Sådan fungerer diesellokomotiver

Hybriddiesellokomotivet er en utrolig fremvisning af magt og opfindsomhed. Det kombinerer en fantastisk mekanisk teknologi, herunder en kæmpe, 12-cylindret, totakts dieselmotor, med nogle kraftige elektriske motorer og generatorer, smide en lille smule computerteknologi i god stand.

Denne 270, 000 pund (122, 470 kg) lokomotiv er designet til at trække person-togvogne med hastigheder på op til 110 miles i timen (177 km / t). Dieselmotoren laver 3, 200 hestekræfter, og generatoren kan gøre dette til næsten 4, 700 ampere elektrisk strøm. De fire drivmotorer bruger denne elektricitet til at generere over 64, 000 pund kraft. Der er en helt separat V-12 motor og generator til at levere elektrisk strøm til resten af ​​toget. Denne generator kaldes head-end strømforsyning . Den på dette tog kan lave over 560 kilowatt (kW) elektrisk strøm.

Denne kombination af dieselmotor og elektriske generatorer og motorer gør lokomotivet til et hybridkøretøj. I denne artikel, Vi starter med at lære, hvorfor lokomotiver er bygget på denne måde, og hvorfor de har stålhjul. Derefter tager vi et kig på layout og nøglekomponenter.

Indhold

1. Hvorfor hybrid? Hvorfor Diesel?
2. Stålfælge
3. Trækkraft
4. Layoutet:Hovedmotor og generator
5. Layoutet:førerhus og lastbiler
6. Layoutet:Power, Brændstof og batterier
7. Motor og generator
8. Lastbiler:Fremdrift og affjedring
9. Lastbiler:Bremsning
10. Kører et lokomotiv
11. Kører i toget

Hvorfor hybrid? Hvorfor Diesel?

De 3, 200-hestes motor, der driver hovedgeneratoren

Hovedårsagen til, at diesellokomotiver er hybrid, er, fordi dette eliminerer behovet for en mekanisk transmission, som fundet i biler. Lad os starte med at forstå, hvorfor biler har transmissioner.

Din bil har brug for en transmission på grund af benzinmotorens fysik. Først, enhver motor har en rød linje - en maksimal omdrejningstal (omdrejninger pr. minut) værdi, over hvilken motoren ikke kan køre uden at eksplodere. Sekund, hvis du har læst Sådan fungerer hestekræfter, så ved du, at motorer har et smalt omdrejningstal pr. minut, hvor hestekræfter og drejningsmoment er maksimalt. For eksempel, en motor kan producere sin maksimale hestekræfter mellem 5, 200 og 5, 500 omdr./min. Transmissionen gør det muligt at ændre gearforholdet mellem motoren og drivhjulene, når bilen sætter fart og sænker farten. Du skifter gear, så motoren kan holde sig under rødlinjen og nær omdrejningstallet for sin bedste ydeevne (maksimal effekt).

Fem- eller seks-trins transmission på de fleste biler giver dem mulighed for at køre 110 mph (177 km / t) eller hurtigere med et motorhastighedsområde på 500 til 6, 000 omdr./min. Motoren på vores diesellokomotiv har et meget mindre hastighedsområde. Dens tomgangshastighed er omkring 269 omdr./min., og dens maksimale hastighed er kun 904 omdr./min. Med et hastighedsområde som dette, et lokomotiv ville have brug for 20 eller 30 gear for at nå det op til 177 km / t.

En gearkasse som denne ville være enorm (den skulle klare 3, 200 hestekræfter), kompliceret og ineffektiv. Det skulle også levere strøm til fire sæt hjul, hvilket ville øge kompleksiteten.

Ved at gå med en hybrid Opsætning, hoveddieselmotoren kan køre med en konstant hastighed, drejning af en elektrisk generator. Generatoren sender elektrisk strøm til en trækkraftmotor på hver aksel, som driver hjulene. Trækkraftmotorerne kan producere tilstrækkeligt drejningsmoment ved enhver hastighed, fra et punktum til 177 km / t, uden at skulle skifte gear.

Hvorfor Diesel?

Dieselmotorer er flere effektiv end benzinmotorer. Et stort lokomotiv som dette bruger i gennemsnit 1,5 gallon diesel pr. Mil (352 l pr. 100 km), når man trækker omkring fem personbiler. Lokomotiver, der trækker hundredvis af fuldt lastede godsvogne, bruger mange gange mere brændstof end dette, så selv et fald på fem eller 10 procent i effektivitet ville hurtigt være en markant stigning i brændstofomkostningerne.

Stålfælge

Nogensinde spekuleret på, hvorfor tog har stål hjul , frem for dæk som en bil? Det er for at reducere rullende friktion . Når din bil kører på motorvejen, noget som 25 procent af motorens effekt bliver brugt til at skubbe dækkene ned ad vejen. Dæk bøjer og deformeres meget, når de ruller, som bruger meget energi.

Mængden af ​​energi, der bruges af dækkene, er proportional med vægten, der er på dem. Da en bil er relativt let, denne mængde energi er acceptabel (du kan købe lav rullemodstandsdæk til din bil, hvis du vil spare lidt gas).

Da et tog vejer tusinder af gange mere end en bil, rullemodstanden er en enorm faktor for at bestemme, hvor meget kraft det tager at trække toget. Stålhjulene på toget kører på en lille kontaktflade - kontaktområdet mellem hvert hjul og sporet er omtrent på størrelse med en skilling.

Ved at bruge stålhjul på et stålskinne, mængden af ​​deformation minimeres, hvilket reducerer rullemodstanden. Faktisk, et tog handler om den mest effektive måde at flytte tungt gods på.

Ulempen ved at bruge stålhjul er, at de ikke har meget trækkraft . I det næste afsnit, vi diskuterer den interessante løsning på dette problem.

Trækkraft

Trækkraft, når man går rundt i sving, er ikke et problem, fordi toghjul har flanger, der holder dem på sporet. Men trækkraft ved bremsning og acceleration er et problem.

Dette lokomotiv kan generere 64, 000 pund tryk . Men for at den effektivt kan bruge denne kraft, de otte hjul på lokomotivet skal kunne anvende dette tryk på banen uden at glide. Lokomotivet bruger et pænt trick til at øge vejgrebet.

Foran hvert hjul er der en dyse, der bruger trykluft til at sprøjte sand , som er opbevaret i to tanke på lokomotivet. Sandet øger drivhjulets trækkraft dramatisk. Toget har et elektronisk trækkontrolsystem, der automatisk starter sandsprøjterne, når hjulene glider, eller når ingeniøren foretager et nødstop. Systemet kan også reducere effekten af ​​enhver trækkraftmotor, hvis hjul glider.

Lad os nu tjekke lokomotivets layout.

Layoutet:Hovedmotor og generator

Næsten hver tomme af det 54 ft (16,2 m) lokomotiv er tæt pakket med udstyr.

Hold musen over delmærkerne for at se, hvor hver er placeret på dieselmotoren.

Hovedmotor og generator

Det gigantiske totakts, turboladet V-12 og elektrisk generator giver den enorme mængde strøm, der er nødvendig for at trække tunge belastninger ved høje hastigheder. Motoren alene vejer over 30, 000 pund (13, 608 kg), og generatoren vejer 17, 700 pund (8, 029 kg). Vi taler mere om motoren og generatoren senere.

Layoutet:førerhus og lastbiler

Udsigten fra lokomotivets førerhus

Hold musen over delmærkerne for at se, hvor hver er placeret på dieselmotoren.

Førerhus

Lokomotivets førerhus kører på sit eget affjedringssystem, hvilket hjælper med at isolere ingeniøren fra stød. Sæderne har også et affjedringssystem.

Inde i førerhuset er der to sæder:en til ingeniøren og en til brandmanden. Ingeniøren har let adgang til alle lokomotivets betjeningselementer; brandmanden har bare en radio og en bremsekontrol. Også inde i bilen, lige i næsen på lokomotivet, er et toilet.

Lastbiler

Lastbilerne er den komplette samling af to aksler med hjul, trækkraftmotorer, gearing, affjedring og bremser. Vi diskuterer disse komponenter senere.

Layoutet:Power, Brændstof og batterier

Hold musen over delmærkerne for at se, hvor hver er placeret på dieselmotoren.

Head-end Power Unit

Det head-end strømforsyning består af en anden stor dieselmotor, denne gang et fireslag, dobbelt-turboladet Caterpillar V-12. Selve motoren er mere kraftfuld end motoren i næsten enhver semitruck. Den driver en generator, der leverer 480 volt, 3-faset vekselstrøm til resten af ​​toget. Denne motor og generator leverer over 560 kW elektrisk strøm til resten af ​​toget, skal bruges af de elektriske klimaanlæg, lys og køkkenfaciliteter. Ved at bruge en helt separat motor og generator til disse systemer, toget kan holde passagererne komfortable, selvom hovedmotoren svigter. Det reducerer også belastningen på hovedmotoren.

Brændstoftank

Denne enorme tank i lokomotivets underliv rummer 2, 200 liter (8, 328 L) dieselolie. Brændstoftanken er opdelt, så hvis et rum er beskadiget eller begynder at lække, pumper kan fjerne brændstoffet fra det rum.

Batterier

Lokomotivet kører på et nominelt 64 volt elektrisk system. Lokomotivet har otte 8-volts batterier, hver vejer 136 kg. Disse batterier giver den nødvendige effekt til at starte motoren (den har en enorm startmotor), samt at køre elektronikken i lokomotivet. Når hovedmotoren kører, en generator forsyner strøm til elektronikken og batterierne.

Lad os tage et mere detaljeret kig på nogle af de vigtigste systemer på lokomotivet.

Motor og generator

Hovedmotoren i dette lokomotiv er en General Motors EMD 710 -serie motor. "710" betyder, at hver cylinder i denne turboladede, totakts, diesel V-12 har en forskydning på 710 kubik tommer (11,6 L). Det er mere end det dobbelte af de fleste af de største benzin-V-8-bilmotorer-og vi taler kun om en af ​​de 12 cylindre i denne 3, 200 hk motor.

Så hvorfor totakts ? Selvom denne motor er enorm, hvis den kørte på firetakts dieselcyklussen, som de fleste mindre dieselmotorer gør, det ville kun give omkring halvdelen af ​​strømmen. Dette skyldes, at med totaktscyklussen, der er dobbelt så mange forbrændingshændelser (som producerer kraften) pr. revolution. Det viser sig, at dieselmotoren med to stokke virkelig er meget mere elegant og effektiv end totakts benzinmotoren. Se hvordan diesel totaktsmotorer fungerer for flere detaljer.

Du tænker måske, hvis denne motor er omkring 24 gange størrelsen på en stor V-8 bilmotor, og bruger en totakts i stedet for en firetaktscyklus, hvorfor laver den kun cirka 10 gange strømmen? Årsagen er, at denne motor er designet til at producere 3, 200 hk kontinuerligt, og det varer i årtier. Hvis du løbende kørte motoren i din bil ved fuld effekt, du ville være heldig, hvis det varede en uge.

Her er nogle af specifikationerne for denne motor:

• Antal cylindre :12
• Kompressions forhold :16:1
• Slagvolumen pr. Cylinder :11,6 L (710 in ³ )
• Cylinderboring :230 mm (9,2 tommer)
• Cylinder slag :279 mm (11,1 tommer)
• Fuld fart på :904 omdr./min
• Normal tomgangshastighed :269 omdr./min

Denne kæmpe motor er tilsluttet en lige så imponerende generator . Det er omkring 1,8 m i diameter og vejer omkring 17, 700 pund (8, 029 kg). Ved maksimal effekt, denne generator producerer nok elektricitet til at drive et kvarter på omkring 1, 000 huse!

Så hvor går al denne kraft hen? Det går i fire, massive elmotorer placeret i lastbilerne.

Lastbiler:Fremdrift og affjedring

Lastbilerne er de tungeste ting på toget - hver vejer 37, 000 pund (16, 783 kg). Lastbilerne udfører flere opgaver. De understøtter lokomotivets vægt. De sørger for fremdriften, suspensionerne og bremsningen. Som du kan forestille dig, de er enorme strukturer.

Fremdrift

Det trækkraftmotorer give drivkraft til hjulene. Der er en på hver aksel. Hver motor kører et lille gear, som maskerer med et større gear på akselakslen. Dette giver gearreduktionen, der gør det muligt for motoren at køre toget med hastigheder på op til 110 mph.

To af traktionsmotorer fjernet fra en lastbil

Hver motor vejer 6, 000 pund (2, 722 kg) og kan trække op til 1, 170 ampere elektrisk strøm.

Affjedring

Lastbilerne giver også affjedringen til lokomotivet. Lokomotivets vægt hviler på en stor, rund leje , som gør det muligt for lastbilerne at dreje, så toget kan dreje. Nedenfor drejen er en enorm bladfjeder, der hviler på en platform. Platformen er suspenderet med fire, kæmpe metal links , der forbindes til lastbilsenheden. Disse links tillader lokomotivet at svinge fra side til side.

Lokomotivets vægt hviler på bladfjedre , som komprimeres, når den passerer over en bump. Dette isolerer lokomotivets krop fra bumpen. Linkene tillader lastbilerne at bevæge sig fra side til side med udsving i sporet. Banen er ikke helt lige, og ved høje hastigheder, de små variationer i banen ville give en hård tur, hvis lastbilerne ikke kunne svinge sideværts. Systemet holder også vægten på hver skinne relativt ens, reducerer slid på spor og hjul.

Lastbiler:Bremsning

Bremserne ligner tromlebremser på en bil.

Bremsning tilvejebringes af en mekanisme, der ligner en tromlebremse. An luftdrevet stempel skubber en pude mod den ydre overflade af toghjulet.

I forbindelse med de mekaniske bremser, lokomotivet har dynamisk bremsning . I denne tilstand, hver af de fire trækkraftmotorer fungerer som en generator, ved hjælp af togets hjul til at påføre drejningsmoment på motorerne og generere elektrisk strøm. Drejningsmomentet, som hjulene anvender for at dreje motorerne, sænker toget (i stedet for at motorerne drejer hjulene, hjulene drejer motorerne). Den genererede strøm (op til 760 ampere) dirigeres til et kæmpe resistivt net, der forvandler strømmen til varme. En køleventilator suger luft gennem nettet og blæser det ud af lokomotivet - effektivt verdens mest kraftfulde hårtørrer.

På den bageste lastbil er der også en håndbremse -- Ja, selv tog har brug for håndbremser. Da bremserne er luftdrevne, de kan kun fungere, mens kompressoren kører. Hvis toget har været lukket et stykke tid, der vil ikke være noget lufttryk for at holde bremserne i gang. Uden håndbremse og fejlsikring af et lufttrykbeholder, selv en lille hældning ville være nok til at få toget til at køre på grund af dets enorme vægt og den meget lave rullende friktion mellem hjulene og sporet.

Håndbremsen er en håndsving, der trækker i en kæde. Det tager mange omgange af håndsvinget for at stramme kæden. Kæden trækker stemplet ud for at bremse.

Kører et lokomotiv

Du hopper ikke bare i førerhuset, drej nøglen og kør væk i et diesellokomotiv. At starte et tog er lidt mere kompliceret end at starte din bil.

Ingeniøren klatrer op på en 2,4 m stige og går ind i en korridor bag førerhuset. Han eller hun engagerer sig i knivkontakt (som dem i gamle Frankenstein -film), der forbinder batterierne med startkredsløbet. Derefter vender ingeniøren omkring hundrede kontakter på et afbryderpanel, levere strøm til alt fra lysene til brændstofpumpen.

Næste, ingeniøren går ned ad en gang ind i maskinrummet. Han vender og holder en kontakt der, som primerer brændstofsystemet, at sikre, at al luften er ude af systemet. Han drejer derefter kontakten den anden vej, og startmotoren går i indgreb. Motoren drejer rundt og begynder at køre.

Næste, han går op til førerhuset for at overvåge målerne og indstille bremserne, når kompressoren har sat tryk på bremsesystemet. Han kan derefter gå bag på toget for at frigøre håndbremsen.

Endelig kan han gå tilbage til førerhuset og overtage kontrollen derfra. Når han har tilladelse fra toglederen til at flytte, han engagerer sig i klokke , der ringer konstant, og lyder lufthorn to gange (angiver bevægelse fremad).

Gashåndtaget har otte positioner, plus en inaktiv position. Hver af gaspositionerne kaldes en " hak . "Hak 1 er den langsomste hastighed, og hak 8 er den højeste hastighed. For at få toget i gang, ingeniøren frigiver bremserne og sætter gashåndtaget i hak 1.

I denne General Motors EMD 710 -serie motor, at sætte gashåndtaget i hak 1 aktiverer et sæt af kontaktorer (kæmpe elektriske relæer). Disse kontaktorer tilslutter hovedgeneratoren til trækkraftmotorerne. Hvert hak engagerer en anden kombination af kontaktorer, producere en anden spænding. Nogle kombinationer af kontaktorer sætter visse dele af generatorviklingen i en seriekonfiguration, der resulterer i en højere spænding. Andre sætter visse dele parallelt, hvilket resulterer i en lavere spænding. Trækkraftmotorerne producerer mere effekt ved højere spændinger.

Når kontaktorerne engagerer sig, de elektroniske motorstyringer justerer brændstofindsprøjtninger at begynde at producere mere motorkraft.

Det bremsekontrol varierer lufttrykket i bremsecylindrene for at lægge tryk på bremseskoene. På samme tid, det blander sig i den dynamiske bremsning, bruge motorerne til også at bremse toget.

Bremse- og gashåndtagene

Ingeniøren har også en lang række andre betjeningselementer og indikatorlamper.

Kontrolelementer, indikatorer og radioen

En edb -aflæsning viser data fra sensorer overalt i lokomotivet. Det kan give ingeniøren eller mekanikeren oplysninger, der kan hjælpe med at diagnosticere problemer. For eksempel, hvis trykket i brændstofslangerne bliver for højt, dette kan betyde, at et brændstoffilter er tilstoppet.

Dette edb -display kan vise status for systemer overalt i lokomotivet.

Lad os nu tage et kig inde i toget.

Kører i toget

Inde i en personbil

Indkvarteringen inde i et persontog er ret overdådig. Dette tog er Piemonte , der kører dagligt fra Raleigh til Charlotte, North Carolina. Sæderne på dette tog læner sig mere end flyselskabers sæder og har mere benplads. De har også fodstøtter.

Sæderne på denne bil kan vendes og vende mod hinanden, så fire personer kan sidde sammen. Toget har også et køkken, der hovedsageligt serverer sandwich og lette snacks. For førsteklasses passagerer på dette tog, der er en observationsbil, der har et solrum ovenpå og en bar.

Selvom det kan være langsommere at tage toget end at flyve, det er bestemt meget mere behageligt. Der er masser af plads til at gå rundt, og du kan spise i en spisebil eller se på udsigten fra toppen af ​​loungebilen. Nogle tog har endda private værelser til førsteklasses passagerer-ikke en dårlig måde at komme herfra til der.

For mere information om diesellokomotiver og relaterede emner, tjek linkene på den næste side.

Ofte stillede spørgsmål om diesellokomotiv

Hvordan fungerer et diesellokomotiv?

Når diesel tændes, det giver strøm til stemplerne, der er tilsluttet en elektrisk generator. Generatoren producerer derefter energi til at levere strøm til de motorer, der drejer hjulene til at køre lokomotivet.

Hvor mange hestekræfter er et diesellokomotiv?

Et lokomotivs dieselmotor er forbundet til en elektrisk generator, der enten er DC eller AC. I begge tilfælde, den producerede effekt er omkring 3, 200 hestekræfter. Generatoren bruger denne strøm til at konvertere den til en massiv mængde strøm, cirka 4, 700 ampere.

Hvad er forskellen mellem et hybrid diesellokomotiv og et traditionelt lokomotiv?

Et traditionelt lokomotiv er simpelthen afhængig af mekanisk energi til at drive lokomotivet. På den anden side, et moderne hybrid diesellokomotiv kombinerer både elektrisk og mekanisk energi for at give bedre effekt. Den består af massive 12 cylindre forbundet til en totakts dieselmotor og nogle kraftige generatorer og elmotorer for at øge ydelsen.

Hvorfor er lokomotiver dieseldrevne?

Med hensyn til effektivitet, dieselmotorer er mere kraftfulde og energieffektive end benzinmotorer. Dette skyldes, at dieselmotorer arbejder med højere kompressionsforhold. Dette giver omkring 20 procent mere effektivitet end benzinmotorer med samme kompressionsforhold.

Hvorfor har tog stålhjul?

Tog har stålhjul for at reducere den rullende friktion. Dæk komprimeres efter hver rotation, som spilder omkring 25 procent af motorens effektivitet. Så, metal- eller stålhjul giver lav rullemodstand, forbruge mindre energi og spare driftsomkostninger. Auto Diesel Research Autotyper af motorerHvordan fungerer dieselmotorerAutoHybridbilerIntroduktion til hvordan dieseldrevne hybrider fungererAutotyper af motorerDieselmotorsbillederAutotyper af motorerHvor dieselmotorer i to takter fungererAutoMotorydelseHvor dieselbrændstofindsprøjtningssystemer fungererAutoBrændstofforbrugIsuelbrændstofBasinBilmotorerAutoAutomatikBil Diesel går herfra? AutoBrændstoføkonomi Giver en dieselmotor samme besparelse i brændstofomkostninger? Autoudstødning og emissionerDiesel er ikke altid en værre forurener end benzinAutoHybridteknologiCalifornien foreslår forbud mod gas- og dieselbilerAutoTyper af motorerHvis dieselmotorer er mere effektive, hvorfor har de fleste biler gasoAutoAlternativt brændstof Hvad er forskellen mellem benzin, petroleum, diesel, osv? Autotyper af motorer Er det rigtigt, at en dieselmotor kan fungere under vand, mens enAutotyper af motorer Dieselmotorer vs. benzinmotorerAutotyper af motorerForstå cyklussen - DieseltaktscyklenAutomatisk ydeevneHvorfor gør store dieselmotorer og racermotorer så forskelligeAutoAlternative brændstofferHvad hvis I sætte dieselolie i en bil, der krævede blyfri brændstof? Autotyper af motorer Dieselbrændstof - Hvordan fungerer dieselmotorerAutotyper af motorerDieselbrændstofindsprøjtning Science Diesel Research VidenskabMotorer og udstyr Sådan fungerer diesellokomotiver Historie Dieselforskning HistoriePost WW IISteam Versus Diesel

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Hvordan diesel totaktsmotorer fungerer
• Sådan fungerer hybridbiler
• Sådan fungerer elmotorer
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer Maglev -tog

Flere store links

• North Carolina DOT Rail Division
• General Motors:Elektromotiv division
• Officielt Amtrak -websted
• Jernbanenettet
• RailServe - over 5, 000 jernbanerelaterede forbindelser, søgemaskine