мощности он мог перевозить только один груженый вагон за раз и не имел большого успеха. ^[16] Первым успешным керосиновым локомотивом был «Lachesis», построенный компанией Richard Hornsby & Sons Ltd. и доставленный железной дороге Woolwich Arsenal в 1896 году. В период с 1896 по 1903 год компания построила четыре керосиновых локомотива для использования в Арсенале.

Бензин [ править ]

Бензиновые локомотивы используют бензин в качестве топлива. Первым коммерчески успешным бензиновым локомотивом был бензиново-механический локомотив, построенный Maudslay Motor Company в 1902 году для рынка Deptford Cattle Market в Лондоне . Это был локомотив мощностью 80 л.с. с 3-цилиндровым вертикальным бензиновым двигателем с двухступенчатой ​​механической коробкой передач.

Бензиновый-механический [ править ]

Наиболее распространенным типом бензиновых локомотивов являются бензиново-механические локомотивы , в которых используется механическая трансмиссия в виде коробок передач (иногда в сочетании с цепными приводами ) для передачи выходной мощности двигателя на ведущие колеса, как в автомобиле. . Второй бензиново-механический локомотив был построен FC Blake of Kew в январе 1903 года для Главного управления канализации Ричмонда . ^{[17] [18] [16]}

Бензин-электрический [ править ]

Бензиновые электрические локомотивы - это бензиновые локомотивы, в которых используется электрическая трансмиссия для передачи выходной мощности двигателя на ведущие колеса. Это устраняет необходимость в коробках передач за счет преобразования вращательной механической силы двигателя в электрическую энергию с помощью динамо-машины , а затем приводит в действие колеса с помощью многоскоростных электрических тяговых двигателей . Это обеспечивает более плавное ускорение, поскольку исключает необходимость переключения передач, однако является более дорогим, тяжелым и иногда более громоздким, чем механическая трансмиссия.

Дизель [ править ]

Тепловозы оснащены дизельными двигателями . На заре разработки дизельных двигателей различные системы трансмиссии использовались с разной степенью успеха, причем электрическая трансмиссия оказалась самой популярной.

Дизель-механический [ править ]

Дизель-механический локомотив использует механическую передачу для передачи мощности на колеса. Этот тип трансмиссии обычно ограничивается маломощными низкоскоростными маневровыми (переключающими) локомотивами, легковесными многоблочными агрегатами и самоходными железнодорожными вагонами . Первые тепловозы были дизель-механическими. В 1906 году Рудольф Дизель , Адольф Клозе и производитель паровых и дизельных двигателей Gebrüder Sulzerосновал компанию Diesel-Sulzer-Klose GmbH по производству тепловозов. Прусские государственные железные дороги заказали у компании тепловоз в 1909 году. Первый в мире тепловоз с дизельным двигателем (дизель-механический локомотив) эксплуатировался летом 1912 года на железной дороге Винтертур – Романсхорн в Швейцарии, но не имел коммерческого успеха. . ^[19] До середины 1920-х годов в ряде стран было произведено небольшое количество опытных тепловозов.

Дизель-электрический [ править ]

Дизель-электрические локомотивы - тепловозы, использующие электрическую трансмиссию . Дизельный двигатель приводит в действие либо электрический генератор постоянного тока (обычно, менее 3000 лошадиных сил (2200 кВт) нетто для тяги), либо электрический генератор переменного тока-выпрямитель (обычно 3000 лошадиных сил (2200 кВт) или более для тяги), мощность который обеспечивает питание тяговых двигателей , приводящих в движение локомотив. Между дизельным двигателем и колесами нет механической связи. Подавляющее большинство тепловозов сегодня - дизель-электрические.

В 1914 году Герман Лемп , инженер-электрик General Electric , разработал и запатентовал надежную систему электрического управления постоянным током (последующие усовершенствования также были запатентованы Lemp). ^[20] В конструкции Лемпа использовался один рычаг для скоординированного управления двигателем и генератором, и он был прототипом для управления всеми дизель-электрическими локомотивами . В 1917–18 компания GE произвела три экспериментальных дизель-электрических локомотива, используя конструкцию управления Лемпа. ^[21] В 1924 году начал работу дизель-электровоз ( E el 2, оригинальный номер Юэ 001 / Yu-e 001). Он был разработан командой во главе сЮрия Ломоносова и построена в 1923–1924 годах компанией Maschinenfabrik Esslingen в Германии. У него было 5 ведущих мостов (1'E1 '). После нескольких тестовых поездок он возил поезда почти три десятилетия с 1925 по 1954 год ^[22].

Дизель-гидравлический [ править ]

Дизель-гидравлические локомотивы - тепловозы с гидравлической трансмиссией . В этой компоновке они используют один или несколько преобразователей крутящего момента в сочетании с шестернями с механической главной передачей для передачи мощности от дизельного двигателя к колесам.

Основным мировым потребителем магистральных гидравлических трансмиссий была Федеративная Республика Германия , с конструкциями, включая DB Class V 200 1950-х годов и семейство DB V 160 1960 и 1970-х годов . British Rail представила ряд дизель-гидравлических конструкций в рамках Плана модернизации 1955 года , изначально лицензионных версий немецких разработок. В Испании Renfe Operadora использовала двухмоторные немецкие конструкции с высоким соотношением мощности и веса для перевозки высокоскоростных поездов с 1960-х по 1990-е годы. (см. классы RENFE 340 , 350 , 352 , 353 , 354 ).

Системы гидростатического привода также применялись на рельсах, например, маневровые локомотивы от 350 до 750 л.с. (от 260 до 560 кВт) от CMI Group (Бельгия). ^[23] Гидростатические приводы также используются в машинах для обслуживания железных дорог, таких как трамбовки и шлифовальные машины . ^[24]

Газовая турбина [ править ]

Газотурбовоз представляет собой двигатель внутреннего сгорания локомотив , состоящий из газовой турбины . Двигатели ICE требуют трансмиссии для привода колес. Двигатель должен продолжать работать, когда локомотив остановлен.

Газотурбинно-механические локомотивы используют механическую трансмиссию для передачи выходной мощности газовых турбин на колеса. Газотурбинный локомотив был запатентован в 1861 году Марком Антуаном Франсуа Менноном (британский патент № 1633). ^[25]Нет никаких доказательств того, что локомотив действительно был построен, но конструкция включает в себя основные элементы газотурбинных локомотивов, в том числе компрессор, камеру сгорания, турбину и подогреватель воздуха. В 1952 году Renault поставила прототип четырехосного газотурбинно-механического локомотива мощностью 1150 л.с., оснащенного системой производства газа и сжатого воздуха Pescara «со свободной турбиной», вместо коаксиального многоступенчатого компрессора, встроенного в турбину. На смену этой модели в 1959 году пришла пара шестиосных локомотивов мощностью 2400 л.с. с двумя турбинами и питанием Pescara. Несколько подобных локомотивов было построено в СССР на Харьковском локомотивном заводе . ^[26]

Газотурбинные электровозы используют газовую турбину для привода электрического генератора или генератора переменного тока, вырабатывающего электрический ток, приводящего в действие тяговый двигатель, приводящий в движение колеса. В 1939 году Швейцарские федеральные железные дороги заказали у Brown Boveri Am 4/6, GTEL с максимальной мощностью двигателя 1620 кВт (2170 л.с.) . Он был завершен в 1941 году, а затем прошел испытания перед поступлением на регулярную службу. Am 4/6 был первым газотурбинным электровозом. British Rail 18000 была построена компанией Brown Boveri и доставлена ​​в 1949 году. British Rail 18100 была построена компанией Metropolitan-Vickers.и доставлен в 1951 году. Третий локомотив, British Rail GT3 , был построен в 1961 году. Union Pacific Railroad использовала большой парк грузовых локомотивов с турбинными двигателями, начиная с 1950-х годов. ^[27] Они широко использовались на дальних маршрутах и ​​были экономически эффективными, несмотря на низкую экономию топлива 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 намного 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 массе намного выше. Турбина с заданной выходной мощностью также физически меньше, чем поршневой двигатель такой же мощности, что позволяет локомотиву быть очень мощным, но не чрезмерно большим. Однако выходная мощность турбины и ее КПД резко падают с увеличением скорости вращения , в отличие от поршневого двигателя, который имеет сравнительно пологую кривую мощности. Это делает системы GTEL полезными в первую очередь для высокоскоростных поездок на длинные дистанции. Дополнительные проблемы с газотурбинными электровозами заключались в том, что они были очень шумными. ^[28]

Электрический [ править ]

Электровоз - это локомотив, работающий только от электричества. Электроэнергия подается к движущимся поездам с помощью (почти) непрерывного проводника, идущего вдоль пути, который обычно принимает одну из трех форм: воздушная линия , подвешенная на столбах или вышках вдоль пути, либо на конструкции или перекрытиях туннелей; третий рельс , установленный на уровне траектории; или бортовой аккумулятор . И воздушные провода, и системы третьего рельса обычно используют ходовые рельсы в качестве обратного проводника, но в некоторых системах для этой цели используется отдельный четвертый рельс. Тип используемой электроэнергии - постоянный (DC) или переменный (AC) ток.

Существуют различные методы сбора: троллейбус , представляющий собой длинный гибкий стержень, который соединяет трос с колесом или башмаком; носовой коллектор , который представляет собой кадр , который имеет длинный стержень сбора против проволоки; пантографа , который представляет собой откидную раму , которая удерживает сбор обувь против проволоки в фиксированной геометрии; или контактный башмак , который представляет собой башмак, контактирующий с третьей направляющей. Из этих трех метод пантографа лучше всего подходит для высокоскоростной работы.

В электровозах почти повсеместно используются подвесные тяговые двигатели, по одному двигателю на каждую ведущую ось. В этой конструкции одна сторона корпуса двигателя поддерживается подшипниками скольжения, установленными на шлифованной и полированной шейке, которая является неотъемлемой частью оси. На другой стороне корпуса имеется выступ в форме языка, который входит в соответствующий паз в балке тележки (тележки), его назначение - действовать как устройство реакции крутящего момента, а также в качестве опоры. Передача мощности от двигателя к оси осуществляется цилиндрической зубчатой ​​передачей , в которой шестерня на валу двигателя входит в зацепление с зубчатым колесом.на оси. Обе шестерни заключены в непроницаемый для жидкости корпус, содержащий смазочное масло. Тип обслуживания, в котором используется локомотив, определяет используемое передаточное число. Численно высокие передаточные числа обычно встречаются на грузовых единицах, тогда как численно низкие передаточные числа типичны для легковых двигателей.

Электроэнергия обычно вырабатывается на крупных и относительно эффективных генерирующих станциях , передается в железнодорожную сеть и распределяется по поездам. Некоторые электрические железные дороги имеют свои собственные выделенные генерирующие станции и линии электропередач, но большинство покупают электроэнергию у электроэнергетических компаний . Железная дорога обычно имеет собственные распределительные линии, стрелочные переводы и трансформаторы .

Электровозы обычно стоят на 20% меньше тепловозов, их расходы на техническое обслуживание на 25-35% ниже, а стоимость эксплуатации на 50% меньше. ^[29]

Постоянный ток [ править ]

Самые ранние системы были системами постоянного тока . Первый пассажирский электропоезд был представлен Вернером фон Сименсом в Берлине в 1879 году. Локомотив приводился в движение последовательным двигателем мощностью 2,2 кВт, и поезд, состоящий из локомотива и трех вагонов, достиг скорости 13 км / ч. . За четыре месяца поезд перевез 90 000 пассажиров по круговой колее длиной 300 метров (984 фута). Электроэнергия (150 В постоянного тока) подавалась через третий изолированный рельс между рельсами. Контактный ролик использовался для сбора электричества. Первая в мире линия электрического трамвая открылась в Лихтерфельде недалеко от Берлина, Германия, в 1881 году. Она была построена Вернером фон Сименсом (см. Трамвай Gross-Lichterfelde и Berlin Straßenbahn ). ВЭлектрическая железная дорога Фолька открылась в 1883 году в Брайтоне и является старейшей сохранившейся электрической железной дорогой. Также в 1883 году недалеко от Вены в Австрии открылся трамвай Mödling and Hinterbrühl . Он был первым в мире в штатном режиме с питанием от воздушной линии. Пять лет спустя в США в 1888 году впервые на пассажирской железной дороге Ричмонд-Юнион были впервые применены электрические тележки с использованием оборудования, разработанного Фрэнком Дж. Спрагом . ^[30]

Первой линией метро с электричеством была городская и южная лондонская железная дорога , что было вызвано положением в ее законном акте, запрещающем использование энергии пара. ^[31] Он открылся в 1890 году с использованием электровозов, построенных Mather & Platt . Электричество быстро стало предпочтительным источником питания для метро, ​​чему способствовало изобретение Спрагом в 1897 году системы управления поездами с несколькими единицами .

Первое использование электрификации на главной линии было на четырехмильном отрезке линии Балтиморского пояса железной дороги Балтимора и Огайо (B&O) в 1895 году, соединяющей основную часть B&O с новой линией, ведущей в Нью-Йорк через серию туннели по краям центра Балтимора. Первоначально использовались три блока Бо + Бо в южном конце электрифицированного участка; они соединились с локомотивом, поездом и протащили его по туннелям. ^[32]

DC использовался в более ранних системах. Эти системы постепенно были заменены на AC. Сегодня почти все магистральные железные дороги используют системы переменного тока. Системы постоянного тока предназначены в основном для городского транспорта, такого как системы метро, ​​легкорельсовый транспорт и трамваи, где требования к мощности меньше.

Переменный ток [ править ]

Первый практический электровоз переменного тока был разработан Чарльзом Брауном , который тогда работал в компании Oerlikon , Цюрих. В 1891 году Браун продемонстрировал передачу электроэнергии на большие расстояния с использованием трехфазного переменного тока между гидроэлектростанцией в Лауффен- на -Неккаре и Франкфуртом - на -Майне-Вест, на расстоянии 280 км. Используя опыт, который он приобрел во время работы на Джин Хейльманн над конструкциями паровых электрических локомотивов, Браун заметил, что трехфазные двигатели имеют более высокое отношение мощности к массе, чем двигатели постоянного тока, и из-за отсутствия коммутатора, были проще в изготовлении и обслуживании. ^[33] Однако они были намного больше, чем двигатели постоянного тока того времени, и не могли быть установлены в подпольных тележках : их можно было перевозить только в кузовах локомотивов. ^[34]

В 1894 году венгерский инженер Кальман Кандо разработал новый тип трехфазных асинхронных электродвигателей и генераторов для электровозов. Проекты Кандо начала 1894 года были впервые применены в коротком трехфазном трамвае переменного тока в Эвиан-ле-Бен (Франция), который был построен между 1896 и 1898 годами. ^{[35] [36] [37] [38] [39]} В 1918 году , ^[40] Кандо изобрел и разработал вращающийся фазовый преобразователь , позволяющий электровозам использовать трехфазные двигатели при питании по единственному воздушному проводу, по которому передается однофазный переменный ток простой промышленной частоты (50 Гц) высоковольтных национальных сетей. ^[41]

В 1896 году компания Oerlikon установила первый коммерческий образец системы на трамвае Лугано . Каждый 30-тонный локомотив имел два двигателя мощностью 110 кВт (150 л.с.), работающие от трехфазного тока 750 В 40 Гц, питаемые от двойных воздушных линий. Трехфазные двигатели работают с постоянной скоростью и обеспечивают рекуперативное торможение и хорошо подходят для крутых маршрутов, а первые трехфазные локомотивы для магистральных линий были поставлены Брауном (к тому времени в партнерстве с Вальтером Бовери ) в 1899 г. км Бургдорф - линия Тун , Швейцария. Первая реализация однофазного источника питания переменного тока промышленной частоты для локомотивов была осуществлена ​​компанией Oerlikon в 1901 году с использованием разработок Ганса Бен-Эшенбурга и Эмиля Хубера-Стокара.; установка на линии Зеебах-Веттинген Швейцарских федеральных железных дорог была завершена в 1904 году. В локомотивах мощностью 15 кВ, 50 Гц, 345 кВт (460 л.с.), 48 тонн использовались трансформаторы и вращающиеся преобразователи для питания тяговых двигателей постоянного тока. ^[42]

Итальянские железные дороги первыми в мире внедрили электрическую тягу на всей длине магистрали, а не на ее коротком участке. 106-километровая линия Вальтеллина была открыта 4 сентября 1902 года по проекту Кандо и команды завода Ганца. ^{[43] [41]} Электрическая система была трехфазной на 3 кВ 15 Гц. Напряжение было значительно выше, чем использовалось ранее, что потребовало новых разработок электродвигателей и коммутационных устройств. ^{[44] [45]} Трехфазная двухпроводная система использовалась на нескольких железных дорогах Северной Италии и стала известна как «итальянская система». Кандо был приглашен в 1905 году, чтобы взять на себя управление Società Italiana Westinghouse и руководил разработкой нескольких итальянских электровозов. ^[44]

Аккумуляторно-электрический [ править ]

Аккумуляторный электровоз (или аккумуляторный локомотив) - электровоз, работающий от бортовых аккумуляторов ; разновидность аккумуляторного электромобиля .

Такие локомотивы используются там, где обычный дизельный или электрический локомотив не подходит. Примером могут служить поезда техобслуживания на электрифицированных линиях при отключении электричества. Другое применение - на промышленных объектах, где локомотив с двигателем внутреннего сгорания (например, с паровым или дизельным двигателем ) может вызвать проблемы с безопасностью из-за риска возгорания, взрыва или появления дыма в замкнутом пространстве. Локомотивы батареи являются предпочтительными для шахт , где газ может быть зажжен тележкой с питанием от блоков дуговых на обуви сбора, или там , где электрическое сопротивление может развиваться в цепях питания или возврата, особенно на рельсовых стыках, а также позволяет опасному току утечки в землю. ^[46]

Первый известный электровоз был построен в 1837 году химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина и питался от гальванических элементов (батарей). Позже Дэвидсон построил более крупный локомотив по имени Гальвани , выставленный на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. Семитонный автомобиль имел два реактивных двигателя с прямым приводом , с фиксированными электромагнитами, действующими на стальные стержни, прикрепленные к деревянному цилиндру на каждой оси. и простые коммутаторы . Он буксировал груз весом шесть тонн со скоростью четыре мили в час (6 километров в час) на расстояние в полторы мили (2,4 километра). Он был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго.в сентябре следующего года, но ограниченная мощность от батареек не позволила его повсеместно использовать. ^{[47] [48] [49]}

Другой пример был в Copper Mine Kennecott , Латуш, на Аляске , где в 1917 году подземные ходы были расширены и экспедирование для того, чтобы работать на двух батарей локомотивов 4 ¹ ⁄ ₂ тонны. ^[50] В 1928 году Kennecott Copper заказал четыре электровоза серии 700 с бортовыми батареями. Эти локомотивы весили 85 тонн и работали на контактном проводе напряжением 750 вольт со значительным увеличением дальности при работе от батарей. ^[51] Локомотивы прослужили несколько десятилетий с использованием никель-железной аккумуляторной технологии (Эдисон). Батареи были заменены свинцово-кислотными , и вскоре после этого локомотивы были списаны. Все четыре локомотива переданы в дар музеям, а один списан. Остальные можно увидеть на железной дороге Бун и Сценик-Вэлли , штат Айова, и в Западном железнодорожном музее.в Рио-Виста, Калифорния. Комиссия по транзиту Торонто ранее эксплуатировала аккумуляторный электровоз, построенный Nippon Sharyo в 1968 году и выведенный из эксплуатации в 2009 году. ^[52]

Лондонский метрополитен регулярно эксплуатирует аккумуляторные электровозы для проведения ремонтных работ.

В 1960-х годах развитие высокоскоростного сообщения привело к дальнейшей электрификации. Японский Синкансэн и французский TGV были первыми системами, для которых с нуля были построены специализированные высокоскоростные линии. Аналогичные программы были предприняты в Италии , Германии и Испании ; и во многих странах мира. Электрификация железных дорог постоянно росла в последние десятилетия, и по состоянию на 2012 год на электрифицированные пути приходится почти треть от общего числа путей во всем мире. ^[53]

По сравнению с основной альтернативой, дизельным двигателем , электрические железные дороги предлагают значительно лучшую энергоэффективность, меньшие выбросы и более низкие эксплуатационные расходы. Электровозы также обычно тише, мощнее, отзывчивее и надежнее дизелей. У них нет локальных выбросов, что является важным преимуществом в туннелях и городских районах. Некоторые электрические тяговые системы обеспечивают рекуперативное торможение, которое превращает кинетическую энергию поезда обратно в электричество и возвращает ее в систему питания для использования другими поездами или общей энергосистемой. В то время как тепловозы сжигают нефть, электричество можно вырабатывать из различных источников, включая возобновляемые источники энергии.

Другие типы [ править ]

Дизель-паровой [ править ]

Гибридные паровозы с дизельным двигателем могут использовать пар, вырабатываемый котлом или дизелем, для питания поршневого двигателя. Система сжатого пара Cristiani использовала дизельный двигатель для привода компрессора в действие и рециркуляции пара, производимого котлом; эффективное использование пара в качестве среды передачи энергии, причем дизельный двигатель является основным двигателем ^[54]

В 1940-х годах тепловозы начали вытеснять паровую энергию на американских железных дорогах. После окончания Второй мировой войны дизельные двигатели начали появляться на железных дорогах многих стран. Значительно лучшая экономическая эффективность дизельной эксплуатации привела к переходу на дизельную энергию, процесс, известный как дизелизация . К концу 1990-х только исторические железные дороги продолжали эксплуатировать паровозы в большинстве стран.

Тепловозы требуют значительно меньше обслуживания, чем паровые, с соответствующим сокращением количества персонала, необходимого для обслуживания парка. Лучшие паровозы проводили в цехе в среднем от трех до пяти дней в месяц для текущего обслуживания и текущего ремонта. ^{[ необходима цитата ]} Часто проводились капитальные ремонты , часто включающие снятие котла с рамы для капитального ремонта. Напротив, типичный тепловоз требует не более восьми-десяти часов обслуживания в месяц (интервалы обслуживания составляют 92 дня или 184 дня, в зависимости от возраста локомотива), ^{[ цитата необходима ]} и может проработать десятилетия между капитальными ремонтами. ^{[ необходима цитата]} Дизельные агрегаты загрязняют меньше, чем паровозы; ^{[ необходима цитата ]} современные агрегаты производят низкие выбросы выхлопных газов.

Атомно-электрический [ править ]

В начале 1950-х доктор Лайл Борст из Университета штата Юта получил финансирование от различных железнодорожных компаний и производителей США на исследование возможности создания локомотива с электроприводом, в котором бортовой атомный реактор вырабатывал пар для выработки электроэнергии. В то время атомная энергия не была полностью понята; Борст считал, что главным камнем преткновения является цена на уран. В случае атомного локомотива Borst центральная секция будет иметь 200-тонную камеру реактора и стальные стенки толщиной 5 футов, чтобы предотвратить выброс радиоактивности в случае аварии. Он оценил стоимость производства атомных локомотивов с двигателями мощностью 7000 л.с. примерно в 1 200 000 долларов каждый. ^[55] Следовательно, поезда с бортовыми ядерными генераторами в целом считались невозможными из-за непомерно высоких затрат.

Топливный элемент-электрический [ править ]

В 2002 году в Валь-д'Ор , Квебек, был продемонстрирован первый карьерный локомотив мощностью 3,6 тонны и мощностью 17 кВт, работающий на водороде (топливных элементах) . В 2007 году образовательная мини-гидра в Гаосюне , Тайвань, вступила в строй. Railpower GG20B , наконец , еще один пример клеточно-электрический локомотив топлива.

Гибридные локомотивы [ править ]

Существует много различных типов гибридных или двухрежимных локомотивов, использующих два или более типа движущей силы. Наиболее распространены гибриды - электровозы с дизельным двигателем, приводимые в действие либо от электросети, либо от бортового дизельного двигателя . Они используются для обеспечения непрерывных поездок по маршрутам, которые лишь частично электрифицированы. Примеры включают EMD FL9 и Bombardier ALP-45DP.

Используйте [ редактировать ]

Есть три основных применения локомотивов в операциях железнодорожного транспорта : для перевозки пассажирских поездов, грузовых поездов и для переключения (английский в Великобритании: маневрирование).

Грузовые локомотивы обычно проектируются для обеспечения высокого пускового тягового усилия и высокой продолжительной мощности. Это позволяет им запускать и перемещать тяжелые поезда, но обычно происходит за счет относительно низких максимальных скоростей. Пассажирские локомотивы обычно развивают меньшее тяговое усилие при пуске, но могут работать на высоких скоростях, необходимых для соблюдения расписания движения пассажиров. Локомотивы смешанного движения (американский английский: локомотивы общего назначения или дорожные стрелочные локомотивы) не развивают такое же стартовое тяговое усилие, как грузовые локомотивы, но могут перевозить более тяжелые поезда, чем пассажирские локомотивы.

Большинство паровозов имеют поршневые двигатели, с поршнями, соединенными с ведущими колесами с помощью шатунов, без промежуточной коробки передач. Это означает, что сочетание тягового усилия при пуске и максимальной скорости в значительной степени зависит от диаметра ведущих колес. Паровозы, предназначенные для грузовых перевозок, обычно имеют ведущие колеса меньшего диаметра, чем пассажирские локомотивы.

В дизель-электрических и электрических локомотивах система управления между тяговыми двигателями и осями адаптирует выходную мощность к рельсам для грузовых или пассажирских перевозок. Пассажирские локомотивы могут включать в себя другие функции, такие как головная станция (также называемая источником питания для отелей или электропоездов) или парогенератор .

Некоторые локомотивы разработаны специально для работы на железных дорогах с крутым уклоном и оснащены обширными дополнительными тормозными механизмами, а иногда и зубчатой ​​рейкой. Паровозы, построенные для крутых реечных железных дорог, часто имеют котел под наклоном относительно рамы локомотива , так что котел остается примерно ровным на крутых склонах.

Локомотивы также используются в некоторых высокоскоростных поездах: все TGV , многие AVE , некоторые KTX и ныне списанные поезда ICE 2 и ICE 1 используют локомотивы, которые также могут быть известны как силовые вагоны. Использование силовых автомобилей легко обеспечивает высокое качество езды и меньшее количество электрического оборудования, ^[56] но по сравнению с электрическими многоканальными двигателями они также предлагают меньшее ускорение и более высокую осевую массу (для силовых автомобилей). В KTX-II и ICE 1 используется смесь электротехнических агрегатов и силовых автомобилей.

Оперативная роль [ редактировать ]

Иногда локомотивы выполняют определенную роль, например:

• Поезд двигатель является техническим названием локомотива , прикрепленного к передней части железнодорожного поезда буксировать , что поезд. В качестве альтернативы, если существуют средства для двухтактного режима, двигатель поезда может быть прикреплен к задней части поезда;
• Пилотный двигатель - локомотив, закрепленный перед локомотивом поезда, для обеспечения движения по двум направлениям ;
• Креновый локомотив - локомотив, временно помогающий поезду сзади из-за затрудненного трогания с места или крутого уклона;
• Легковой двигатель - локомотив, работающий без поезда по причинам перемещения или эксплуатации.
• Пилот станции - локомотив, используемый для маневрирования пассажирских поездов на вокзале.

Расположение колес [ править ]

Колесная формула локомотива описывает, сколько у него колес; общие методы включают в себя расположение колес AAR , классификацию UIC и системы обозначений Уайта .

Локомотивы с дистанционным управлением [ править ]

Во второй половине двадцатого века локомотивы с дистанционным управлением начали вводить в эксплуатацию операции переключения, дистанционно управляемые оператором вне кабины локомотива. Основное преимущество заключается в том, что один оператор может контролировать загрузку зерна, угля, гравия и т. Д. В вагоны. Кроме того, один и тот же оператор может перемещать поезд по мере необходимости. Таким образом, локомотив загружается или выгружается примерно в трети случаев. ^{[ необходима цитата ]}

Сравнение с несколькими единицами [ править ]

В этом разделе есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) Этот раздел читается как учебник и может потребовать очистки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, чтобы сделать ее нейтральной по тону и соответствовать стандартам качества Википедии . ( Апрель 2009 г. ) Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. ( Апрель 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Преимущества [ править ]

Есть несколько основных причин изолировать мощность локомотивного поезда по сравнению с самоходными поездами . ^[57]

Простота

Из-за необходимости замены локомотива из-за неисправности или из-за необходимости обслуживания силового агрегата, относительно легко заменить локомотив другим, не выводя из эксплуатации весь поезд.

Максимальное использование силовых автомобилей

Отдельные локомотивы облегчают перемещение дорогостоящих силовых двигателей по мере необходимости; тем самым избегая расходов, связанных с заблокированными или простаивающими ресурсами питания.

Гибкость

Большие локомотивы могут заменить маленькие локомотивы, когда требуется большая мощность, например, на крутых склонах. При необходимости локомотив может использоваться как для грузовых, так и для пассажирских перевозок.

Циклы устаревания

Отделение движущей силы от вагонов, перевозящих полезную нагрузку, позволяет заменять одни, не влияя на другие. Чтобы проиллюстрировать, локомотивы могут устареть, когда связанные с ними вагоны - нет, и наоборот.

Безопасность

В случае аварии локомотив может действовать как буферная зона для остальной части поезда. В зависимости от препятствия, встречающегося на железнодорожной линии, большая масса локомотива с меньшей вероятностью отклонится от своего нормального курса. В случае пожара это может быть безопаснее, например, с тепловозами.

Шум

Один источник тягового усилия (т. Е. Двигатели в одном месте) тише, чем несколько действующих силовых агрегатов, где один или несколько двигателей расположены под каждой кареткой. Проблема шума особенно заметна в дизельных двигателях .

Экономит время

Движущая сила сопровождает перевозимые автомобили и, следовательно, позволяет сэкономить время.

Обслуживание

Может быть проще обслуживать один силовой агрегат, чем несколько двигателей / моторов. В частности, для паровозов, но также и для других типов, помещения для технического обслуживания могут быть очень грязными, и желательно не размещать пассажиров в одном и том же депо. Это было одной из причин упадка паровых рельсовых двигателей GWR .

Недостатки [ править ]

Есть несколько преимуществ многократной единицы (MU) поезда по сравнению с локомотивами.

Энергоэффективность

Составные части более энергоэффективны, чем составы с локомотивом, и более маневренны, особенно на спусках, поскольку гораздо большая часть веса поезда (иногда весь вес) приходится на ведущие колеса, а не на мертвый вес вагонов без двигателя.

Не нужно поворачивать локомотив

Многие из нескольких единиц имеют кабины на обоих концах; следовательно, поезд может быть реверсирован без разъединения / повторного сцепления локомотива, что обеспечивает более быстрое время поворота, снижение затрат на бригаду и повышение безопасности. На практике развитие прицепов-фургонов и вагонов с кабиной устранило необходимость в локомотивах для обкатки, что облегчило работу в обоих направлениях и устранило это преимущество MU.

Надежность

Составные поезда имеют несколько двигателей, и отказ одного двигателя обычно не мешает поезду продолжать движение. Пассажирский поезд, запряженный локомотивом, обычно имеет только одну силовую установку; отказ этого единственного устройства временно выводит из строя поезд. Однако, как это часто бывает с грузовыми поездами, буксируемыми локомотивами, некоторые пассажирские поезда используют несколько локомотивов и, таким образом, могут продолжать движение на пониженной скорости после выхода из строя одного локомотива.

Локомотивы в нумизматике [ править ]

Локомотивы были предметом коллекционных монет и медалей. Одним из примеров является памятная монета 25 евро в честь 150-летия Земмерингской альпийской железной дороги . На аверсе изображены два локомотива: исторический и современный, представляющие технический прогресс в локомотивостроении в период с 1854 по 2004 год. В нижней половине изображен первый действующий альпийский локомотив Engerth ; построенный Вильгельмом Фрайхером фон Энгертом . Верхняя половина изображает ES 64 U "Taurus" , высокопроизводительный локомотив начала XXI века. ^{[ необходима цитата ]}

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Эллис, Гамильтон (1968). Иллюстрированная энциклопедия железных дорог . Издательская группа Hamlyn.
• Чурелла, Альберт Дж. (1998). От пара до дизеля: управленческие обычаи и организационные возможности в американской локомотивной промышленности двадцатого века . Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-02776-0.

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с локомотивами, на Викискладе?

• Путеводитель инженера 1891 года.
• Визитки локомотивов и исторические локомотивы нескольких стран, упорядоченные по датам
• Pickzone Локомотив Модель ^{[ постоянная битая ссылка ]}
• Международные паровозы
• Превращение локомотива в стационарный двигатель , Popular Science ежемесячно, февраль 1919 г., стр. 72, сканировано Google Книгами: https://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PA72