第二节 铁道机车车辆基本结构与技术参数
一、机车车辆基本结构
1.车辆基本结构
铁道车辆类型繁杂，结构也不尽相同，但从结构组成来看，一般均由走行装置、制动装置、车钩缓冲装置、车体、车辆内部设备5大部分组成，如图3-22所示。
图3-22 车辆组成
1—走行装置；2—制动装置；3—车端连接装置；4—车体；5—车辆内部设备
（1）走行装置
走行装置，又称转向架，位于车体与轨道之间，引导车辆沿轨道运行，承受与缓和来自车体及线路的各种载荷，是轨道车辆的重要组成部件之一。图3-23为SW-220转向架。
图3-23 SW-220转向架
（2）制动装置
为施行制动或缓解制动而安装在列车上的一整套设备称为列车制动装置。它是保证列车准确停车及安全运行所必不可少的装置。图3-24为自动式空气制动装置的组成图。
图3-24 自动式空气制动装置组成
1—空气压缩机；2—总风缸；3—总风缸管；4—制动阀；5—列车管；6—三通阀；
7—制动缸；8—副风缸；9—紧急制动阀
思考与讨论
从结构与原理方面，思考机车车辆制动与自行车制动的异同？
（3）车端连接装置
车端连接装置是指处于车辆端部，使车辆连接成列的设备，其作用是连接机车车辆、减缓列车的纵向冲击力、传递列车电力、通信控制信号和连接列车风管。车端连接装置主要包括车钩、缓冲器、风挡、电气连接装置以及贯穿通道等。图3-25为17号车钩及缓冲装置。
（4）车体
车体由走行装置支承，容纳运输对象和整备品，也是安装和连接其他组成部分的基础。一般车体由底架、侧墙（包括门窗）、端墙、车顶组成。
图3-25 17号车钩及缓冲装置
（5）车辆内部设备
车辆内部设备是一些能良好地为运输对象服务而设于车体内的固定附属装置。如客车上的电气、给水、取暖、通风、空调、座席、卧铺、行李架等装置；货车由于类型不同，内部设备也千差万别，如棚车中的拴马环、床托等分别为运送大牲畜及人员所设。
2.内燃机车基本结构
内燃机车是以内燃机为动力，通过传动装置驱动车轮的机车。内燃机车一般是由柴油机、传动装置、走行部、车体车架、车钩缓冲装置、制动系统和辅助装置等组成，如图3-26所示。
图3-26 电传动内燃机车结构示意图
1—电阻制动装置；2—硅整流柜；3—牵引装置；4—走行部；5—气动变速箱；6—励磁机；
7—主发电机；8—柴油机；9—燃油箱；10—预热锅炉；11—静液压变速箱；12—电机悬挂系统；
13—冷却风扇；14—牵引电机；15—基础制动装置；16—车钩缓冲装置
（1）柴油机
柴油机是利用柴油燃烧后所产生的热能作动力的一种机械，多为四冲程、多缸、废气涡轮增压柴油机。DF11内燃机车上采用的“16V280ZJA”型柴油机如图3-27所示。
（2）传动装置
内燃机车与其他机车最大的不同在于作为动力源的柴油机与动轮之间具有特殊的动力传动装置，柴油机的功率是通过传动装置传递到动轮上去，而不是由柴油机直接驱动动轮的。
图3-27 DF11内燃机车用柴油机
思考与讨论
为什么内燃机车通过传动装置驱动车轴，而不是柴油机直接驱动？
（3）机车走行部
机车走行部，即转向架，是机车在轨道上运行的装置。内燃机车的走行部一般为三轴转向架，极少数机车用四轴转向架。机车转向架由构架、轮对、轴箱、一系弹簧悬挂装置、二系弹簧悬挂装置、牵引装置、牵引电动机、齿轮传动装置、基础制动装置等部分组成。轴箱与转向架构架之间在垂向用一系弹簧悬挂装置相连，转向架构架与车体之间在垂向用二系弹簧悬挂装置相连。SS7E型电力机车转向架如图3-28所示。
图3-28 SS7E型电力机车的转向架
思考与讨论
为什么机车的轴数比一般车辆的多？轴数增加会带来哪些问题？
内燃机车的整备时间短，持续工作时间长，适用于长交路；用水量少，适用于缺水地区；初期投资比电力机车少，而且机车乘务员劳动条件好，便于多机牵引。内燃机车最大的缺点是对大气和环境有污染。
3.电力机车基本结构
电力机车，通过受电弓或第三轨将接触网供给的单相工频交流电引入机车内部，经变流变压设备，带动牵引电机，通过传动装置驱动车轮，牵引列车运行，如图3-29所示。
图3-29 电力机车工作原理
从外部看，电力机车由上部的车体和下部的走行部组成。电力机车的大部分机械、电机设备、电器和电力电子装置都是安装在车体内的。走行部位于车体之下，主要是引导机车沿轨道运行，并把车体和载荷的重量传给钢轨。图3-30为和谐号电力机车结构及其关键技术。
图3-30 和谐号电力机车结构及其关键技术
电力机车上设有各种复杂的电气设备，而所有电气设备分别装设在主电路、辅助电路和控制电路这三大电路中。
（1）主电路
主电路是将牵引电动机及其相关的各种电气设备连接而成的一个系统，具有电压高、电流大的特点。主电路中包括的电气设备主要有受电弓、主断路器、主变压器（即牵引变压器）、整流调压装置、电抗器、牵引电动机和制动电阻等。
①受电弓
机车顶部一般装有两套单臂受电弓，受电弓紧压接触网导线滑行，从电网上取得电流。机车运行时只需升起一套受电弓，另一受电弓作为备用。接触网上送来的25kV工频单相交流电由受电弓引入机车。
②主断路器
主断路器是机车的总电源开关和保护开关，用来接通或断开电力机车高压电路。当主电路发生短路、接地或整流调压电路、牵引电动机等设备发生故障时，它能自动切断机车电源，实现对机车上设备的保护。
③主变压器
主变压器又称牵引变压器，它把从接触网上取得的25kV高压电降为牵引电动机所适用的电压。变压器一般有4个绕组：1个一次侧绕组接25kV高压电；3个二次侧绕组，其中牵引绕组用来向牵引电动机供电，励磁绕组用在电阻制动时给电动机提供励磁电流，辅助绕组用来给机车的辅助电机供电。
④硅整流装置
硅整流装置用来把牵引变压器二次侧牵引绕组的交流电整流成可调节的直流输出电压，从而可以改变牵引电动机的端电压，达到调节机车速度的目的。
（2）辅助电路
辅助电路是将辅助电机（如劈相机、压缩机电机、通风机、油泵等）、辅助设备（如取暖设备、电热玻璃等）及其相关的电气设备连接而成的一个系统。它的电源来自主变压器的辅助绕组，通过劈相机将单相交流电转变成三相交流电后，供给牵引通风机、油泵机组和空气压缩机等辅助电机使用。其工作电压一般为交流380V、220V或直流几百伏。
（3）控制电路
控制电路将主电路和辅助电路中各电气设备的控制电器（包括各种控制开关、接触器、电空阀等）同电源、照明、信号等的控制装置连成一个电路系统。一般采用低压直流电源，电压值为110V或以下，所以又称低压线路。
以上三个电路系统在电气方面一般是相互隔离的，但三者通过电磁、电空或机械传动等方式相互联系与配合。
4.动车组基本结构
动车组由动车和拖车组成，动车一般也有客室，其客室部分与拖车完全一致；而拖车则与普通客车一样。从结构组成来看，动车组车辆通常由车体与内部设备、转向架、车端连接装置、制动装置、车辆内部设备、车上电气系统等六部分组成，如图3-31所示。
（1）车体与车内设备：动车组车体必须满足轻量化要求，故车体材料一般选用铝合金或不锈钢。同时，为了满足高速运行的需要，动车组车体还必须具有合理的空气动力学外形，并满足密封、减振降噪和防火等方面的要求。
图3-31 动车组基本组成
（2）转向架：从结构组成上，动车组转向架与普通转向架一样，但为了满足高速运行时的稳定性和舒适性以及安全性要求，在弹悬挂及轮对定位方式、构架结构形式、车体支撑方式、牵引方式、电机配置及悬挂和基础制动装置形式等方面与普通转向架有一定区别。图3-32为CRH1型动车组动车转向架。
图3-32 CRH1动车转向架
（3）车端连接装置：动车组车端连接装置主要包括车钩缓冲装置、车端阻尼装置以及风挡等部分。为实现高速动车组车体间连挂运行的要求，并能缓和列车运行时牵引、制动力引起的纵向冲击，国内外高速动车组一般采用带电、气自动连接的密接式车钩缓冲装置，具有良好密封性能的风挡以提高列车空气动力学性能和密封性。图3-33为CRH3型动车组的密接式车钩缓冲装置。
（4）制动装置：制动装置是为了将列车动能耗散掉，使列车减速或停车而设置的装置。列车的动能与运行速度的平方成正比关系，故动车组的制动系统必须足够强大。动车组常采用动力制动与摩擦制动的复合制动模式，制动控制系统包括动力制动控制系统（再生制动）和空气制动控制系统。
（5）电气系统：包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。按其作用和功能可分为主电路系统、辅助电路系统和控制电路系统三个部分，与电力机车类似，不再赘述。
图3-33 CRH3动车组密接式车钩缓冲装置
二、机车车辆标记
机车车辆标记是标志在铁路机车和车辆的一定位置上，用以表示产权、型别、车号、基本性能、配属及使用中的注意事项等的标识与符号。
1.产权标记
产权标记有路徽和配属标记两种。
路徽：铁路企业的标志，涂画在机车车辆上时表示其产权所属。各国铁路不论其为国有企业还是私营企业，都有自己的路徽。拥有机车车辆的非铁路企业也有各自的标识。我国铁路路徽和产权标记如图3-34（a）、（b）所示。另外，我国还规定用于国际联运的客车在车体两侧中部须挂我国国徽，如图3-34（c）所示。
配属标记：表示机车车辆配属关系的标记。中国铁路规定所有客车和部分货车分别配属给各铁路局及其所属机务段或车辆段负责管理、使用和维修，并在车上涂刷所配属的铁路局段的简称，如“上局徐段”表示上海铁路局徐州机务段（或徐州车辆段），如图3-34（d）所示。
图3-34 产权与配属标记
2.制造标记
制造标记表示机车车辆的制造工厂名称和制造年月的标记，又称工厂铭牌，一般安装在机车车辆指定位置上，如图3-35所示。
3.运用标记
运用标记包含代码标记、定位标记、基本数据标记等。
图3-35 制造标记
（1）代码标记
为了便于识别与管理，尤其是铁路信息化管理的需要，机车车辆都有唯一的代码。
①车辆代码
车辆代码由车种、车型和车号三段组成。车种标记表明客车、特种用途车车辆种类的标记，由该车汉语拼音名称中一个或两个大写字母组成，见表3-1。车型代码必须与车种代码连用，是为了区分机车车辆中因结构、装载量等不同而设置的，一般有1～2个阿拉伯数字构成，必要时还可添加大写字母。车号代码均为数字，它由主管部门指定范围，制造工厂按出厂顺序编列。图3-36为某硬卧车代码标记。
表3-1 车辆种类代号表
②机车代码
机车代码由型号和序号组成，通常标在机车车辆两侧明显处。型号由基本型号和辅助型号组成。我国铁路国产机车的基本型号用汉字拼音的首字符表示，如“DF”、“SS”等；进口机车和客货车辆的基本型号用汉语拼音方式表示，如ND表示电力传动柴油机车。辅助型号表示机车车辆的不同结构系列，用阿拉伯数字表示，附于基本型号右下角，如图3-37所示。序号按车种和标记载重编号，由主管部门指定范围，制造工厂按出厂顺序编列。
动车组代码分动车组代码及其中的车辆代码，比较复杂，且目前尚不稳定，感兴趣的读者可参阅中国铁路总公司相关资料文件。
图3-36 车辆代码
图3-37 机车代码
（2）定位标记
表示车辆前后端位置并用以命名同名零部件的标记。我国铁路规定，在客、货车辆上以装有手制动装置的一端或以制动缸活塞杆伸出方向的一端为“1位端”，他端为“2位端”，用阿拉伯数字“1”、“2”分别表示并涂刷在车体两侧端部。对于前后并置的同名零部件按其位置由1位端至2位端顺序命名，如1位转向架、2位横梁、3位车轴等。对于左右并置的同名零部件，以观察者在1位端面向车辆时左手侧为单数，右手侧为复数并结合前后位置命名，如1位侧梁、6位轴箱等，如图3-38所示。
机车的前后位依其动力装置的排列方式确定，并以罗马字Ⅰ、Ⅱ分别表示。
图3-38 车辆方位
（3）检修标记
检修标记，表示车辆进行定期检修的单位和年月，以及下次检修年月的标记。我国铁路货车的检修标记如图3-39所示。在图3-39（b）中，线下为厂修标记，线上为段修标记，左侧为下次厂、段修年月，右侧为本次厂、段修年月。右侧“齐厂”代表“齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司”。
图3-39 车辆检修标记
（4）基本性能标记
基本数据标记表示客、货车基本性能的标记。通常货车标在车体两侧，客车则标在车体两端，如图3-40所示。
图3-40 车辆基本性能标记
（5）其他标记
机车车辆除了上述标记外，还包括表示机车车辆设备、用途和结构特点的各种标记，在次不再赘述。
思考与讨论
机车车辆为什么设有上述系列标记？
三、机车车辆主要技术参数
机车车辆技术参数是指机车车辆技术规格的某些指标，是从总体上表征机车车辆性能及结构的一些数字，一般包括性能参数和主要尺寸两大类。
1.车辆主要技术参数
载重：车辆标记中所注明的货物或旅客和行李包裹的质量（包括整备品重量和乘务人员的重量）称为车辆的载重。以t为计量单位，客车保留一位小数。
自重：空车时车辆本身具备的质量。检修改造后，发生100kg质量差异时，经检衡后，须修改自重标记。
自重系数：指车辆自重与设计载重的比值。在保证强度、刚度和使用寿命的条件下，自重系数越小就越经济，它是衡量车辆设计合理性的一个重要指标。客车用每定员所占车辆自重来表示此参数。
轴重：车辆总重（自重+载重）与车辆轴数之比称为轴重。
构造速度：设计时，根据各种条件所规定的允许速度。它主要取决于车辆的结构强度、制动装置的能力等。
车辆长度：是在无纵向外力作用的情况下，车辆两端车钩在闭锁位置时测量的两钩舌内侧面间的距离，以m为单位。
换长：车辆长度与标准长度的比值，四舍五入后保留一位小数。标准长度规定为11m，当初是以30t棚车的平均长度为计算标准。
2.机车主要技术参数
除了车辆的一些技术参数外，机车还拥有一些特殊的性能参数。
标称功率：电力传动内燃机车和电力机车标称功率是指该机车各牵引电动机输出轴处可获得的最大输出功率之和。
持续速度：机车在全功率工况下，其冷却装置能力所能容许的持续运行的最低速度。持续速度是由机车牵引电动机的冷却能力决定的。
持续牵引力：机车在全功率工况下运行时，对应持续速度的牵引力称为持续牵引力。
最大运用速度：机车运营过程中所允许的最大牵引速度vmax。设计机车时的最高设计速度应达1.1vmax，亦称机车构造速度，根据此速度计算运动部件的强度、机车运行的稳定性及曲线通过的安全性，确保机车平稳安全运行。
最小通过曲线半径：配用某种形式转向架的机车在站场或厂、段内调车时所能安全通过的最小曲线半径。当机车车辆在此曲线区段上行驶时不得出现脱轨、倾覆等危及行车安全的事故，也不允许转向架与车体底架或与车下其他悬挂物相碰。