Diesellokomotiv
.jpg)
Ett diesellokomotiv är en typ av järnvägslok där drivkraften är en dieselmotor . Flera typer av diesellokomotiv har utvecklats, som huvudsakligen skiljer sig åt i hur mekanisk kraft överförs till drivhjulen .
Tidiga förbränningslok och järnvägsvagnar använde fotogen och bensin som bränsle. Rudolf Diesel patenterade sin första motor med kompressionständning 1898, och stadiga förbättringar av designen av dieselmotorer minskade deras fysiska storlek och förbättrade deras kraft-till-vikt-förhållanden till en punkt där en kunde monteras i ett lok. Förbränningsmotorer fungerar endast effektivt inom ett begränsat effektband , och medan lågeffektsbensinmotorer kunde kopplas till mekaniska transmissioner , krävde de mer kraftfulla dieselmotorerna utvecklingen av nya former av transmission. Detta beror på att kopplingar skulle behöva vara mycket stora vid dessa effektnivåer och inte skulle passa i en standard 2,5 m (8 fot 2 tum) bred lokram, eller slitas för snabbt för att vara användbar.
De första framgångsrika dieselmotorerna använde diesel-elektriska transmissioner , och 1925 var ett litet antal diesellokomotiv på 600 hk (450 kW) i tjänst i USA. År 1930 levererade Armstrong Whitworth från Storbritannien två 1 200 hk (890 kW) lokomotiv med Sulzer -designade motorer till Buenos Aires Great Southern Railway i Argentina. År 1933 användes diesel-elektrisk teknik utvecklad av Maybach för att driva DRG Class SVT 877 , en höghastighets intercity tvåbilssats, och gick i serieproduktion med andra strömlinjeformade bilset i Tyskland med start 1935. I USA , kom diesel-elektrisk framdrivning till höghastighetstrafik på huvudlinjen i slutet av 1934, till stor del genom General Motors forsknings- och utvecklingsinsatser som går tillbaka till slutet av 1920-talet och framsteg inom lättviktsbilskonstruktion av Budd Company .
Den ekonomiska återhämtningen från andra världskriget orsakade den utbredda adoptionen av diesellokomotiv i många länder. De erbjöd större flexibilitet och prestanda än ånglok , såväl som avsevärt lägre drifts- och underhållskostnader.
Historia
Anpassning för järnvägsanvändning
Det tidigaste registrerade exemplet på användningen av en förbränningsmotor i ett järnvägslok är prototypen designad av William Dent Priestman , som undersöktes av William Thomson, 1st Baron Kelvin 1888 som beskrev den som en "[Priestman oljemotor] monterad på en lastbil som bearbetas på en tillfällig rälslinje för att visa anpassningen av en petroleummotor för lokomotivändamål." 1894 användes en 20 hk (15 kW) tvåaxlad maskin byggd av Priestman Brothers på Hull Docks . År 1896 byggdes ett oljedrivet järnvägslok för Royal Arsenal i Woolwich , England, med en motor designad av Herbert Akroyd Stuart . Det var inte en diesel, eftersom den använde en varmbulb-motor (även känd som en semi-diesel), men det var föregångaren till dieseln.
Rudolf Diesel övervägde att använda sin motor för att driva lokomotiv i sin bok från 1893 Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Verbrennungsmotoren ( Teori och konstruktion av en rationell värmemotor) . Men massiviteten och det dåliga kraft-till-vikt-förhållandet hos tidiga dieselmotorer gjorde dem olämpliga för att driva landbaserade fordon. erkändes inte motorns potential som en drivkraft för järnvägen från början. Detta förändrades då utvecklingen minskade motorns storlek och vikt.
År 1906 grundade Rudolf Diesel, Adolf Klose och ång- och dieselmotortillverkaren Gebrüder Sulzer Diesel-Sulzer-Klose GmbH för att tillverka dieseldrivna lok. Sulzer hade tillverkat dieselmotorer sedan 1898. Preussiska statsjärnvägarna beställde ett diesellokomotiv från företaget 1909, och efter provkörningar mellan Winterthur och Romanshorn , Schweiz, levererades det dieselmekaniska loket i Berlin i september 1912. Världens första dieseldrivna loken kördes sommaren 1912 på samma linje från Winterthur, men blev ingen kommersiell framgång. Under provkörningar 1913 hittades flera problem. Utbrottet av första världskriget 1914 förhindrade alla ytterligare rättegångar. Lokvikten var 95 ton och effekten var 883 kW (1 184 hk) med en maxhastighet på 100 km/h (62 mph).
Små antal prototyper av diesellok tillverkades i ett antal länder fram till mitten av 1920-talet.
Tidiga diesellokomotiv och järnvägsvagnar i USA
Tidig nordamerikansk utveckling
Adolphus Busch köpte de amerikanska tillverkningsrättigheterna för dieselmotorn 1898 men använde aldrig denna nya form av kraft för transporter. Han grundade Busch-Sulzer 1911. Endast begränsad framgång uppnåddes i början av 1900-talet med förbränningsmotordrivna rälsvagnar, delvis på grund av svårigheter med mekaniska drivsystem.
General Electric (GE) gick in på järnvägsvagnsmarknaden i början av nittonhundratalet, eftersom Thomas Edison hade patent på det elektriska loket, hans design var faktiskt en typ av elektriskt driven rälsvagn. GE byggde sin första elloksprototyp 1895. Men höga elektrifieringskostnader fick GE att rikta sin uppmärksamhet mot förbränningskraft för att tillhandahålla el till elektriska järnvägsvagnar. Problem relaterade till koordineringen av drivmotorn och elmotorn stötte på omedelbart, främst på grund av begränsningar i Ward Leonards strömkontrollsystem som hade valts. GE Rail bildades 1907 och 112 år senare, 2019, köptes och slogs samman med Wabtec .
Ett betydande genombrott inträffade 1914, när Hermann Lemp , en elektriker hos GE, utvecklade och patenterade ett pålitligt styrsystem som styrde motorn och dragmotorn med en enda spak; efterföljande förbättringar patenterades också av Lemp. Lemps design löste problemet med att överbelasta och skada traktionsmotorerna med överdriven elektrisk effekt vid låga hastigheter, och var prototypen för alla förbränningselektriska drivsystem.
1917–1918 tillverkade GE tre experimentella dieselelektriska lokomotiv med Lemps kontrolldesign, den första kända som byggdes i USA. Efter denna utveckling Kaufman Act 1923 ånglok från New York City på grund av allvarliga föroreningsproblem. Svaret på denna lag var att elektrifiera högtrafikerade järnvägslinjer. Elektrifiering var dock oekonomiskt att tillämpa på mindre trafikerade områden.
Den första regelbundna användningen av diesel-elektriska lok var i växling (shunter) tillämpningar, som var mer förlåtande än vanliga tillämpningar av begränsningarna för samtida dieselteknik och där tomgångsekonomin för diesel i förhållande till ånga skulle vara mest fördelaktig. GE inledde ett samarbete med American Locomotive Company (ALCO) och Ingersoll-Rand ("AGEIR"-konsortiet) 1924 för att tillverka en prototyp på 300 hk (220 kW) "boxcab"-lok som levererades i juli 1925. Detta lokomotiv visade att dieseln – en elektrisk kraftenhet skulle kunna ge många av fördelarna med ett elektriskt lokomotiv utan att järnvägen behöver stå för de stora utgifterna för elektrifiering. Enheten demonstrerade framgångsrikt, inom växling och lokal gods- och passagerartrafik, på tio järnvägar och tre industrilinjer. Westinghouse Electric och Baldwin samarbetade för att bygga kopplingslok med början 1929. Den stora depressionen begränsade dock efterfrågan på Westinghouses elektriska utrustning, och de slutade bygga lokomotiv internt och valde att leverera elektriska delar istället.
I juni 1925 överträffade Baldwin Locomotive Works en prototyp av diesel-elektriskt lokomotiv för "speciellt bruk" (som för körningar där det var ont om vatten för ånglok) med hjälp av elektrisk utrustning från Westinghouse Electric Company . Dess tvåmotoriga design var inte framgångsrik, och enheten skrotades efter en kort test- och demonstrationsperiod. Branschkällor började föreslå "de enastående fördelarna med denna nya form av drivkraft". År 1929 Canadian National Railways den första nordamerikanska järnvägen att använda dieslar i huvudlinje med två enheter, 9000 och 9001, från Westinghouse. Dessa tidiga dieslar visade sig dock vara dyra och opålitliga, med sina höga anskaffningskostnader i förhållande till ånga som inte kunde realiseras i driftskostnadsbesparingar eftersom de ofta var ur drift. Det skulle dröja ytterligare fem år innan diesel-elektrisk framdrivning framgångsrikt skulle användas i mainline-service, och nästan tio år innan en fullständig ersättning av ånga blev ett verkligt perspektiv med befintlig dieselteknik.
Innan dieselkraft kunde göra intåg i huvudnätverket, måste begränsningarna för dieselmotorer omkring 1930 – låga effekt-till-vikt-förhållanden och smalt effektområde – övervinnas. En stor ansträngning för att övervinna dessa begränsningar lanserades av General Motors efter att de flyttade in på dieselområdet med sitt förvärv av Winton Engine Company , en stor tillverkare av dieselmotorer för marina och stationära applikationer, 1930. Med stöd av General Motors Research Division , GM:s Winton Engine Corporation försökte utveckla dieselmotorer lämpliga för höghastighets mobil användning. Den första milstolpen i den ansträngningen var leveransen i början av 1934 av Winton 201A, en tvåtakts , mekaniskt aspirerad , uniflow-renad , enhetsinsprutad dieselmotor som kunde leverera den prestanda som krävs för ett snabbt, lätt passagerartåg. Den andra milstolpen, och den som fick amerikanska järnvägar att gå mot diesel, var 1938 års leverans av GM:s modell 567- motor som designades specifikt för lokomotiv, vilket medförde en femfaldig ökning av livslängden för vissa mekaniska delar och visade dess potential för att möta påfrestningarna. av frakttjänst.
Diesel-elektrisk järnvägstrafik togs in på huvudlinjen när Burlington Railroad och Union Pacific använde specialbyggda diesel " streamliners " för att transportera passagerare, med början i slutet av 1934. Burlingtons Zephyr -tågset utvecklades från ledade trevagnsuppsättningar med 600 hk kraftvagnar och 1934 början av 1935, till Denver Zephyrs halvledade tio biltågset dragna av hyttförstärkare som introducerades i slutet av 1936. Union Pacific startade dieselrationaliseringstjänst mellan Chicago och Portland Oregon i juni 1935, och året därpå skulle Los Angeles läggas till, CA , Oakland, CA och Denver, CO till destinationerna för dieselströmliner från Chicago. Burlington- och Union Pacific-rationaliseringsmaskinerna byggdes av Budd Company respektive Pullman-Standard Company , med de nya Winton-motorerna och kraftöverföringssystemen designade av GM:s Electro-Motive Corporation . EMC:s experimentella 1800 hk BB- lok från 1935 demonstrerade styrsystemen med flera enheter som användes för hytt/booster-uppsättningarna och det tvåmotoriga formatet som användes med de senare Zephyr -motorerna. Båda dessa funktioner skulle användas i EMC:s senare produktionsmodelllok. De lätta dieselrationaliseringsmaskinerna från mitten av 1930-talet visade fördelarna med diesel för passagerartrafik med banbrytande tidtabellstider, men diesellokskraften skulle inte bli full av ålder förrän regelbunden serietillverkning av mainline diesellokomotiv började och det visade sig vara lämpligt för fullstorlek passagerar- och godstrafik.
Första amerikanska serieproduktionslok
Efter sin prototyp från 1925 producerade AGEIR-konsortiet ytterligare 25 enheter på 300 hk (220 kW) "60 ton" AGEIR lådhyttbyte mellan 1925 och 1928 för flera järnvägar i New York City, vilket gjorde dem till de första serietillverkade diesellokomotiven. Konsortiet producerade också sju tvåmotoriga "100 ton" lådhytter och en hybrid vagn/batterienhet med en dieseldriven laddningskrets. ALCO förvärvade McIntosh & Seymour Engine Company 1929 och gick in i serieproduktion av 300 hk (220 kW) och 600 hk (450 kW) enhyttsväxlarenheter 1931. ALCO skulle vara den framstående tillverkaren av växlingsmotorer under mitten av -1930-talet och skulle anpassa den grundläggande switchardesignen för att producera mångsidiga och mycket framgångsrika, om än relativt lågdrivna, väglok.
GM, som såg framgången med de anpassade effektiviseringarna, försökte utöka marknaden för dieselkraft genom att producera standardiserade lok under deras Electro-Motive Corporation . 1936 startade EMC:s nya fabrik tillverkning av växelmotorer. 1937 började fabriken tillverka sina nya strömlinjeformade passagerarlok i E-serien , som skulle uppgraderas med mer pålitliga specialbyggda motorer 1938. Eftersom EMC såg prestandan och tillförlitligheten hos den nya 567-modellen i passagerarlok, var EMC ivriga att demonstrera diesels lönsamhet i frakttjänster.
Efter den framgångsrika turnén 1939 av EMC:s FT- demonstratorlokomotiv, var scenen redo för dieselisering av amerikanska järnvägar. 1941 introducerade ALCO-GE vägväxlaren RS-1 som ockuperade sin egen marknadsnisch medan EMD:s lokomotiv i F-serien söktes för godstrafik. USA:s inträde i andra världskriget bromsade omvandlingen till diesel; krigsproduktionsstyrelsen satte stopp för att bygga ny passagerarutrustning och gav marina användningar prioritet för dieselmotortillverkning. Under petroleumkrisen 1942–43 hade koleldad ånga fördelen av att inte använda bränsle som var en kritisk bristvara. EMD fick senare öka produktionen av sina FT-lok och ALCO-GE fick tillverka ett begränsat antal DL-109 väglok, men de flesta i lokbranschen var begränsade till att tillverka växelmotorer och ånglok.
I den tidiga efterkrigstiden dominerade EMD marknaden för huvudlokomotiv med sina E- och F-serielok. ALCO-GE tillverkade i slutet av 1940-talet växlare och vägväxlare som var framgångsrika på kortdistansmarknaden. Emellertid lanserade EMD 1949 sina vägväxlarlok i GP-serien , som ersatte alla andra lok på fraktmarknaden inklusive deras egna lok i F-serien. GE upplöste därefter sitt partnerskap med ALCO och skulle växa fram som EMD:s främsta konkurrent i början av 1960-talet, och så småningom ta toppositionen på lokomotivmarknaden från EMD.
Tidiga diesel-elektriska lok i USA använde dragmotorer för likström (DC), men växelströmsmotorer (AC) kom i utbredd användning på 1990-talet, med början med Electro- Motive SD70MAC 1993 och följde av General Electrics AC4400CW 1994 och AC6000CW 1995.
Tidiga diesellokomotiv och rälsvagnar i Europa
Första funktionella dieselfordon
År 1914 tillverkades världens första funktionella diesel-elektriska järnvägsvagnar för Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen ( Kungliga Saxon State Railways ) av Waggonfabrik Rastatt med elektrisk utrustning från Brown, Boveri & Cie och dieselmotorer från schweiziska Sulzer AG . De klassificerades som DET 1 och DET 2 ( de.wiki [ de ] ). På grund av brist på bensinprodukter under första världskriget förblev de oanvända för reguljär trafik i Tyskland. 1922 såldes de till schweiziska Compagnie du Chemin de fer Régional du Val-de-Travers (fr.wiki [ fr ] ), där de användes i reguljär trafik fram till elektrifieringen av linjen 1944. Därefter kom företaget höll dem i tjänst som boosters till 1965.
Fiat påstår sig ha byggt det första italienska diesel-elektriska loket 1922, men få detaljer är tillgängliga. Flera Fiat- TIBB Bo'Bo' diesellok byggdes för drift på 950 mm ( 3 ft 1 + 3 ⁄ 8 tum ) smalspåriga Ferrovie Calabro Lucane och Società per le Strade Ferrate del Mediterrano i södra Italien 1926, efter rättegångar 1924–25. Den sexcylindriga tvåtaktsmotorn producerade 440 hästkrafter (330 kW) vid 500 rpm, och driver fyra DC-motorer, en för varje axel. Dessa 44 ton (43 långa ton; 49 korta ton) lokomotiv med 45 km/h (28 mph) toppfart visade sig vara ganska framgångsrika.
1924 togs två dieselelektriska lok i drift av de sovjetiska järnvägarna , nästan samtidigt:
.jpg)
- Motorn Э эл 2 ( E el 2 originalnummer Юэ 001/Yu-e 001) startade den 22 oktober. Den hade designats av ett team ledd av Yuri Lomonosov och byggt 1923–1924 av Maschinenfabrik Esslingen i Tyskland. Den hade fem drivaxlar (1'E1'). Efter flera provturer drog den tåg i nästan tre decennier från 1925 till 1954. Även om det visade sig vara världens första funktionella diesellokomotiv blev det inte en serie, utan det blev en modell för flera klasser av sovjetiska diesellokomotiv.
- Motorn Щэл1 ( Shch-el 1 , originalnummer Юэ2/Yu-e 2) startade den 9 november. Den hade utvecklats av Yakov Modestovich Gakkel (ru.wiki [ ru ] ) och byggd av Baltic Shipyard i Sankt Petersburg . Den hade tio drivaxlar i tre boggier (1' Co' Do' Co' 1'). Från 1925 till 1927 drog den tåg mellan Moskva och Kursk och i Kaukasusregionen . På grund av tekniska problem var den efteråt ur drift. Sedan 1934 har den använts som en stationär elektrisk generator.
1935 byggde Krauss-Maffei , MAN och Voith det första dieselhydrauliska loket, kallat V 140, i Tyskland. Diesel-hydrauliken blev huvudströmmen inom diesellokomotiv i Tyskland eftersom de tyska järnvägarna (DRG) var nöjda med motorns prestanda. Serietillverkning av diesellokomotiv i Tyskland började efter andra världskriget.
Switchers
På många järnvägsstationer och industrianläggningar måste ångpendlare hållas varma under många pauser mellan spridda korta uppgifter. Därför blev dieseldragkraft ekonomiskt för växling innan det blev ekonomiskt för att dra tåg. Konstruktionen av dieselshuntrar började 1920 i Frankrike, 1925 i Danmark, 1926 i Nederländerna och 1927 i Tyskland. Efter några års testning producerades hundratals enheter inom ett decennium.
Dieselrälsvagnar för regional trafik
Dieseldrivna eller "oljemotoriserade" järnvägsvagnar, vanligtvis dieselmekaniska, utvecklades av olika europeiska tillverkare på 1930-talet, t.ex. av William Beardmore and Company för Canadian National Railways (Beardmore Tornado -motorn användes senare i luftskeppet R101 ) . Vissa av dessa serier för regional trafik inleddes med bensinmotorer och fortsatte sedan med dieselmotorer, som ungerska BC mot (Klasskoden säger inte annat än "rälsmotor med 2:a och 3:e klass säten"), 128 bilar byggda 1926 –1937, eller tyska Wismar-rälsbussar (57 vagnar 1932–1941). I Frankrike var den första dieselvagnen Renault VH , 115 enheter tillverkade 1933/34. I Italien, efter sex bensinbilar sedan 1931, byggde Fiat och Breda många dieselmotorer, mer än 110 från 1933 till 1938 och 390 från 1940 till 1953, klass 772 känd som Littorina och klass ALn 900.
Höghastighetståg
På 1930-talet utvecklades strömlinjeformade höghastighetsdieselvagnar i flera länder:
- I Tyskland byggdes Flying Hamburger 1932. Efter en provtur i december 1932 började denna tvåbuss dieselrälsvagn (i engelsk terminologi en DMU2) trafik på Deutsche Reichsbahn (DRG) i februari 1933. Den blev prototypen av DRG Klass SVT 137 med ytterligare 33 höghastighets-DMUs, byggda för DRG fram till 1938, 13 DMU 2 ("Hamburg"-serien), 18 DMU 3 ("Leipzig" och "Köln"-serien), och två DMU 4 ("Berlin"-serien).
- Franska SNCF- klasserna XF 1000 och XF 1100 omfattade 11 höghastighets-DMU, även kallad TAR, byggda 1934–1939.
- I Ungern byggde Ganz Works Arpád railmotor , en slags lyxig järnvägsbuss i en serie av sju föremål sedan 1934, och började bygga Hargita [ .
Ytterligare utvecklingar
1945 levererades ett parti av 30 Baldwin-diesel-elektriska lok, Baldwin 0-6-6-0 1000 , från USA till Sovjetunionens järnvägar.
1947 introducerade London, Midland and Scottish Railway (LMS) det första av ett par 1 600 hk (1 200 kW) Co-Co diesel-elektriska lok (senare British Rail Class D16/1) för regelbunden användning i Storbritannien, även om brittiska tillverkare som Armstrong Whitworth hade exporterat diesellok sedan 1930. Leveranser av flottor till British Railways, av andra konstruktioner som klass 20 och klass 31, började 1957.
Serietillverkning av diesellokomotiv i Italien började i mitten av 1950-talet. Generellt sett var dieseldragkraft i Italien av mindre betydelse än i andra länder, eftersom det var bland de mest avancerade länderna i elektrifieringen av huvudlinjerna och eftersom italiensk geografi gör godstransporter till sjöss billigare än järnvägstransporter även på många inrikesförbindelser.
Tidiga diesellokomotiv och järnvägsvagnar i Asien
Japan
I Japan, från och med 1920-talet, tillverkades några bensin-elektriska järnvägsvagnar. Den första diesel-elektriska dragkraften och de första luftströmmade fordonen på japanska räls var de två DMU3 i klass Kiha 43000 (キハ43000系). Japans första serie av diesellokomotiv var klass DD50 (国鉄DD50形), tvillinglok, utvecklade sedan 1950 och i drift sedan 1953.
Kina
En av de första inhemskt utvecklade dieselfordonen i Kina var DMU Dongfeng (东风), tillverkad 1958 av CSR Sifang . Serietillverkning av Kinas första diesellokomotivklass, DFH 1, började 1964 efter konstruktionen av en prototyp 1959.
Indien
Tidiga diesellokomotiv och järnvägsvagnar i Australien
Den transaustraliska järnvägen byggd 1912 till 1917 av Commonwealth Railways (CR) passerar genom 2 000 km vattenlös (eller saltvattnad) ökenterräng som är olämplig för ånglok. Den ursprungliga ingenjören Henry Deane tänkte sig dieseldrift för att övervinna sådana problem. Vissa har föreslagit att CR arbetade med South Australian Railways för att prova dieseldragkraft. Tekniken var dock inte tillräckligt utvecklad för att vara tillförlitlig.
Liksom i Europa utvecklades användningen av förbränningsmotorer lättare i självgående järnvägsvagnar än i lok.
- Några australiska järnvägsföretag köpte McKeen railmotors .
- På 1920- och 1930-talen byggdes mer pålitliga bensinmotorer av australiensiska industrier.
- Australiens första dieselrälsvagnar var NSWGR 100 Class (PH senare DP) Silver City Comet-vagnar 1937.
- Höghastighetsfordon för den tidens möjligheter på 1 067 mm var de tio Vulcan-rälsvagnarna från 1940 för Nya Zeeland.
Överföringstyper
Till skillnad från ångmotorer kräver förbränningsmotorer en transmission för att driva hjulen. Motorn ska tillåtas fortsätta att gå när loket står stilla.
Diesel-mekanisk
Ett dieselmekaniskt lok använder en mekanisk transmission på ett sätt som liknar det som används i de flesta vägfordon. Denna typ av transmission är generellt begränsad till lågdrivna, låghastighetsväxlingslokomotiv, lätta multipelenheter och självgående järnvägsvagnar .
De mekaniska transmissionerna som används för järnvägsframdrivning är i allmänhet mer komplexa och mycket mer robusta än standardversioner för väg. Det finns vanligtvis en vätskekoppling mellan motorn och växellådan, och växellådan är ofta av den epicykliska (planetära) typen för att tillåta växling under belastning. Olika system har utvecklats för att minimera avbrottet i transmissionen under växling; t.ex. SSS (synchro-self-shifting) växellåda som används av Hudswell Clarke .
Dieselmekanisk framdrivning begränsas av svårigheten att bygga en växellåda av rimlig storlek som klarar den kraft och det vridmoment som krävs för att flytta ett tungt tåg. Ett antal försök att använda dieselmekanisk framdrivning i högeffekttillämpningar har gjorts (t.ex. British Rail 10100- loket på 1 500 kW (2 000 hk), även om inget har visat sig vara framgångsrikt i slutändan.
Diesel-elektrisk
I ett dieselelektriskt lok driver dieselmotorn antingen en elektrisk likströmsgenerator (i allmänhet mindre än 3 000 hk (2 200 kW) netto för dragkraft), eller en elektrisk växelströmsgenerator-likriktare (vanligtvis 3 000 hk netto eller mer för dragkraft), vars effekt ger kraft till dragmotorerna som driver loket. Det finns ingen mekanisk koppling mellan dieselmotorn och hjulen.
De viktiga komponenterna i diesel-elektrisk framdrivning är dieselmotorn (även känd som drivkraften ), huvudgeneratorn/generatorn-likriktaren, dragmotorer (vanligtvis med fyra eller sex axlar) och ett styrsystem som består av motorregulatorn och elektriska eller elektroniska komponenter, inklusive ställverk , likriktare och andra komponenter, som styr eller modifierar den elektriska matningen till drivmotorerna. I det mest elementära fallet kan generatorn vara direkt ansluten till motorerna med endast mycket enkla ställverk.
.jpg)
Ursprungligen var dragmotorerna och generatorn likströmsmaskiner . Efter utvecklingen av kisellikriktare med hög kapacitet på 1960-talet ersattes DC-generatorn av en generator som använde en diodbrygga för att omvandla dess uteffekt till DC. Detta framsteg förbättrade lokomotivets tillförlitlighet avsevärt och minskade generatorns underhållskostnader genom att eliminera kommutatorn och borstarna i generatorn. Eliminering av borstarna och kommutatorn eliminerade i sin tur möjligheten för en särskilt destruktiv typ av händelse som kallas överslag (även känd som ett bågfel ), vilket kan resultera i omedelbart generatorfel och i vissa fall starta en motor rumsbrand.
Nuvarande nordamerikanska praxis är för fyra axlar för höghastighets passagerar- eller "tids"-frakt, eller för sex axlar för lägre hastighet eller "manifest" frakt. De mest moderna enheterna på "time" fraktservice tenderar att ha sex axlar under ramen. Till skillnad från de i "manifest"-tjänst kommer "time"-fraktenheter bara att ha fyra av axlarna kopplade till dragmotorer, med de andra två som tomgångsaxlar för viktfördelning.
I slutet av 1980-talet tillät utvecklingen av VVVF-drivenheter med variabel spänning/variabel frekvens (VVVF) med hög effekt användningen av flerfasiga växelströmstraktionsmotorer, vilket också eliminerade motorkommutatorn och borstarna. Resultatet är en mer effektiv och tillförlitlig drivning som kräver relativt lite underhåll och som bättre klarar av överbelastningsförhållanden som ofta förstörde de äldre motortyperna.
Diesel-elektrisk styrning
Ett diesel-elektriskt loks effekt är oberoende av väghastighet, så länge enhetens generatorström och spänningsgränser inte överskrids. Därför kommer enhetens förmåga att utveckla dragkraft (även kallad dragkraft eller dragkraft , vilket är det som faktiskt driver tåget) att variera omvänt med hastigheten inom dessa gränser. (Se effektkurva nedan). Att bibehålla acceptabla driftsparametrar var en av de huvudsakliga konstruktionsövervägandena som måste lösas i den tidiga utvecklingen av diesel-elektriska lokomotiv och, i slutändan, ledde till de komplexa styrsystemen på plats på moderna enheter.
Gasreglage
Drivmotorns uteffekt bestäms i första hand av dess rotationshastighet ( RPM ) och bränslehastighet, som regleras av en regulator eller liknande mekanism. Regulatorn är utformad för att reagera på både gasinställningen, som bestäms av motorns förare och hastigheten med vilken drivmotorn går (se Styrteori ).
Lokeffekten, och därför hastigheten, styrs vanligtvis av motorföraren med hjälp av en stegvis eller "skårad" gasreglage som producerar binärliknande elektriska signaler som motsvarar gasspjällets läge. Denna grundläggande design lämpar sig väl för flera enheter (MU) genom att skapa diskreta förhållanden som säkerställer att alla enheter i en sammansättning svarar på samma sätt på gasreglaget. Binär kodning hjälper också till att minimera antalet tåglinjer (elektriska anslutningar) som krävs för att skicka signaler från enhet till enhet. Till exempel krävs endast fyra tåglinjer för att koda alla möjliga gasspjällspositioner om det finns upp till 14 steg av strypning.
Nordamerikanska lok, som de som byggs av EMD eller General Electric , har åtta gasspjällslägen eller "skåror" såväl som en "omvändare" för att tillåta dem att fungera dubbelriktat. Många UK-byggda lok har ett tioläges gasreglage. Kraftpositionerna hänvisas ofta till av lokbesättningar beroende på gasinställningen, såsom "kör 3" eller "skåra 3".
I äldre lok var spjällmekanismen spärrad så att det inte gick att flytta fram mer än ett kraftläge åt gången. Motorföraren kunde till exempel inte dra gasreglaget från skåra 2 till skåra 4 utan att stanna vid skåra 3. Denna funktion var avsedd att förhindra ojämn tåghantering på grund av plötsliga kraftökningar orsakade av snabb gaspådrag ("throttle stripping", en driftreglerbrott på många järnvägar). Moderna lok har inte längre denna begränsning, eftersom deras styrsystem kan smidigt modulera kraften och undvika plötsliga förändringar i tågbelastningen oavsett hur föraren manövrerar kontrollerna.
När gasreglaget är i tomgångsläge får drivmotorn minimalt med bränsle, vilket gör att den går på tomgång vid lågt varvtal. Dessutom är traktionsmotorerna inte anslutna till huvudgeneratorn och generatorns fältlindningar är inte exciterade (aktiverade) – generatorn producerar inte elektricitet utan excitation. Därför kommer loket att stå i "neutralt". Konceptuellt är detta detsamma som att placera en bils växellåda i neutralläge medan motorn är igång.
För att sätta loket i rörelse placeras växlingsreglaget i rätt läge (framåt eller bakåt), bromsen släpps och gasreglaget flyttas till läge kör 1 (första kraftskåran). En erfaren motorförare kan utföra dessa steg på ett samordnat sätt som kommer att resultera i en nästan omärklig start. Positioneringen av backväxeln och rörelsen av gasreglaget tillsammans är begreppsmässigt som att lägga en bils automatiska växel i växel medan motorn går på tomgång.
Om gasreglaget placeras i det första kraftläget kommer traktionsmotorerna att kopplas till huvudgeneratorn och den senares fältspolar att exciteras. Med excitation applicerad kommer huvudgeneratorn att leverera elektricitet till traktionsmotorerna, vilket resulterar i rörelse. Om loket går "lätt" (det vill säga inte kopplat till resten av ett tåg) och inte är i stigande lutning, kommer det lätt att accelerera. Å andra sidan, om ett långt tåg startas, kan loket stanna så snart en del av spelet har tagits upp, eftersom det motstånd som tåget utsätter för kommer att överstiga den dragkraft som utvecklas. En erfaren motorförare kommer att kunna känna igen ett begynnande stopp och kommer gradvis att flytta fram gasen efter behov för att bibehålla accelerationstakten.
När gasreglaget flyttas till högre effektskåror kommer bränslehastigheten till drivmotorn att öka, vilket resulterar i en motsvarande ökning av varvtal och hästkrafter. Samtidigt kommer huvudgeneratorfältets excitation att ökas proportionellt för att absorbera den högre effekten. Detta kommer att översättas till ökad elektrisk effekt till dragmotorerna, med en motsvarande ökning av dragkraften. Så småningom, beroende på kraven i tågets schema, kommer motorföraren att ha flyttat gasreglaget till läget för maximal effekt och kommer att behålla den där tills tåget har accelererat till önskad hastighet.
Framdrivningssystemet är utformat för att producera maximalt dragmotorvridmoment vid start, vilket förklarar varför moderna lok kan starta tåg som väger över 15 000 ton, även i stigande lutningar. Nuvarande teknologi tillåter ett lok att utveckla så mycket som 30 % av sin lastade förarvikt i dragkraft, vilket uppgår till 120 000 pundkraft (530 kN) dragkraft för en stor sexaxlig fraktenhet (gods). Faktum är att en beståndsdel av sådana enheter kan producera mer än tillräckligt med dragkraft vid start för att skada eller spåra ur bilar (om de är i en kurva) eller bryta kopplingar (de sistnämnda kallas i nordamerikansk järnvägsslang som "ryckning i en lunga" ). Därför åligger det motorföraren att noggrant övervaka mängden kraft som tillförs vid start för att undvika skador. I synnerhet kan "rycka i en lunga" vara en katastrofal sak om det skulle inträffa i en stigande lutning, förutom att säkerheten som är inneboende i korrekt funktion av felsäkra automatiska tågbromsar installerade i vagnar idag, förhindrar löpande tåg genom att automatiskt applicera vagnen bromsar när tåglinjens lufttryck sjunker.
Drift av framdrivningssystemet
Ett loks styrsystem är utformat så att huvudgeneratorns elektriska effekt anpassas till varje givet motorvarvtal. Med tanke på de medfödda egenskaperna hos traktionsmotorer, såväl som det sätt på vilket motorerna är anslutna till huvudgeneratorn, kommer generatorn att producera hög ström och låg spänning vid låga lokomotivhastigheter, gradvis övergå till lågström och högspänning när loket accelererar . Därför kommer nettoeffekten som produceras av loket att förbli konstant för varje given gasinställning ( se effektkurvans graf för skåra 8) .
I äldre konstruktioner spelar drivkraftens regulator och en medföljande anordning, lastregulatorn, en central roll i styrsystemet. Regulatorn har två externa ingångar: begärt motorvarvtal, bestämt av motorförarens gasinställning, och faktisk motorvarvtal ( feedback ). Regulatorn har två externa styrutgångar: bränsleinjektorinställning , som bestämmer motorns bränslemängd, och aktuell regulatorposition, som påverkar huvudgeneratorns excitation. Regulatorn har också en separat överhastighetsskyddsmekanism som omedelbart stänger av bränsletillförseln till injektorerna och larmar i hytten i händelse av att drivkraften överskrider ett definierat varvtal. Alla dessa in- och utgångar är inte nödvändigtvis elektriska.
.jpg)
När belastningen på motorn ändras kommer dess rotationshastighet också att ändras. Detta detekteras av regulatorn genom en ändring av återkopplingssignalen för motorvarvtal. Nettoeffekten är att justera både bränslehastigheten och belastningsregulatorns läge så att motorns varvtal och vridmoment (och därmed uteffekt) förblir konstanta för varje given gasinställning, oavsett faktisk väghastighet.
I nyare konstruktioner som styrs av en "traktionsdator" tilldelas varje motorvarvtalssteg en lämplig uteffekt, eller "kW-referens", i mjukvara. Datorn jämför detta värde med den faktiska uteffekten av huvudgeneratorn, eller "kW-återkoppling", beräknad från traktionsmotorströmmen och huvudgeneratorns återkopplingsvärden. Datorn justerar återkopplingsvärdet för att matcha referensvärdet genom att styra exciteringen av huvudgeneratorn, som beskrivits ovan. Regulatorn har fortfarande kontroll över motorvarvtalet, men belastningsregulatorn spelar inte längre en central roll i denna typ av styrsystem. Lastregulatorn behålls dock som en "back-up" vid överbelastning av motorn. Moderna lok utrustade med elektronisk bränsleinsprutning (EFI) kanske inte har någon mekanisk regulator; dock bibehålls en "virtuell" lastregulator och regulator med datormoduler.
Drivmotorns prestanda styrs antingen genom att variera likspänningsutgången från huvudgeneratorn, för likströmsmotorer, eller genom att variera frekvensen och spänningsutgången från VVVF för växelströmsmotorer. Med DC-motorer används olika anslutningskombinationer för att anpassa frekvensomriktaren till varierande driftsförhållanden.
Vid stillastående är huvudgeneratorns uteffekt initialt lågspänning/högström, ofta över 1000 ampere per motor vid full effekt. När loket står i eller nära stillastående begränsas strömflödet endast av likströmsmotståndet hos motorlindningarna och sammankopplingskretsen, såväl som kapaciteten hos själva huvudgeneratorn. Vridmomentet i en serielindad motor är ungefär proportionellt mot kvadraten på strömmen. Därför kommer dragmotorerna att producera sitt högsta vridmoment, vilket får loket att utveckla maximal dragkraft , vilket gör att det kan övervinna tågets tröghet. Denna effekt är analog med vad som händer i en automatisk växellåda för bilar vid start, där den är i första växeln och därigenom producerar maximal vridmomentmultiplicering.
När loket accelererar kommer de nu roterande motorarmaturerna att börja generera en motelektromotorisk kraft (tillbaka EMF, vilket betyder att motorerna också försöker fungera som generatorer), vilket kommer att motverka utsignalen från huvudgeneratorn och orsaka dragmotorström att minska. Huvudgeneratorns spänning kommer att öka på motsvarande sätt i ett försök att bibehålla motoreffekten, men kommer så småningom att nå en platå. Vid denna tidpunkt kommer loket i princip att upphöra att accelerera, såvida inte vid en nedgradering. Eftersom denna platå vanligtvis kommer att nås med en hastighet som är väsentligt lägre än det maximala som kan önskas, måste något göras för att ändra köregenskaperna för att tillåta fortsatt acceleration. Denna förändring kallas "övergång", en process som är analog med att växla växlar i en bil.
Övergångsmetoder inkluderar:
- Serie / Parallell eller "motorövergång".
- Till en början kopplas motorpar i serie över huvudgeneratorn. Vid högre hastighet återkopplas motorer parallellt över huvudgeneratorn.
- "Fältväxling", "fältavledning" eller "svag fielding".
- Motstånd kopplas parallellt med motorfältet. Detta har effekten att öka ankarströmmen , vilket ger en motsvarande ökning av motorns vridmoment och hastighet.
Båda metoderna kan också kombineras för att öka arbetshastighetsområdet.
- Generator/likriktarövergång
- Återansluter de två separata interna huvudgeneratorns statorlindningar på två likriktare från parallell till serie för att öka utspänningen.
I äldre lok var det nödvändigt för motorföraren att manuellt utföra övergången med hjälp av en separat kontroll. Som en hjälp för att utföra övergång vid rätt tidpunkt lastmätaren (en indikator som visar motorföraren hur mycket ström som dras av traktionsmotorerna) för att indikera vid vilka punkter övergång framåt eller bakåt ska ske. Automatisk övergång utvecklades därefter för att ge bättre verkningsgrad och för att skydda huvudgeneratorn och traktionsmotorerna från överbelastning från felaktig övergång.
Moderna lokomotiv har dragkraftväxelriktare , AC till DC, kapabla att leverera 1 200 volt (tidigare draggeneratorer, DC till DC, var kapabla att leverera endast 600 volt). Denna förbättring åstadkoms till stor del genom förbättringar av kiseldiodteknologi. Med förmågan att leverera 1 200 volt till traktionsmotorerna eliminerades behovet av "övergång".
Dynamisk bromsning
Ett vanligt alternativ på diesel-elektriska lok är dynamisk (reostatisk) bromsning .
Dynamisk bromsning drar fördel av att dragmotorns armaturer alltid roterar när loket är i rörelse och att en motor kan fås att fungera som generator genom att separat excitera fältlindningen. När dynamisk bromsning används konfigureras traktionskontrollkretsarna enligt följande:
- Fältlindningen för varje dragmotor är ansluten över huvudgeneratorn.
- Ankaret på varje dragmotor är kopplat över ett forcerat luftkylt motståndsgaller (det dynamiska bromsnätet) i taket på lokets huv.
- Drivmotorns RPM ökas och huvudgeneratorfältet exciteras, vilket orsakar en motsvarande excitering av traktionsmotorfälten.
Den sammanlagda effekten av ovanstående är att få varje dragmotor att generera elektrisk kraft och avleda den som värme i det dynamiska bromsnätet. En fläkt ansluten över nätet ger forcerad luftkylning. Följaktligen drivs fläkten av uteffekten från traktionsmotorerna och kommer att tendera att gå snabbare och producera mer luftflöde när mer energi tillförs nätet.
I slutändan är källan till energin som försvinner i det dynamiska bromsnätet lokets rörelse så som den överförs till dragmotorns armaturer. Därför utsätter dragmotorerna för motstånd och loket fungerar som en broms. När hastigheten minskar avtar bromseffekten och blir vanligtvis ineffektiv under cirka 16 km/h (10 mph), beroende på utväxlingen mellan drivmotorerna och axlarna .
Dynamisk bromsning är särskilt fördelaktig när man kör i bergsområden; där det alltid finns risk för flykt på grund av överhettade friktionsbromsar under nedstigning. I sådana fall appliceras vanligtvis dynamiska bromsar i samband med luftbromsarna, den kombinerade effekten kallas blandad bromsning . Användningen av blandad bromsning kan också hjälpa till att hålla slacket i ett långt tåg utsträckt när det går över en lutning, vilket hjälper till att förhindra en "inkörning", en plötslig hophopning av tågspel som kan orsaka en urspårning. Blandad bromsning används också ofta med pendeltåg för att minska slitaget på de mekaniska bromsarna, vilket är ett naturligt resultat av de många stopp som sådana tåg vanligtvis gör under en körning.
Elektrodiesel
Dessa speciallok kan fungera som ett elektriskt lok eller som ett diesellokomotiv. Long Island Rail Road , Metro-North Railroad och New Jersey Transit Rail Operations driver dual-mode diesel-elektriska/tredje järnvägslok ( kontaktledning på NJTransit) mellan icke-elektrifierat territorium och New York City på grund av en lokal lag som förbjuder diesel- motordrivna lokomotiv i Manhattan- tunnlar. Av samma anledning Amtrak en flotta av dual-mode lokomotiv i New York-området. British Rail drev dubbla diesel-elektriska/elektriska lokomotiv konstruerade för att främst köras som elektriska lok med reducerad effekt tillgänglig när de körs på dieselkraft. Detta gjorde det möjligt för bangårdar att förbli oelektrifierade, eftersom det tredje järnvägskraftsystemet är extremt farligt på ett gårdsområde.
Diesel-hydraulisk
Diesel-hydrauliska lok använder en eller flera momentomvandlare i kombination med växlar med fast utväxling. Drivaxlar och kugghjul bildar den slutliga drivningen för att överföra kraften från momentomvandlarna till hjulen och för att åstadkomma backning. Skillnaden mellan hydrauliska och mekaniska system är var hastigheten och vridmomentet justeras. I det mekaniska transmissionssystemet som har flera utväxlingar som i en växellåda, om det finns en hydraulisk sektion, är det bara för att låta motorn gå när tåget är för långsamt eller stannat. I hydraulsystemet är hydrauliken det primära systemet för att anpassa motorvarvtal och vridmoment till tågets situation, med växelval för endast begränsad användning, som backväxel.
Hydrostatisk transmission
Hydrauliska drivsystem som använder ett hydrostatiskt hydrauliskt drivsystem har använts för rälsanvändning. Moderna exempel var 350 till 750 hk (260 till 560 kW) växlingslok från Cockerill (Belgien), 4 till 12 ton 35 till 58 kW (47 till 78 hk) smalspåriga industrilok från Atlas Copcos dotterbolag GIA. Hydrostatiska drivenheter används också i järnvägsunderhållsmaskiner (manipulatorer, rälslipmaskiner).
Användning av hydrostatiska transmissioner är i allmänhet begränsad till små växlingslok och rälsunderhållsutrustning, samt används för icke-dragande tillämpningar i dieselmotorer såsom drivningar för drivmotorfläktar. [ citat behövs ]
Hydrokinetisk transmission
Hydrokinetisk transmission (även kallad hydrodynamisk transmission) använder en vridmomentomvandlare . En vridmomentomvandlare består av tre huvuddelar, varav två roterar, och en (statorn ) som har ett lås som förhindrar bakåtrotation och adderar utgående vridmoment genom att styra om oljeflödet vid lågt utgående varvtal. Alla tre huvuddelar är förseglade i ett oljefyllt hus. För att matcha motorhastigheten till lasthastigheten över hela varvtalsområdet för ett lok krävs ytterligare en metod för att ge tillräcklig räckvidd. En metod är att följa momentomvandlaren med en mekanisk växellåda som växlar utväxlingar automatiskt, liknande en automatisk växellåda i en bil. En annan metod är att tillhandahålla flera vridmomentomvandlare var och en med en variationsbredd som täcker en del av det totala erforderliga; alla momentomvandlare är mekaniskt anslutna hela tiden, och den lämpliga för det hastighetsintervall som krävs väljs genom att fylla den med olja och tömma de andra. Påfyllningen och tömningen utförs med växellådan under belastning, vilket resulterar i mycket mjuka räckviddsändringar utan avbrott i den överförda effekten.
Lokomotiv
Dieselhydrauliska lok är mindre effektiva än dieselelektriska. Den första generationens BR dieselhydraulik var betydligt mindre effektiv (ca 65 %) än dieselelektricitet (ca 80 %), [ citat behövs sönder ] Dessutom visade sig initiala versioner i många länder vara mekaniskt mer komplicerade och mer benägna att gå ner. Hydraulisk transmission för lokomotiv utvecklades i Tyskland. Det finns fortfarande debatt om de relativa fördelarna med hydrauliska kontra elektriska transmissionssystem: fördelar som hävdas för hydrauliska system inkluderar lägre vikt , hög tillförlitlighet och lägre kapitalkostnad. [ citat behövs ]
På 2000-talet använde majoriteten av länderna diesel-elektriska konstruktioner för diesellokomotiv över hela världen, med dieselhydrauliska konstruktioner som inte fanns i användning utanför Tyskland och Japan, och vissa närliggande stater, där den används i konstruktioner för fraktarbete.
I Tyskland och Finland har dieselhydrauliska system uppnått hög driftsäkerhet. I Storbritannien fick den diesel-hydrauliska principen ett dåligt rykte på grund av den dåliga hållbarheten och tillförlitligheten hos Maybach Mekydro hydrauliska transmission . Argumentet fortsätter om den relativa tillförlitligheten hos hydrauliska system, med frågor om huruvida data har manipulerats för att gynna lokala leverantörer framför icke-tyska. [ citat behövs ]
Flera enheter
Diesel-hydraulisk drivning är vanlig i flera enheter, med olika transmissionskonstruktioner som används inklusive Voith- momentomvandlare och vätskekopplingar i kombination med mekanisk växel.
Majoriteten av British Rails andra generationens passagerar-DMU-lager använde hydraulisk transmission. På 2000-talet inkluderar konstruktioner som använder hydraulisk transmission Bombardiers Turbostar- , Talent- och RegioSwinger - familjer; dieselmotorversioner av Siemens Desiro- plattformen och Stadler Regio-Shuttle .
Exempel
Diesel-hydrauliska lok har en mindre marknadsandel än de med diesel-elektrisk transmission – den största globala användaren av hydrauliska transmissioner på huvudlinjen var Förbundsrepubliken Tyskland, med konstruktioner inklusive 1950-talets DB klass V 200 och 1960- och 1970-talens DB Klass V 160 familj . British Rail introducerade ett antal dieselhydrauliska mönster under sin moderniseringsplan 1955 , ursprungligen licensbyggda versioner av tyska mönster (se Kategori: Diesel-hydrauliska lokomotiv i Storbritannien ). I Spanien Renfe tvåmotoriga tyska konstruktioner med högt effekt/viktförhållande för att transportera höghastighetståg från 1960-talet till 1990-talet. (Se Renfe-klasserna 340 , 350 , 352 , 353 , 354 )
Andra huvudlinjelok av efterkrigstiden inkluderade 1950-talet GMD GMDH-1 experimentella lokomotiv; Henschel & Son byggde South African Class 61-000 ; på 1960-talet Southern Pacific 18 Krauss-Maffei KM ML-4000 dieselhydrauliska lok. Denver & Rio Grande Western Railroad köpte också tre, som alla senare såldes till SP.
I Finland har över 200 finskbyggda VR-klass Dv12 och Dr14 dieselhydrauliker med Voith -transmissioner använts kontinuerligt sedan början av 1960-talet. Alla enheter av Dr14-klassen och de flesta enheter av Dv12-klassen är fortfarande i drift. VR har övergett några svagt konditionerade enheter av 2700-serien Dv12s.
I det 21:a århundradets serietillverkning inkluderar standardmässiga diesel-hydrauliska konstruktioner Voith Gravita , beställd av Deutsche Bahn , och Vossloh G2000 BB , G1206 och G1700 , alla tillverkade i Tyskland för fraktbruk.
Diesel-ånga
Ång-diesel hybridlok kan använda ånga som genereras från en panna eller diesel för att driva en kolvmotor. Cristiani Compressed Steam System använde en dieselmotor för att driva en kompressor för att driva och recirkulera ånga som produceras av en panna; använder effektivt ånga som kraftöverföringsmedium, med dieselmotorn som drivkraften
Diesel-pneumatisk
Det dieselpneumatiska loket var av intresse på 1930-talet eftersom det erbjöd möjligheten att konvertera befintliga ånglok till dieseldrift. Ramen och cylindrarna i ångloket skulle behållas och pannan skulle ersättas av en dieselmotor som driver en luftkompressor . Problemet var låg termisk verkningsgrad på grund av den stora mängden energi som går till spillo som värme i luftkompressorn. Försök gjordes att kompensera för detta genom att använda dieselavgaserna för att värma upp tryckluften men dessa hade begränsad framgång. Ett tyskt förslag från 1929 resulterade i en prototyp, men ett liknande brittiskt förslag från 1932, att använda ett LNER klass R1- lok, kom aldrig längre än designstadiet.
Drift med flera enheter
De flesta diesellok är kapabla till drift med flera enheter (MU) som ett sätt att öka hästkrafter och dragkraft vid transport av tunga tåg. Alla nordamerikanska lok, inklusive exportmodeller, använder ett standardiserat AAR- elektriskt styrsystem som är sammankopplat med en 27-stifts MU-kabel mellan enheterna. För UK-byggda lok används ett antal inkompatibla styrsystem, men det vanligaste är Blue Star-systemet, som är elektropneumatiskt och anpassat till de flesta tidiga dieselklasser. Ett litet antal typer, vanligtvis mer kraftfulla lokomotiv avsedda för passagerararbete, har inte flera styrsystem. benämns de elektriska styranslutningarna som är gemensamma för alla enheter i en består som tåglinjer. Resultatet är att alla lok i en konsistens beter sig som ett som svar på förarens kontrollrörelser.
Möjligheten att koppla ihop diesel-elektriska lok på ett MU-sätt introducerades först i EMC EA/EB 1937. Elektriska sammankopplingar gjordes så att en förare kunde köra hela beståndet från huvudenheten.
I bergsregioner är det vanligt att man placerar hjälplokomotiv i mitten av tåget, både för att ge den extra kraft som behövs för att ta sig upp i en lutning och för att begränsa mängden påfrestning på vagnens dragväxel kopplad till huvudänden. kraft. Hjälpenheterna i sådana distribuerade effektkonfigurationer styrs från huvudenhetens hytt genom kodade radiosignaler. Även om detta tekniskt sett inte är en MU-konfiguration, är beteendet detsamma som med fysiskt sammankopplade enheter.
Hyttarrangemang
Hyttarrangemang varierar beroende på tillverkare och operatör. Praxis i USA har traditionellt sett varit en hytt i ena änden av loket med begränsad sikt om loket inte manövreras hytten framåt. Detta är vanligtvis inte ett problem eftersom amerikanska lokomotiv vanligtvis körs i par, eller tre, och arrangerade så att en hytt finns i varje ände av varje set. Europeisk praxis är vanligtvis för en hytt i varje ände av loket eftersom tågen vanligtvis är tillräckligt lätta för att köra med ett lok. Tidig amerikansk praxis var att lägga till kraftenheter utan hytter (booster eller B-enheter ) och arrangemanget var ofta AB, AA, ABA, ABB eller ABBA där A var en enhet med en hytt. Mitthytter användes ibland för växlingslok.
Ko-kalv
Inom nordamerikansk järnväg är en ko-kalvsats ett par lokomotiv av växeltyp: en (kon) utrustad med en förarhytt, den andra (kalven) utan hytt och styrd från kon genom kablar. Ko-kalvset används i tunga växlings- och puckelservice . Vissa är radiostyrda utan en driftingenjör närvarande i hytten. Detta arrangemang är också känt som master-slave . Där två anslutna enheter fanns, EMD dessa TR-2:or (ungefär 2 000 hk eller 1 500 kW); där tre enheter, TR-3:or (cirka 3 000 hk eller 2 200 kW).
Ko-kalvar har i stort sett försvunnit eftersom dessa motorkombinationer överskred deras ekonomiska livslängd för många år sedan.
Nuvarande nordamerikansk praxis är att para två 3 000 hk GP40-2 eller SD40-2 vägväxlare, ofta nästan utslitna och mycket snart redo för ombyggnad eller skrotning, och att använda dessa för så kallade "överförings"-användningar, för vilka TR-2, TR-3 och TR-4 motorer var ursprungligen avsedda, därav beteckningen TR, för "överföring".
Ibland kan den andra enheten få sin drivmotor och draggenerator borttagen och ersatt av betong- eller stålballast och kraften för dragkraft som erhålls från masterenheten. Eftersom en 16-cylindrig drivmotor i allmänhet väger i intervallet 36 000 pund (16 000 kg) och en 3 000 hk dragkraftsgenerator i allmänhet väger i intervallet 18 000 pund (8 200 kg), skulle detta innebära att 54 000 000 kg skulle behövas för ballast.
Ett par fullt kapabla "Dash 2"-enheter skulle få 6 000 hk (4 500 kW). Ett "Dash 2"-par där endast en hade en drivmotor/generator skulle ha en kapacitet på 3 000 hk, med all effekt från befälhavaren, men kombinationen drar nytta av den dragkraft som slaven tillhandahåller eftersom motorer i överföringstjänst sällan används att ge 3 000 hk mycket mindre 6 000 hk på kontinuerlig basis.
Beslag och apparater
Flamsäkring
Ett vanligt diesellokomotiv ger en mycket låg brandrisk men "flam proofing" kan minska risken ytterligare. Detta innebär att en vattenfylld låda monteras på avgasröret för att släcka alla glödheta kolpartiklar som kan släppas ut. Andra försiktighetsåtgärder kan inkludera ett helt isolerat elektriskt system (ingen sida jordad till ramen) och alla elektriska ledningar inneslutna i ledningar.
Det flamsäkra diesellokomotivet har ersatt det eldfria ångloket i områden med hög brandrisk som oljeraffinaderier och ammunitionsdumpar . Bevarade exempel på flamsäkra diesellokomotiv inkluderar:
- Francis Baily från Thatcham (fd RAF Welford ) vid Southall Railway Center
- Naworth (fd National Coal Board ) vid South Tynedale Railway
Senaste utvecklingen av "Flamsäkert Diesel Vehicle Applied New Exhaust Gas Dry Type Treatment System" behöver inte vattentillförsel.
Ljus
.jpg)
Lamporna som monteras på diesellok varierar från land till land. Nordamerikanska lok är försedda med två strålkastare (för säkerhets skull om en skulle fungera fel) och ett par dikesljus. De senare är monterade lågt framtill och är utformade för att göra loket lätt synligt när det närmar sig en plankorsning . Äldre lok kan förses med Gyralite eller Mars Light istället för dikesljusen.
Miljöpåverkan
Även om diesellokomotiv generellt sett släpper ut mindre svaveldioxid, en stor förorening för miljön och växthusgaser än ånglok, är de inte helt rena i det avseendet. Liksom andra dieseldrivna fordon släpper de dessutom ut kväveoxider och fina partiklar , vilket är en risk för folkhälsan. Faktum är att i detta sista avseende kan diesellokomotiv prestera sämre än ånglok.
I åratal trodde amerikanska regeringsforskare som mäter luftföroreningar att dieselloksmotorer var relativt rena och släppte ut mycket mindre hälsofarliga utsläpp än de från diesellastbilar eller andra fordon; forskarna upptäckte dock att eftersom de använde felaktiga uppskattningar av mängden bränsle som förbrukades av diesellokomotiv, underskattade de kraftigt mängden föroreningar som genererades årligen. Efter att ha reviderat sina beräkningar drog de slutsatsen att de årliga utsläppen av kväveoxid, en viktig ingrediens i smog och surt regn , och sot år 2030 skulle vara nästan dubbelt så mycket som de ursprungligen antog. I Europa, där de flesta större järnvägar har elektrifierats, är oron mindre.
Detta skulle innebära att diesellokomotiv i USA skulle släppa ut mer än 800 000 ton kväveoxid och 25 000 ton sot varje år inom ett kvarts sekel, i motsats till EPA:s tidigare prognoser på 480 000 ton kvävedioxid och 12 000 ton sot. Sedan detta upptäcktes, för att minska effekterna av diesellokomotivet på människor (som andas in de skadliga utsläppen) och på växter och djur, anses det vara praktiskt att installera fällor i dieselmotorerna för att minska föroreningsnivåerna och andra metoder för föroreningskontroll (t.ex. användning av biodiesel ).
Föroreningar från diesellokomotiv har varit särskilt oroande i staden Chicago . Chicago Tribune rapporterade nivåer av dieselsot inuti lokomotiv som lämnar Chicago på nivåer hundratals gånger över vad som normalt finns på gatorna utanför. Invånare i flera stadsdelar utsätts med största sannolikhet för dieselutsläpp på nivåer som är flera gånger högre än riksgenomsnittet för tätorter.
Begränsning
År 2008 gav USA:s miljöskyddsmyndighet (EPA) mandat att föreskrifter som kräver att alla nya eller renoverade diesellokomotiv ska uppfylla föroreningsstandarder i Tier II som minskar mängden tillåtet sot med 90 % och kräver en 80 % minskning av kväveoxidutsläppen . Se Lista över lågutsläppslok .
Andra tekniker som används för att minska utsläppen från lokomotiv och bränsleförbrukning inkluderar "Genset"-kopplingslok och hybriddesign av Green Goat . Genset-lok använder flera mindre höghastighetsdieselmotorer och generatorer (generatorset), snarare än en enda medelhastighets dieselmotor och en enda generator. På grund av kostnaden för att utveckla rena motorer är dessa mindre höghastighetsmotorer baserade på redan utvecklade lastbilsmotorer. Gröna getter är en typ av hybridomkopplingslok som använder en liten dieselmotor och en stor bank av uppladdningsbara batterier. Byte av lok är särskilt oroande eftersom de vanligtvis arbetar i ett begränsat område, ofta i eller nära stadskärnor, och tillbringar mycket av sin tid på tomgång. Båda designerna minskar föroreningarna under EPA Tier II-standarder och minskar eller eliminerar utsläpp under tomgång.
Fördelar framför ånga
När diesellokomotiven utvecklades sjönk kostnaderna för att tillverka och driva dem, och de blev billigare att äga och driva än ånglok. I Nordamerika skräddarsyddes ånglok för specifika järnvägsrutter, så stordriftsfördelar var svåra att uppnå. Även om det var mer komplext att tillverka med exakta tillverkningstoleranser ( 1 ⁄ 10000 -tum eller 0,0025 millimeter för diesel, jämfört med 1 ⁄ 100 - tum (0,25 mm) för ånga), var dieselloksdelar lättare att masstillverka. Baldwin Locomotive Works erbjöd nästan 500 ångmodeller under sin storhetstid, medan EMD erbjöd färre än tio dieselvarianter. I Storbritannien British Railways ånglok till standardkonstruktioner från 1951 och framåt. Dessa inkluderade utbytbara standarddelar, vilket gjorde dem billigare att tillverka än de diesellokomotiv som då fanns tillgängliga. Kapitalkostnaden per dragstångshästkraft var £13 6s (ånga), £65 (diesel), £69 7s (turbin) och £17 13s (elektrisk).
Diesellokomotiv erbjuder betydande driftsfördelar jämfört med ånglok. De kan säkert manövreras av en person, vilket gör dem idealiska för växlings-/växlingsuppgifter på gårdar (även om många diesellokomotiv på huvudlinjen av säkerhetsskäl fortsätter att ha två personers besättningar: en ingenjör och en konduktör/växel) och driftsmiljön är mycket mer attraktiv, är tystare, helt väderbeständig och utan smuts och värme som är en oundviklig del av driften av ett ånglok. Diesellokomotiv kan arbetas i flera med en enda besättning som styr flera lok i ett enda tåg - något som inte är praktiskt med ånglok. Detta medförde större effektivitet för operatören, eftersom individuella lok kunde ha relativt låg effekt för användning som en enda enhet vid lätta uppgifter, men samlade för att ge den kraft som behövs på ett tungt tåg. Med ångdragning krävdes ett enda mycket kraftfullt och dyrt lok för de tyngsta tågen eller så tog operatören till dubbelriktning med flera lok och besättningar, en metod som också var dyr och förde med sig sina egna driftsvårigheter.
Dieselmotorer kan startas och stoppas nästan omedelbart, vilket innebär att ett diesellokomotiv har potential att inte ådra sig några bränslekostnader när det inte används. Det är dock fortfarande praxis för stora nordamerikanska järnvägar att använda rakt vatten som kylvätska i dieselmotorer istället för kylvätskor som har antifrysegenskaper; detta resulterar i att diesellok lämnas på tomgång när de parkeras i kallt klimat istället för att stängas av helt. En dieselmotor kan lämnas på tomgång utan uppsikt i timmar eller till och med dagar, särskilt eftersom praktiskt taget alla dieselmotorer som används i lok har system som automatiskt stänger av motorn om problem som oljetrycksförlust eller kylvätskeförlust uppstår. Automatiska start/stoppsystem finns tillgängliga som övervakar kylvätske- och motortemperaturer. När enheten är nära att kylvätskan fryser startar systemet om dieselmotorn för att värma upp kylvätskan och andra system.
Ånglok kräver intensivt underhåll, smörjning och rengöring före, under och efter användning. Att förbereda och elda ett ånglok för användning från kyla kan ta många timmar. De kan hållas i beredskap mellan användningarna med låg eld, men detta kräver regelbunden eldning och frekvent uppmärksamhet för att upprätthålla vattennivån i pannan. Detta kan vara nödvändigt för att förhindra att vattnet i pannan fryser i kallt klimat, så länge som vattentillförseln inte är frusen. Efter användning kräver ett ånglok en långvarig destruktionsoperation för att utföra rengöring, inspektion, underhåll och påfyllning med vatten och bränsle innan det är redo för nästa arbetstillfälle. Däremot marknadsförde EMD redan 1939 sitt i FT-serien eftersom det inte behövde något underhåll mellan 30-dagarsinspektioner utöver tankning och grundläggande vätskenivå- och säkerhetskontroller som kunde utföras med drivmotorn fortfarande igång. Järnvägar som konverterade från ång- till dieseldrift på 1940- och 1950-talen fann att diesellokomotiv under en viss period var tillgängliga för i genomsnitt tre eller fyra gånger fler intäktstimmar än motsvarande ånglok, vilket gjorde att lokflottan kunde minskas drastiskt i storlek samtidigt som operativ kapacitet bibehålls. [ citat behövs ]
Underhålls- och driftskostnaderna för ånglok var mycket högre än dieslar. Årliga underhållskostnader för ånglok stod för 25 % av den ursprungliga inköpspriset. Reservdelar gjuts från trämästare för specifika lok. Det stora antalet unika ånglok gjorde att det inte fanns något genomförbart sätt att upprätthålla reservdelslager. Med diesellokomotiv kunde reservdelar serietillverkas och hållas i lager redo för användning och många delar och underenheter kunde standardiseras över en operatörs flotta med hjälp av olika lokmodeller från samma tillverkare. Moderna diesellokomotivmotorer är utformade för att tillåta kraftaggregaten (system av fungerande delar och deras blockgränssnitt) att bytas ut samtidigt som huvudblocket behålls i loket, vilket avsevärt minskar tiden som ett lok är ur intäktsgenererande tjänst när det kräver underhåll.
Ångmaskiner krävde stora mängder kol och vatten, vilket var dyra rörliga driftskostnader. Vidare var den termiska verkningsgraden för ånga avsevärt lägre än för dieselmotorer. Diesels teoretiska studier visade potentiella termiska verkningsgrader för en kompressionständningsmotor på 36 % (jämfört med 6–10 % för ånga), och en encylindrig prototyp från 1897 som kördes med anmärkningsvärda 26 % verkningsgrad.
Men en studie publicerad 1959 antydde att många av jämförelserna mellan diesel- och ånglok gjordes orättvist, mest för att dieslar var en nyare teknik. Efter noggrann analys av finansiella poster och tekniska framsteg fann författaren att om forskningen hade fortsatt på ångteknologi istället för diesel, skulle det vara försumbar ekonomisk fördel med att konvertera till dieselrörelse.
Vid mitten av 1960-talet hade diesellokomotiv effektivt ersatt ånglok där elektrisk dragkraft inte användes. Försöken att utveckla avancerad ångteknik fortsätter under 2000-talet, men har inte haft någon nämnvärd effekt.
Se även
Källor
- Churella, Albert J. (1998). Från Steam till Diesel: Ledarskap och organisationsförmåga i den amerikanska lokomotivindustrin från 1900-talet . Princeton, New Jersey : Princeton University Press . ISBN 978-0-691-02776-0 .
- Pinkepank, Jerry A. (1973). Den andra Diesel Spotter's Guide . Milwaukee WI: Kalmbach-böcker. ISBN 978-0-89024-026-7 .
externa länkar
- USA:s regeringstest av GP38-2-lok med biodiesel.
- En artikel från 1926 The Diesel Engine in Railway Transportation på diesellokomotiv
- Diesellokomotiv
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
