Hybriddieselloket är en otrolig uppvisning av kraft och uppfinningsrikedom. Den kombinerar bra mekanisk teknik, inklusive en stor, 12-cylindrig, tvåtakts dieselmotor, med några kraftfulla elmotorer och generatorer, slänga in lite datorteknik för gott.
Detta 270, 000 pund (122, 470 kg) lok är konstruerat för att bogsera persontågbilar i hastigheter upp till 110 miles per timme (177 km / h). Dieselmotorn gör 3, 200 hästkrafter, och generatorn kan göra detta till nästan 4, 700 ampere elektrisk ström. De fyra drivmotorerna använder denna elektricitet för att generera över 64, 000 kilos dragkraft. Det finns en helt separat V-12-motor och generator för att ge el till resten av tåget. Denna generator kallas head-end kraftenhet . Den på det här tåget kan göra över 560 kilowatt (kW) elkraft.
Denna kombination av dieselmotor och elektriska generatorer och motorer gör loket till ett hybridfordon. I den här artikeln, Vi börjar med att lära oss varför lok är byggda på detta sätt och varför de har stålhjul. Sedan tar vi en titt på layouten och viktiga komponenter.
Innehåll
De 3, 200-hästars motor som driver huvudgeneratorn Den främsta anledningen till att diesellok är hybrid är att detta eliminerar behovet av en mekanisk transmission, som finns i bilar. Låt oss börja med att förstå varför bilar har transmissioner.
Din bil behöver en transmission på grund av bensinmotorns fysik. Först, varje motor har en röd linje - ett maximalt varvtal (varv per minut) över vilket motorn inte kan gå utan att explodera. Andra, om du har läst Hur Hästkrafter fungerar, då vet du att motorer har ett smalt varvtal där hästkrafter och vridmoment är maximalt. Till exempel, en motor kan producera sin maximala hästkrafter mellan 5, 200 och 5, 500 varv / min. Växellådan gör att växlingsförhållandet mellan motorn och drivhjulen kan ändras när bilen går snabbare och långsammare. Du växlar så att motorn kan hålla sig under rödlinjen och nära varvtalet för bästa prestanda (maximal effekt).
Fem- eller sexväxlad växellåda på de flesta bilar gör att de kan gå 177 km / h eller snabbare med ett motorvarvtal på 500 till 6, 000 varv / min. Motorn på vårt diesellok har ett mycket mindre hastighetsintervall. Dess tomgångshastighet är cirka 269 rpm, och dess maxhastighet är bara 904 rpm. Med ett hastighetsintervall som detta, ett lok skulle behöva 20 eller 30 växlar för att nå upp till 110 mph (177 kph).
En sådan växellåda skulle vara enorm (den skulle behöva hantera 3, 200 hästkrafter), komplicerat och ineffektivt. Det skulle också behöva ge kraft till fyra uppsättningar hjul, vilket skulle öka komplexiteten.
Genom att gå med en hybrid uppstart, huvuddieselmotorn kan köras med konstant hastighet, vridning av en elektrisk generator. Generatorn skickar elektrisk kraft till en dragmotor vid varje axel, som driver hjulen. Dragmotorerna kan producera tillräckligt vridmoment vid vilken hastighet som helst, från ett stopp till 177 km / h, utan att behöva byta växel.
Dieselmotorer är fler effektiv än bensinmotorer. Ett stort lokomotiv som detta använder i genomsnitt 1,5 gallon diesel per mil (352 l per 100 km) när man bogserar cirka fem personbilar. Lok som bogserar hundratals fullastade godsvagnar använder många gånger mer bränsle än detta, så till och med en minskning av effektiviteten med fem eller tio procent skulle snabbt bli en betydande ökning av bränslekostnaderna.
Någonsin undrat varför tåg har stålhjul , snarare än däck som en bil? Det är att minska rullande friktion . När din bil kör på motorvägen, ungefär 25 procent av motorns effekt används för att skjuta däcken på vägen. Däck böjer sig och deformeras mycket när de rullar, som använder mycket energi.
Mängden energi som används av däcken är proportionell mot vikten på dem. Eftersom en bil är relativt lätt, denna mängd energi är acceptabel (du kan köpa däck med lågt rullmotstånd till din bil om du vill spara lite gas).
Eftersom ett tåg väger tusentals gånger mer än en bil, rullmotståndet är en enorm faktor för att bestämma hur mycket kraft det krävs för att dra tåget. Stålhjulen på tåget åker på en liten kontaktlapp - kontaktytan mellan varje hjul och spåret är ungefär lika stor som en krona.
Genom att använda stålhjul på en stålbana, mängden deformation minimeras, vilket minskar rullmotståndet. Faktiskt, ett tåg handlar om det mest effektiva sättet att flytta tungt gods.
Nackdelen med att använda stålhjul är att de inte har så mycket dragning . I nästa avsnitt, vi kommer att diskutera den intressanta lösningen på detta problem.
Dragkraft när du går runt svängar är inte ett problem eftersom tåghjulen har flänsar som håller dem på spåret. Men dragkraft vid bromsning och acceleration är ett problem.
Detta lok kan generera 64, 000 pund sticka . Men för att den ska kunna använda denna kraft effektivt, de åtta hjulen på loket måste kunna applicera denna dragkraft på spåret utan att glida. Loket använder ett snyggt trick för att öka dragkraften.
Framför varje hjul finns ett munstycke som använder tryckluft för att spruta sand , som förvaras i två tankar på loket. Sanden ökar kraftigt drivkraften hos drivhjulen. Tåget har ett elektroniskt dragkontrollsystem som automatiskt startar sandsprutor när hjulen glider eller när ingenjören gör ett nödstopp. Systemet kan också minska effekten hos alla dragmotorer vars hjul glider.
Låt oss nu kolla in lokets layout.
Nästan varje tum av det 54 fot (16,2 m) loket är tätt packat med utrustning.
Den gigantiska tvåtaktaren, turboladdad V-12 och elektrisk generator ger den enorma mängden kraft som behövs för att dra tunga laster vid höga hastigheter. Motorn ensam väger över 30, 000 pund (13, 608 kg), och generatorn väger 17, 700 pund (8, 029 kg). Vi pratar mer om motorn och generatorn senare.
Utsikten från loket i hytten
Hytten på loket åker på sitt eget upphängningssystem, vilket hjälper till att isolera ingenjören från stötar. Sätena har också ett upphängningssystem.
Inuti hytten finns två platser:en för ingenjören och en för brandmannen. Ingenjören har enkel åtkomst till alla lokomotivets reglage; brandmannen har bara en radio och en bromskontroll. Även inne i bilen, mitt i näsan på loket, är en toalett.
Lastbilarna är den kompletta monteringen av två axlar med hjul, dragmotorer, utväxling, fjädring och bromsar. Vi kommer att diskutera dessa komponenter senare.
De head-end kraftenhet består av en annan stor dieselmotor, denna gång ett fyrtakt, dubbel-turboladdad Caterpillar V-12. Motorn i sig är kraftfullare än motorn i nästan vilken semitruck som helst. Den driver en generator som ger 480 volt, 3-fas växelström för resten av tåget. Denna motor och generator ger över 560 kW elkraft till resten av tåget, ska användas av de elektriska luftkonditioneringsapparaterna, lampor och kök. Genom att använda en helt separat motor och generator för dessa system, tåget kan hålla passagerarna bekväma även om huvudmotorn går sönder. Det minskar också belastningen på huvudmotorn.
Den här enorma tanken i lokomotivet rymmer 2, 200 liter (8, 328 L) dieselbränsle. Bränsletanken är uppdelad, så om något fack är skadat eller börjar läcka, pumpar kan ta bort bränslet från det facket.
Loket drivs på ett nominellt 64-volts elsystem. Loket har åtta 8-voltsbatterier, var och en väger över 136 kg. Dessa batterier ger den kraft som behövs för att starta motorn (den har en enorm startmotor), samt att driva elektroniken i loket. När huvudmotorn är igång, en generator levererar ström till elektroniken och batterierna.
Låt oss ta en mer detaljerad titt på några av de viktigaste systemen på loket.
Huvudmotorn i detta lok är en General Motors EMD 710 -serie. "710" betyder att varje cylinder i denna turboladdade, två slag, diesel V-12 har en förskjutning på 710 kubikmeter (11,6 L). Det är mer än dubbelt så stor som de flesta av de största bensin-V-8-bilmotorerna-och vi pratar bara om en av de 12 cylindrarna i denna 3, 200 hk motor.
Så varför två slag ? Även om denna motor är enorm, om den körde på fyrtaktsdiesellcykeln, som de flesta mindre dieselmotorer gör, det skulle bara göra ungefär halva effekten. Detta beror på att med tvåtaktscykeln, det finns dubbelt så många förbränningshändelser (som producerar kraften) per revolution. Det visar sig att dieselmotorn med två stoker verkligen är mycket mer elegant och effektiv än tvåtaktsbensinmotorn. Se hur diesel tvåtaktsmotorer fungerar för mer information.
Du kanske tänker, om denna motor är ungefär 24 gånger storleken på en stor V-8-bilmotor, och använder en tvåtakts istället för en fyrtaktscykel, varför gör den bara cirka 10 gånger effekten? Anledningen är att denna motor är konstruerad för att producera 3, 200 hk kontinuerligt, och det varar i årtionden. Om du kontinuerligt körde motorn i din bil med full effekt, du hade tur om det varade en vecka.
Här är några av specifikationerna för denna motor:
Denna gigantiska motor är ansluten till en lika imponerande generator . Det är cirka 1,8 m i diameter och väger cirka 17, 700 pund (8, 029 kg). Vid högsta effekt, denna generator ger tillräckligt med el för att driva ett grannskap på cirka 1, 000 hus!
Så vart tar all denna kraft vägen? Det går i fyra, massiva elmotorer i lastbilarna.
Lastbilarna är de tyngsta sakerna på tåget - var och en väger 37, 000 pund (16, 783 kg). Lastbilarna gör flera jobb. De stöder lokets vikt. De ger framdrivningen, upphängningarna och bromsningen. Som du kan föreställa dig, de är fantastiska strukturer.
De dragmotorer ge drivkraft till hjulen. Det finns en på varje axel. Varje motor driver en liten växel, som passar med en större växel på axelaxeln. Detta ger reduktionsminskning som gör att motorn kan köra tåget med hastigheter upp till 110 mph.
Två av dragmotorerna togs bort från en lastbil Varje motor väger 6, 000 pund (2, 722 kg) och kan dra upp till 1, 170 ampere elektrisk ström.
Lastbilarna ger också upphängning för loket. Lokets vikt vilar på en stor, runda lager , vilket gör att lastbilarna kan svänga så att tåget kan svänga. Under svängen finns en enorm bladfjäder som vilar på en plattform. Plattformen är avstängd med fyra, jätte metall länkar , som ansluter till lastbilsenheten. Dessa länkar gör att loket kan svänga från sida till sida.
Lokets vikt vilar på bladfjädrar , som komprimeras när den passerar över en bula. Detta isolerar lokomotivets kropp från guppen. Länkarna gör att lastbilarna kan röra sig från sida till sida med fluktuationer i spåret. Banan är inte helt rak, och vid höga hastigheter, de små variationerna i banan skulle göra en grov åktur om lastbilarna inte kunde svänga i sidled. Systemet håller också vikten på varje skena relativt lika, minska slitage på spår och hjul.
Bromsarna liknar trumbromsar på en bil. Bromsning tillhandahålls av en mekanism som liknar en trumbroms för en bil. Ett luftdriven kolv skjuter en kudde mot tåghjulets yttre yta.
I samband med de mekaniska bromsarna, loket har dynamisk bromsning . I det här läget, var och en av de fyra dragmotorerna fungerar som en generator, med hjälp av tågets hjul för att applicera vridmoment på motorerna och generera elektrisk ström. Vridmomentet som hjulen tillämpar för att vrida motorerna saktar ner tåget (istället för att motorerna vrider hjulen, hjulen vrider motorerna). Den genererade strömmen (upp till 760 ampere) dirigeras till ett jätte resistivt nät som förvandlar strömmen till värme. En kylfläkt suger luft genom nätet och blåser ut det från loket - effektivt världens mest kraftfulla hårtork.
På den bakre lastbilen finns också en handbroms - ja, även tåg behöver handbromsar. Eftersom bromsarna är luftdrivna, de kan bara fungera medan kompressorn är igång. Om tåget har stängts av ett tag, det kommer inte att finnas något lufttryck för att hålla bromsarna igång. Utan handbroms och felsäkerhet för en lufttrycksbehållare, även en liten lutning skulle räcka för att få tåget att rulla på grund av dess enorma vikt och den mycket låga friktionen mellan hjulen och spåret.
Handbromsen är en vev som drar en kedja. Det tar många varv på veven för att dra åt kedjan. Kedjan drar ut kolven för att bromsa.
Du hoppar inte bara in i hytten, vrid nyckeln och kör iväg i ett diesellok. Att starta ett tåg är lite mer komplicerat än att starta din bil.
Ingenjören klättrar upp på en 2,4 m stor stege och går in i en korridor bakom hytten. Han eller hon engagerar sig a knivbrytare (som de i gamla Frankenstein -filmer) som ansluter batterierna till startkretsen. Sedan slår ingenjören på ett hundratal omkopplare på en brytare, ger ström till allt från lamporna till bränslepumpen.
Nästa, ingenjören går ner i en korridor in i maskinrummet. Han vänder och håller en strömbrytare där, som primerar bränslesystemet, se till att all luft är ur systemet. Han vrider sedan omkopplaren åt andra hållet och startmotorn kopplas in. Motorn vänder och börjar gå.
Nästa, han går upp till hytten för att övervaka mätarna och ställa in bromsarna när kompressorn har satt tryck på bromssystemet. Han kan sedan gå till baksidan av tåget för att släppa handbromsen.
Slutligen kan han gå tillbaka till hytten och ta över kontrollen därifrån. När han väl har fått tillstånd av tågets konduktör att flytta, han engagerar sig i klocka , som ringer kontinuerligt, och låter lufthorn två gånger (indikerar rörelse framåt).
Gasreglaget har åtta lägen, plus en viloläge. Var och en av gaspositionerna kallas en " hack . "Skåran 1 är den långsammaste hastigheten, och hack 8 är den högsta hastigheten. För att få tåget att röra sig, ingenjören släpper bromsarna och sätter gasreglaget i hack 1.
I denna General Motors EMD 710 -serie motor, att sätta gasreglaget i hack 1 aktiverar en uppsättning kontaktorer (jätte elektriska reläer). Dessa kontaktorer kopplar huvudgeneratorn till dragmotorerna. Varje hack använder en annan kombination av kontaktorer, producerar en annan spänning. Vissa kombinationer av kontaktorer sätter vissa delar av generatorlindningen i en seriekonfiguration som resulterar i en högre spänning. Andra sätter vissa delar parallellt, vilket resulterar i en lägre spänning. Dragmotorerna producerar mer effekt vid högre spänningar.
När kontaktorerna engagerar sig, de datoriserade motorreglagen justerar bränsleinsprutare att börja producera mer motoreffekt.
De bromskontroll varierar lufttrycket i bromscylindrarna för att trycka på bromsbackarna. På samma gång, det smälter in i den dynamiska bromsningen, använda motorerna för att sakta ner tåget också.
Broms- och gasreglagen Ingenjören har också en mängd andra kontroller och indikatorlampor.
Kontroller, indikatorer och radion En datoriserad avläsning visar data från sensorer över hela loket. Det kan ge ingenjören eller mekanikerna information som kan hjälpa till att diagnostisera problem. Till exempel, om trycket i bränsleledningarna blir för högt, detta kan innebära att ett bränslefilter är igensatt.
Denna datoriserade display kan visa status för system över hela loket. Låt oss nu ta en titt inuti tåget.
Inuti en personbil Boendet inuti ett persontåg är ganska plysch. Det här tåget är Piemonte , som går dagligen från Raleigh till Charlotte, Norra Carolina. Sätena på detta tåg lutar mer än flygsäten och har mer benutrymme. De har också fotstöd.
Sätena på den här bilen kan vändas mot varandra så att fyra personer kan sitta tillsammans. 
Tåget har också ett kök som serverar mest smörgåsar och lättare tilltugg. 
För första klassens passagerare på detta tåg, det finns en observationsbil som har ett solrum på övervåningen och en bar. Även om tåget kan gå långsammare än att flyga, det är definitivt mycket bekvämare. Det finns gott om plats att gå runt, och du kan äta i en matbil eller titta på utsikten från toppen av loungebilen. Vissa tåg har till och med privata rum för förstklassiga passagerare-inte ett dåligt sätt att ta sig härifrån dit.
För mer information om diesellok och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
