内燃机车辅助装置

内燃机车辅助装置

内燃机车辅助装置（diesel locomotive auxiliary device）

    保证机车柴油机、传动装置、走行部、制动装置及电气控制设备等正常运转，以及提供乘务人员正常工作条件的各项装置。是内燃机车必不可少的重要组成部分。内燃机车补助装置包括：冷却系统、燃油系统、空气滤清系统、润滑油系统、预热系统、压缩空气系统、通风装置、辅助装置驱动、撒砂装置，以及用于改善乘务员工作条件的各种设备。

内燃机车辅助装置驱动（drive of diesel locomotive auxiliary device）为保证机车及柴油机正常工作，在机车上设置的一些辅助设备，如空气压缩机、通风机、启动发电机和冷却风扇等。这些设备的运转都要直接或间接地消耗柴油机的部分功率。一般约占柴油机功率的6%～10%。辅助装置的驱动主要有机械驱动、直流电动机直接驱动和液压驱动等三种形式。下图是辅助装置机械驱动及静液压驱动示例。

    对内燃机车辅助装置的基本要求：①提高其主要机组的经济性、可靠性和保证机车运行的安全性。改进内燃机车的辅助装置，减少其功率消耗，这对增加机车牵引功率，提高机车效率，节省能源，提高铁路运输能力有着重要意义。②传动系统采用多种结构形式的弹性联轴节，不仅能用来调整传动机构的扭转振动性能，而且还能有效地补偿相联机械设备轴线之间的径向、轴向和角度等方面的位移，降低机械设备安装位置要求，起到改善扭振、缓和冲击振动、吸收高频振动和降低噪声的作用。③前、后变速箱和与之相联的机械设备的轴线之间必须符合一定的安装要求。例如各轴的平行度、圆周端面上的跳动公差及同轴度公差等。

    机车在满足起动条件时，由蓄电池向启动发电机供电，通过机械传动装置带动柴油机启动。柴油机启动后通过机械传动直接驱动启动发电机、励磁机、测速发电机、通风机及液压传动的液压泵工作。冷却风扇采用液压马达驱动。空气压缩机、启动机油泵及燃油泵等由直流电动机驱动，其电源来自启动发电机（柴油机工作时）或机车蓄电池（柴油机停止工作时）。

    内燃机车辅助装置运转所消耗的功率与辅助装置的结构形式、驱动方式和工作状态等有关。要降低辅助装置的功率消耗，必须改善辅助装置的结构和驱动方式。近年来对其采取的主要措施为：①牵引电机、电器的冷却系统由多台离心式鼓风机（效率只有60%～65%）供风，改为只用一台轴流式鼓风机（效率高达85%～90%）集中送风。②改机械驱动为电力驱动，并设置转速调节装置，使其适应季节和柴油机负载的变化而按节能工况运行，保持较小的空气流量，以降低通风机功率的消耗。③合理选择空气压缩机的驱动方式。机车上空气压缩机的驱动，基本上有机械驱动、液力驱动和电力驱动三种方式。其中机械驱动在美国、法国、加拿大等国制造的大功率机车上应用最广，占75%；空气压缩机采用液力驱动并未得到普及；电力驱动则普遍采用直流电动机驱动，可以保证空气压缩机工况恒定不变，而与柴油机转速无关。④冷却风扇的驱动。电力传动内燃机车冷却风扇所消耗的功率接近全部辅助机组额定功率的50%。液力传动内燃机车，因为没有电机通风机的功率消耗，所以其冷却风扇所消耗的功率达到全部辅助功率的60% 以上。因此，要合理设计冷却系统，使冷却风扇驱动装置的工况能与柴油机工况和外界气候条件的变化相匹配，使柴油机工作时的水温和油温能稳定保持在设计所要求的最佳温度范围内，除对柴油机运行状态和寿命起到积极的影响外，还可使冷却风扇驱动装置的功率消耗降低到最小。因此，要求冷却风扇驱动装置能够按柴油机水温的变化而自动调节冷却风扇的转速。

    目前，内燃机车冷却风扇的驱动方式主要有三种：①机械驱动（可控和不可控）；②电力驱动（可控和可调）；③液力驱动[（静液压（可调）、动液力（可调及可控力））。在选择采用何种形式的冷却风扇驱动时应考虑：尽量减少功率消耗；能自动控制无级调速；结构简单、紧凑和便于布置；运用可靠、维修方便；传动效率高等。目前，大功率内燃机车的冷却风扇广泛采用电力驱动和液力驱动，而中国设计生产的液力传动内燃机车大都采用液力耦合器驱动，电传动内燃机车大都采用静液压驱动。

    冷却风扇液力耦合器驱动装置由风扇耦合器及其控制系统、管路和附件组成。风耦合器驱动的优点是可以实现无级调速和自动控制、结构比较简单、加工量少、工艺要求比较低、重量轻、成本低、工作可靠、运用维修比较方便、效率高（一般为88%～96%）。依靠调节耦合器的充油，可在很大范围内调节涡轮的转速。当耦合器充满油时，涡轮转速较泵轮转速仅低1%～3%，减少耦合器的充油量转速就降低。北京型内燃机车有两个冷却风扇，一个冷却柴油机的冷却水和液力传动箱的传动油（高温回路），另一个冷却增压空气（低温回路）。由两个耦合器单独驱动，分别称为高温风扇和低温风扇，耦合器的泵轮由液力变扭箱经万向轴、螺旋伞齿轮驱动，耦合器的涡轮与风扇叶轮铸成一体。因此，耦合器的负载即为冷却风扇。当泵轮转速不变，通过改变耦合器循环圆中的充油量就可改变涡轮转速，达到调节冷却风扇转速的目的。充油量的调节可根据要求控制的油、水温度，由温度调节阀和充油调节阀控制。

    冷却风扇静液压驱动系统由结构完全相同的两部分构成，每个部分均由静液压泵、静液压马达、温度控制阀、安全阀、油箱、油水热交换器（或油—空散热器）及管件管路组成。冷却风扇静液压驱动的优点是转速能根据柴油机的冷却要求，通过温度控制阀的节流调节原理，自动地进行无级调速，调速范围大，降低了柴油机的油耗并且提高了柴油机的使用寿命；部件由工作油自身润滑，因而维护方便；部件尺寸小，传递的功率大，运用可靠；在机车上易于布置。其缺点是结构复杂，加工精度要求高，工作油压较高，容易漏油，对油质及滤清要求高，要有单独的油路系统，最高效率仅为80%～85%，且随工作油温度升高及零件磨损会有明显的下降。

    柴油机运转时，通过后变速箱传动静液压泵工作，将油箱的油吸出、加压，经高压管路送到静液压马达带动冷却风扇转动。从静液压马达出来的高压油进入热交换器冷却后经低压管路返回油箱，同时高压油也进入并联在液压马达管路中的温度控制阀和安全阀。当柴油机冷却水温度未达到温度控制阀控制的动作温度（即冷却水不需要冷却）时，温度控制阀处于开启状态，高压油经温度控制阀的节流口旁通流回油箱。静液压马达处于无负荷状态，消耗的功率很小。反之随着柴油机负荷的增加或气温的升高，冷却水温度上升达到温度控制阀的控制动温度时，温度制阀在冷却水管路中的温度采样件——恒温元件动作，节流口呈部分关闭渐至完全关闭状态。这时高压进入静液压马达，带动冷却风扇以低速渐至全速转动。与此同时高压油也进入侧百叶窗油缸，开启侧百叶窗。当柴油机热机启动或突然升速时，液压系统中将产生高压油冲击，其压力超过了安全阀的调定压力时，安全阀被推开，高压油从安全阀流回油箱。所以，安全阀起缓和冲击振动、避免系统过载、保证静液压系统安全可靠工作的作用。