柴油机车如何工作

驱动主发电机的3200马力发动机

内燃机车采用混合动力的主要原因是，这样就不需要使用混合动力机械传动让我们从了解为什么汽车有变速器开始。

你的汽车需要一个变速器，因为它的物理特性汽油发动机．首先，任何引擎都有一个红线——最大转速(每分钟转数)值，超过这个值引擎就会爆炸。第二，如果你读过马力是如何工作的，那么你就知道引擎的转速范围很窄，在这里马力和扭矩都达到了最大值。例如，一台发动机的最大马力可能在每分钟5200到5500之间。传输允许传动比当汽车加速或减速时，发动机和驱动轮之间的变化。你换档，这样引擎就可以保持在红线以下，接近其最佳性能(最大功率)的rpm带。

大多数汽车的五或六速变速箱可以让它们以110英里每小时(177公里每小时)或更快的速度行驶，发动机转速范围为500至6000转。我们柴油机车上的发动机转速范围小得多。它的怠速大约是269转/分，它的最大速度只有904转/分。在这样的速度范围内，一辆火车头需要20到30英里齿轮以使它达到110英里每小时(177公里每小时)。

像这样的变速箱将是巨大的（需要处理3200马力）、复杂和低效的。它还必须为四组车轮提供动力，这将增加复杂性。

带着一个混合动力安装后，主柴油发动机可以以恒定速度运行，带动发电机。发电机将电力输送到每个轴上的牵引电机，驱动车轮。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110英里/小时(177公里/小时)，而不需要换挡。

为什么柴油?

柴油发动机更非常高效。比汽油引擎。像这样一个巨大的火车头拖着大约5辆客车时，平均每英里要消耗1.5加仑柴油(每100公里352升)。牵引着数百辆满载的货车的火车头所消耗的燃料比这多很多倍，所以即使效率降低5%或10%，燃料成本也会迅速增加。

有没有想过为什么火车会钢轮,而不是轮胎像一辆汽车？这是为了减少滚动摩擦．当你的汽车在高速公路上行驶时，大约有25%的引擎动力被用来推动轮胎行驶。轮胎在滚动时弯曲变形很大，这消耗了很多能量。

轮胎所消耗的能量与它们所承受的重量成正比。由于汽车相对较轻，这种能量是可以接受的(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轮胎)。

由于火车的重量是汽车的数千倍，滚动阻力是决定火车拉力大小的一个重要因素。火车上的钢轮在一个微小的接触面上运行——每个车轮和轨道之间的接触面积大约是一角硬币大小。

通过在钢轨道上使用钢轮，变形量最小化，从而降低滚动阻力。事实上，火车大概是运输重型货物的最有效方式。

使用钢轮的缺点是它们没有很多牵引．在下一节中，我们将讨论这个问题的有趣解决方案。

在转弯时，牵引力不是问题，因为火车车轮有法兰，使它们保持在轨道上。但是刹车和加速时的牵引力是一个问题。

这台机车能产生64000磅的能量推力．但为了有效地利用这种推力，机车上的八个轮子必须能够在不打滑的情况下将这种推力施加到轨道上。火车头使用了一个巧妙的技巧来增加牵引力。

每个轮子前面都有一个喷嘴，利用压缩空气进行喷雾沙子，储存在机车上的两个油箱中。沙子极大地增加了驱动轮的牵引力。火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机。该系统还可以降低任何驱动轮的牵引电机的功率经济下滑。

现在我们来看看机车的布局。

这个54英尺(16.2米)长的火车头几乎每一英寸都被设备紧紧地包裹着。

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主机及发电机

巨人二冲程,涡轮增压V-12和发电机提供了巨大的电力，需要拉动沉重的负载在高速。单是发动机的重量就超过了30,000磅(13,608公斤)，发电机的重量是17,700磅(8,029公斤)。稍后我们将进一步讨论引擎和发电机。

从机车驾驶室看到的景色

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出租车

机车的驾驶室依靠自己的悬挂系统行驶，这有助于将工程师与颠簸隔离开来。座椅也有悬挂系统。

驾驶室里有两个座位:一个给工程师，一个给消防员。工程师可以很容易地使用机车的所有控制装置;消防队员只有一台收音机和一个刹车控制器。在车厢里，车头的正上方，有一个坐便器．

卡车

卡车是由两个轮轴、车轮、牵引电机、传动装置、悬架和制动器组成的完整组件。我们将在后面讨论这些组件。

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高端动力装置

这个高端动力装置由另一台大型柴油发动机组成，这次是一台四冲程、双涡轮增压的卡特彼勒V-12发动机。引擎本身比几乎任何半卡车的引擎都要强大。它驱动发电机，为列车的其余部分提供480伏特的三相交流电源。这台发动机和发电机为火车的其余部分提供超过560千瓦的电力，供电动空调、电灯和厨房设施使用。通过为这些系统使用完全独立的引擎和发电机，即使主引擎发生故障，列车也能让乘客感到舒适。它还减少了主机的负载。

油箱

机车底部的这个巨大的油箱可以容纳2200加仑（8328升）柴油。燃油箱是分隔的，因此如果任何隔室损坏或开始泄漏，泵可以从该隔室中取出燃油。

电池

机车在标称64伏的电力系统上运行。这火车头有8伏8伏电压电池，每个重量超过300磅（136千克）。这些电池提供启动发动机（它有一个巨大的起动马达）以及运行机车电子设备所需的电力。主发动机运转后，交流发电机向电子设备和蓄电池供电。

让我们更详细地看一下机车上的一些主要系统。

这台机车的主发动机是通用汽车emd710系列发动机。“710”意味着每个缸涡轮增压,二冲程、柴油V-12位移710立方英寸(11.6 L)。这是两倍多的大小大多数最大的汽油车v - 8引擎,我们只谈论一个12缸3200马力的发动机。

那么,为什么二冲程？尽管这台发动机很大，但如果它像大多数更小的发动机一样，采用四冲程柴油循环柴油发动机如果是的话，它只能提供一半的电力。这是因为在二冲程循环中，每转有两倍的燃烧事件(产生功率)。事实证明，柴油二冲程发动机确实比二冲程汽油发动机更优雅和高效。看到柴油机二冲程发动机如何工作为更多的细节。

你可能会想，如果这个引擎的大小是大型V-8汽车引擎的24倍，并且使用二冲程而不是四冲程循环，为什么它只能产生大约10倍的功率?原因是这台发动机设计为连续生产3200马力，而且可以持续几十年。如果你不断地让你的汽车引擎全速运转，如果它能持续一周你就很幸运了。

这里是这个引擎的一些规格:

这个巨大的引擎连在一个同样令人印象深刻的发电机．它直径约6英尺(1.8米)，重约17700磅(8029公斤)。在峰值功率时，这台发电机产生的电力足够为大约1000户居民提供电力!

那么这些能量都到哪里去了呢?它被安装在卡车上的四个巨大的电动马达驱动。

卡车是火车上最重的东西——每一辆都很重37000英镑(16783公斤)。这些卡车做几项工作。它们支撑着火车头的重量。它们提供推进，悬挂和刹车。你可以想象，它们是巨大的结构。

推进

这个牵引电机为车轮提供推进力。每个轮轴上有一个。每个电机驱动一个小齿轮，该齿轮与轮轴上的一个大齿轮啮合。这提供了齿轮减速，允许电机以高达110 mph的速度驱动列车。

从卡车上拆下的两个牵引电机

每台电机的重量为6000磅（2722千克），可吸收高达1170安培的电流。

悬架

卡车也为机车提供悬挂装置。火车头的重量压在一个又大又圆的东西上轴承这个装置可以让卡车转动，这样火车就可以转弯。在支点下面是一个巨大的钢板弹簧那是在一个平台上。平台由四块巨大的金属悬挂链接，连接到卡车总成。这些连杆允许机车左右摆动。

火车头的重量压在板簧，当它经过一个凸起时就会压缩。这样就可以把机车的车身从凸起处分离出来。这些链环使卡车可以随着轨道的波动而左右移动。轨道不是完全笔直的，而且在高速行驶时，如果卡车不能横向摆动，轨道上的微小变化会让行驶变得很艰难。该系统还能保持每条铁轨的重量相对相等，减少轨道和车轮的磨损。

刹车与汽车相似 鼓式制动器 在车上。

刹车是由一种类似于汽车的机械装置提供的鼓式制动器．一个气动活塞用垫垫火车车轮的外表面。

与机械制动器一起，机车具有动态制动．在这种模式下，四个牵引电机中的每一个都像一个发电机，利用火车的车轮向电机施加扭矩并产生电流。轮子转动电动机所施加的扭矩使火车减速(不是电动机转动轮子，而是轮子转动电动机)。产生的电流(高达760安培)被引入一个巨大的电阻网，将电流转化为热量。一个冷却风扇将空气通过过滤网吸入，然后从火车头顶部吹出——这实际上是世界上最强大的吹风机。

后面的卡车上还有一个手制动是的，即使是火车也需要手动刹车。由于刹车是由空气驱动的，它们只能在压缩机运行时发挥作用。如果列车关闭了一段时间，就没有空气压力来保持刹车。没有手闸和气压库的故障保护，即使是一个轻微的斜坡也足以让火车滚动，因为它巨大的重量和车轮和轨道之间非常低的滚动摩擦。

手刹是拉动链条的曲柄。曲柄要转很多圈才能把链条拉紧。链条把活塞拉出来踩刹车。

你不能跳上车，转动钥匙，然后开着柴油机车离开。启动一列火车比启动你的汽车要复杂一点。

工程师爬上一架8英尺(2.4米)高的梯子，进入驾驶室后面的走廊。他或她从事闸刀开关(就像老弗兰肯斯坦电影里的那样)连接电池和启动器电路。然后，工程师打开一个断路器面板上的大约100个开关，为从灯到燃油泵的所有东西提供电力。

接着，工程师沿着走廊走进引擎室。他转动并按住那里的一个开关，以启动燃油系统，确保所有的空气都排出了系统。然后他将开关转向另一个方向，启动器马达启动。发动机发动起来，开始运转。

接下来，他走到驾驶室监控仪表，并在压缩机给制动系统加压后设置制动器。然后他可以前往列车后部释放手制动器。

最后，他可以回到驾驶室，从那里接管控制权。一旦他得到了列车长的允许，他就启动了贝尔，它会连续地响，并发出空气的角两次(表示前进)。

节气门控制有八个位置，外加一个怠速位置。每个节气门位置称为“缺口1号是速度最慢的，8号是速度最快的。为了让火车开动，工程师松开刹车，把节流阀调到1号档位上。

在这通用汽车emd710系列发动机，把节气门进入notch 1啮合一套接触器(巨大的电接力)．这些接触器把主发电机钩到牵引电动机上。每个凹槽与不同的接触器组合相接合，产生不同的电压。接触器的某些组合使发电机绕组的某些部分形成串联结构，从而产生较高的电压。另一些公司将某些部件并联，从而降低电压。牵引电机在较高的电压下产生更大的功率。

当接触器接合时，计算机控制的发动机就会调整喷油嘴开始产生更多的引擎动力。

这个制动控制改变制动气缸中的空气压力，使制动蹄承受压力。与此同时，它还融入了动态制动系统，利用发动机使列车减速。

刹车和油门控制

该工程师还拥有一系列其他控制和指示灯。

遥控器、指示器和收音机

计算机化的读数显示了机车各处传感器的数据。它可以为工程师或机械师提供有助于诊断问题的信息。例如，如果燃油管路中的压力过高，这可能意味着燃油过滤器堵塞。

这个计算机显示器可以显示整个机车系统的状态。

现在让我们看看火车内部。

在客车里

旅客列车内的住宿相当豪华。这列火车是皮埃蒙特它每天从罗利开往北卡罗来纳州的夏洛特。火车上的座椅比飞机上的座椅更倾斜，有更多的伸腿空间。它们也有脚踏板。

这辆车的座位可以调头面对面，这样四个人就可以坐在一起了。

火车上还有一个厨房，主要供应三明治和小吃。

对于这列火车的头等舱乘客来说，有一个观景车，上面有一个日光浴室和一个酒吧。

虽然坐火车可能比坐飞机慢，但绝对舒服得多。这里有足够的空间可以四处走动，你可以在餐车里吃东西，或者从休息室的顶部看风景。有些火车甚至为头等舱乘客提供包厢——从这里到那里是一种不错的方式。

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