地铁电力工程车与内燃机车对比分析

甘宁

摘 要：本文主要分析了地铁电力工程车与内燃机车的功能和特点，重点分析了两者在应用和技术上的对比。通过对地铁电力工程车与内燃机车的对比研究，可以进一步提高地铁電力工程车的运行和管理效率。

关键词：地铁电力工程车；内燃机车；对比

1.地铁电力工程车和内燃机车概述

内燃机车是一种以柴油机为原动机的铁路机车。已经开发了几种类型的内燃机车，主要不同之处在于将机械动力传送到驱动轮（驾驶员）的方式。

早期内燃机车和轨道车使用煤油和汽油作为燃料。在内燃机车的应用中，输电是一个主要问题。与蒸汽发动机和电动发动机不同，内燃机仅在有限的转动频率范围内有效地工作。在轻型车辆中，这可以通过离合器来克服。在重型铁路车辆中，机械传动装置从未运转良好或过早磨损。早期汽油动力机车和轨道车的经验对发展柴油牵引很有价值。向柴油-电力传输迈进的一步是汽油-电动汽车，如Acsev Weitzer轨道电机，它也可以用电池和架空电线操作。

柴油设计的不断改进逐渐缩小了内燃机车的物理尺寸，并提高了它的功率重量比，使它可以安装在机车上。柴电传动概念一经接受，发展速度加快，到1925年，美国已有少量600马力（450千瓦）的内燃机车投入使用。1930年，英国的阿姆斯特朗·惠特沃思用苏尔寿设计的发动机向阿根廷布宜诺斯艾利斯南部铁路公司交付了两台1200马力（890千瓦）的机车。

到20世纪50年代中期，随着第二次世界大战后经济的复苏，许多国家开始生产工程车，内燃机车正逐步成为主导型机车。它提供了比蒸汽机车更大的灵活性和性能，并且大大降低了运行和维护成本，除了由于政策决定而使用电力牵引的地方。苏联TEP80 - 0002型工程车号称世界工程车车最高时速，1993年10月5日达到271时速二十五（168英里每小时）。TE10是生产量最大的地铁工程车系列，机车总数不少于8500辆（19183节机组）。

图1 地铁电力工程车

图2 内燃机车

2.地铁电力工程车与内燃机车对比

内燃机车采用柴油发动。这种类型的变速器通常限于低动力、低速调车机车、轻型多单元和自走轨道车。用于地铁推进的机械传动装置通常比标准道路型式更复杂和坚固得多。在发动机和变速箱之间通常有一个液力耦合器，变速箱通常是行星式的，以便在负载下换档。已经设计了各种系统来最小化换档期间变速器的断裂；例如赫德韦尔·克拉克使用的同步自换档变速箱。柴油推进受限于难以建立一个合理尺寸的变速器，能够应对移动重型列车所需的动力和扭矩。

地铁电力工程车采用电力发动。在电力机车中，发动机驱动一个直流发电机（一般小于3，000马力（2，200千瓦）的牵引网）或一个交流发电机整流器（一般为3，000马力（2，200千瓦）或更多的牵引网），其输出为驱动机车的牵引电动机提供动力。发动机和车轮之间没有机械连接。

电力推进的重要部件是发动机（也称为原动机）、主发电机/交流发电机整流器、牵引电动机（通常有四六个轴）以及由发动机调速器和电气或电子部件组成的控制系统，这些电气或电子部件包括开关设备、整流器和其他控制或修改牵引电动机供电的部件。在最基本的情况下，发电机可以仅通过非常简单的开关设备直接连接到电动机。

原来，牵引电机和发电机都是直流电机。随着20世纪60年代大容量硅整流器的发展，直流发电机被交流发电机取代，交流发电机使用二极管电桥将其输出转换为直流。这一进步通过消除发电机中的换向器和电刷，大大提高了机车的可靠性，降低了发电机的维护成本。电刷和换向器的消除又消除了被称为闪络的特别破坏性类型的事件的可能性，这种事件可能导致发电机立即故障，并且在某些情况下引发机舱火灾。

目前的做法是四轴用于高速旅客，六轴用于低速货运。高速货运服务中最现代的单元往往在车架下面有六个车轴。与“舱单”服务不同，高速货运单元将只有四个轴连接到牵引马达，另外两个轴作为用于重量分配的惰轮轴。

20世纪80年代后期，大功率变压变频（VVVF）驱动器或“牵引逆变器”的发展，允许使用多相交流牵引电机，从而也消除了电机换向器和电刷。其结果是一种更高效、更可靠的驱动器，它需要相对较少的维护，并且能够更好地应对经常损坏老式电机的过载情况。

地铁电力工程车的功率输出与车速无关，只要不超过机组的发电机电流和电压限制。因此，机组产生牵引力的能力（也称为牵引杆拉力或牵引力，它实际上推动列车）将在这些限制范围内随速度反向变化。保持可接受的运行参数是早期内燃机车开发中必须解决的主要设计考虑之一，最终导致现代机组上的复杂控制系统。

3.结语

综上所述，地铁电力工程车与内燃机车在发动方式、能量转换形式、运行模式等方面都存在较大的差异。地铁电力工程车在内燃机车的基础上，实现了电力控制，从而提升了能量转换效率和运行质量。

参考文献

[1]杨志华，陈成，毛如香.地铁工程维护车的新发展——电力蓄电池双能源工程车[J].电力机车与城轨车辆，2010（04）：1-3.

[2]王丽红，张天彤.国内地铁双能源电力工程车的应用现状及前景[J].城市轨道交通研究，2014（07）：144-148.

（作者单位：南京地铁运营有限责任公司）