De hybride diesellocomotief is een ongelooflijk vertoon van kracht en vindingrijkheid. Het combineert een aantal geweldige mechanische technologie, waaronder een enorme 12 cilinder, tweetakt dieselmotor, met enkele zware elektromotoren en generatoren, voor de goede orde een beetje computertechnologie erin gooien.
Deze 270, 000 pond (122, 470 kg) locomotief is ontworpen om personenauto's te trekken met snelheden tot 110 mijl per uur (177 km/u). De dieselmotor maakt 3, 200 pk, en de generator kan dit in bijna 4 veranderen, 700 ampère elektrische stroom. De vier aandrijfmotoren gebruiken deze elektriciteit om meer dan 64, 000 pond stuwkracht. Er is een volledig gescheiden V-12-motor en generator om de rest van de trein van stroom te voorzien. Deze generator heet de head-end power unit . Degene in deze trein kan meer dan 560 kilowatt (kW) elektrisch vermogen maken.
Deze combinatie van dieselmotor en elektrische generatoren en motoren maakt de locomotief tot een hybride voertuig. In dit artikel, we beginnen met te leren waarom locomotieven op deze manier zijn gebouwd en waarom ze stalen wielen hebben. Daarna bekijken we de lay-out en de belangrijkste componenten.
Inhoud Waarom hybride? Waarom diesel?
Stalen wielen
Tractie
De lay-out:hoofdmotor en generator
De indeling:cabine en vrachtwagens
De lay-out:vermogen, Brandstof en batterijen
De motor en generator
De vrachtwagens:voortstuwing en ophanging
De vrachtwagens:remmen
Een locomotief besturen
Met de trein rijden
Waarom hybride? Waarom diesel? " " de 3, Motor van 200 pk die de hoofdgenerator aandrijft
De belangrijkste reden waarom diesellocomotieven hybride zijn, is dat er geen mechanische overbrenging nodig is, zoals in auto's. Laten we beginnen met te begrijpen waarom auto's transmissies hebben.
Uw auto heeft een transmissie nodig vanwege de fysica van de benzinemotor. Eerst, elke motor heeft een rode lijn - een maximum toerental (omwentelingen per minuut) waarboven de motor niet kan gaan zonder te exploderen. Tweede, als je hebt gelezen hoe paardenkracht werkt, dan weet je dat motoren een smal toerentalbereik hebben waar pk's en koppel maximaal zijn. Bijvoorbeeld, een motor kan zijn maximale vermogen tussen 5, 200 en 5, 500 tpm. Door de transmissie kan de overbrengingsverhouding tussen de motor en de aandrijfwielen veranderen naarmate de auto versnelt en vertraagt. Je schakelt zo dat de motor onder de rode lijn kan blijven en in de buurt van het toerentalbereik van zijn beste prestaties (maximaal vermogen).
Met de vijf- of zesversnellingsbak van de meeste auto's kunnen ze 110 mph (177 km/u) of sneller gaan met een motortoerentalbereik van 500 tot 6, 000 tpm. De motor van onze diesellocomotief heeft een veel kleiner snelheidsbereik. Het stationaire toerental is ongeveer 269 tpm, en de maximale snelheid is slechts 904 tpm. Met een snelheidsbereik als dit, een locomotief zou 20 of 30 versnellingen nodig hebben om tot 110 mph (177 km/u) te komen.
Een versnellingsbak als deze zou enorm zijn (hij zou 3, 200 pk), ingewikkeld en inefficiënt. Het zou ook vermogen moeten leveren aan vier sets wielen, wat de complexiteit zou vergroten.
Door te gaan met een hybride opstelling, de hoofddieselmotor kan met een constant toerental draaien, het draaien van een elektrische generator. De generator stuurt elektrische stroom naar een tractiemotor op elke as, die de wielen aandrijft. De tractiemotoren kunnen bij elke snelheid voldoende koppel produceren, van een volledige stop tot 110 mph (177 km / u), zonder van versnelling te hoeven wisselen.
Waarom diesel?
Dieselmotoren zijn meer efficiënt dan benzinemotoren. Een enorme locomotief als deze gebruikt gemiddeld 352 liter diesel per mijl (352 l per 100 km) bij het trekken van ongeveer vijf personenauto's. Locomotieven die honderden volgeladen goederenwagons trekken, verbruiken vele malen meer brandstof dan deze, dus zelfs een verlaging van de efficiëntie met vijf of tien procent zou al snel leiden tot een aanzienlijke stijging van de brandstofkosten.
Stalen wielen " "
Ooit afgevraagd waarom treinen hebben? stalen wielen , in plaats van banden zoals een auto? Het is om te verminderen rollende wrijving; . Wanneer uw auto op de snelweg rijdt, zo'n 25 procent van het motorvermogen wordt gebruikt om de banden over de weg te duwen. Banden buigen en vervormen veel als ze rollen, die veel energie verbruikt.
De hoeveelheid energie die door de banden wordt verbruikt, is evenredig met het gewicht dat erop rust. Omdat een auto relatief licht is, deze hoeveelheid energie is acceptabel (u kunt banden met een lage rolweerstand voor uw auto kopen als u wat gas wilt besparen).
Aangezien een trein duizenden keren meer weegt dan een auto, de rolweerstand is een grote factor bij het bepalen hoeveel kracht er nodig is om de trein te trekken. De stalen wielen van de trein rijden op een klein contactvlak - het contactoppervlak tussen elk wiel en het spoor is ongeveer zo groot als een dubbeltje.
Door stalen wielen op een stalen spoor te gebruiken, de hoeveelheid vervorming wordt geminimaliseerd, wat de rolweerstand vermindert. In feite, een trein is ongeveer de meest efficiënte manier om zware goederen te verplaatsen.
Het nadeel van het gebruik van stalen wielen is dat ze niet veel hebben tractie . In de volgende sectie, we zullen de interessante oplossing voor dit probleem bespreken.
Tractie " "
Tractie bij het nemen van bochten is geen probleem, omdat treinwielen flenzen hebben die ze op het spoor houden. Maar tractie bij remmen en accelereren is een probleem.
Deze locomotief kan 64, 000 pond van stoot . Maar om deze stuwkracht effectief te gebruiken, de acht wielen van de locomotief moeten deze stuwkracht op het spoor kunnen overbrengen zonder te slippen. De locomotief gebruikt een handig trucje om de trekkracht te vergroten.
Voor elk wiel bevindt zich een mondstuk dat perslucht gebruikt om te spuiten zand , die in twee tanks op de locomotief is opgeslagen. Het zand verhoogt de tractie van de aandrijfwielen aanzienlijk. De trein heeft een elektronisch tractiecontrolesysteem dat automatisch de zandspuiten start wanneer de wielen slippen of wanneer de machinist een noodstop maakt. Het systeem kan ook het vermogen verminderen van elke tractiemotor waarvan de wielen slippen.
Laten we nu eens kijken naar de lay-out van de locomotief.
De lay-out:hoofdmotor en generator
Bijna elke centimeter van de locomotief van 16,2 meter lang is stevig verpakt met apparatuur.
Beweeg de muis over de onderdeellabels om te zien waar ze zich op de dieselmotor bevinden.
Hoofdmotor en generator
De gigantische tweetakt, turbocharged V-12 en elektrische generator leveren de enorme hoeveelheid kracht die nodig is om zware lasten met hoge snelheden te trekken. De motor alleen al weegt meer dan 30, 000 pond (13, 608kg), en de generator weegt 17, 700 pond (8, 029kg). We zullen later meer over de motor en generator praten.
De indeling:cabine en vrachtwagens " " Het uitzicht vanuit de cabine van de locomotief Beweeg de muis over de onderdeellabels om te zien waar ze zich op de dieselmotor bevinden.
Taxi
De cabine van de locomotief rijdt op een eigen veersysteem, die helpt de ingenieur te isoleren van hobbels. Ook de stoelen hebben een ophangsysteem.
In de cabine zijn er twee stoelen:een voor de machinist en een voor de brandweerman. De machinist heeft gemakkelijk toegang tot alle bedieningselementen van de locomotief; de brandweerman heeft alleen een radio en een rembediening. Ook in de auto recht in de neus van de locomotief, is een wc.
Vrachtwagens
De vrachtwagens zijn de complete montage van twee assen met wielen, tractiemotoren, versnelling, vering en remmen. We zullen deze componenten later bespreken.
De lay-out:vermogen, Brandstof en batterijen " " Beweeg de muis over de onderdeellabels om te zien waar ze zich op de dieselmotor bevinden.
Head-end Power Unit
De head-end power unit bestaat uit een andere grote dieselmotor, dit keer een viertakt, twin-turbo Caterpillar V-12. De motor zelf is krachtiger dan de motor in bijna elke semi-vrachtwagen. Het drijft een generator aan die 480 volt levert, 3-fasen wisselstroom voor de rest van de trein. Deze motor en generator leveren meer dan 560 kW elektrisch vermogen aan de rest van de trein, te gebruiken door de elektrische airconditioners, verlichting en keukenfaciliteiten. Door voor deze systemen een volledig gescheiden motor en generator te gebruiken, de trein kan de passagiers comfortabel houden, zelfs als de hoofdmotor uitvalt. Het vermindert ook de belasting van de hoofdmotor.
Benzinetank
Deze enorme tank in de onderbuik van de locomotief bevat 2, 200 gallon (8, 328 L) dieselbrandstof. De brandstoftank is gecompartimenteerd, dus als een compartiment beschadigd is of begint te lekken, pompen kunnen de brandstof uit dat compartiment verwijderen.
Batterijen
De locomotief werkt op een nominaal 64 volt elektrisch systeem. De locomotief heeft acht 8 volt accu's, elk met een gewicht van meer dan 300 pond (136 kg). Deze batterijen leveren het vermogen dat nodig is om de motor te starten (hij heeft een enorme startmotor), evenals om de elektronica in de locomotief te laten werken. Zodra de hoofdmotor draait, een dynamo levert stroom aan de elektronica en de batterijen.
Laten we eens wat meer in detail kijken naar enkele van de belangrijkste systemen op de locomotief.
De motor en generator " "
De hoofdmotor in deze locomotief is een motor uit de General Motors EMD 710-serie. De "710" betekent dat elke cilinder in deze turbocompressor, tweetakt, diesel V-12 heeft een cilinderinhoud van 710 kubieke inch (11,6 L). Dat is meer dan het dubbele van de meeste van de grootste V-8-benzinemotoren van auto's -- en we hebben het maar over een van de 12 cilinders in deze 3, 200 pk motor.
Dus waarom tweetakt ? Ook al is deze motor enorm, als het werkte op de viertakt dieselcyclus, zoals de meeste kleinere dieselmotoren doen, het zou maar ongeveer de helft van het vermogen opleveren. Dit komt omdat met de tweetaktcyclus, er zijn twee keer zoveel verbrandingsgebeurtenissen (die het vermogen produceren) per omwenteling. Het blijkt dat de diesel-tweetaktmotor echt veel eleganter en efficiënter is dan de tweetakt-benzinemotor. Zie hoe diesel-tweetaktmotoren werken voor meer details.
" "
Je denkt misschien, als deze motor ongeveer 24 keer zo groot is als een grote V-8 automotor, en gebruikt een tweetakt in plaats van een viertaktcyclus, waarom maakt het maar ongeveer 10 keer zoveel vermogen? De reden is dat deze motor is ontworpen om 3, 200 pk continu, en het duurt tientallen jaren. Als u de motor in uw auto continu op vol vermogen liet draaien, je zou geluk hebben als het een week zou duren.
Hier zijn enkele specificaties van deze motor:
aantal cilinders :12
Compressieverhouding :16:1
Verplaatsing per cilinder :11,6 L (710 inch .)
3
)
Cilinderboring: :230 mm (9,2 inch)
Cilinderslag :279 mm (11,1 inch)
Volle snelheid :904 tpm
Normaal stationair toerental :269 tpm
Deze gigantische motor is aangesloten op een al even indrukwekkende generator . Het is ongeveer 6 voet (1,8 m) in diameter en weegt ongeveer 17, 700 pond (8, 029kg). Bij piekvermogen, deze generator maakt genoeg elektriciteit om een buurt van ongeveer 1 van stroom te voorzien. 000 huizen!
Dus waar gaat al deze kracht heen? Het gaat in vier, enorme elektromotoren in de vrachtwagens.
De vrachtwagens:voortstuwing en ophanging " "
De vrachtwagens zijn de zwaarste dingen in de trein - ze wegen allemaal 37, 000 pond (16, 783kg). De vrachtwagens doen verschillende taken. Ze dragen het gewicht van de locomotief. Zij zorgen voor de voortstuwing, de vering en het remmen. Zoals u zich kunt voorstellen, het zijn geweldige structuren.
Voortstuwing
De tractiemotoren voortstuwingskracht aan de wielen leveren. Op elke as zit er één. Elke motor drijft een klein tandwiel aan, die ingrijpt in een groter tandwiel op de steekas. Dit zorgt voor de versnellingsreductie waarmee de motor de trein kan aandrijven met snelheden tot 110 mph.
" " Twee van de tractiemotoren verwijderd uit een vrachtwagen
Elke motor weegt 6, 000 pond (2, 722 kg) en kan tot 1, 170 ampère elektrische stroom.
Oponthoud
De vrachtwagens zorgen ook voor de vering van de locomotief. Het gewicht van de locomotief rust op een grote, ronde handelswijze , waardoor de vrachtwagens kunnen draaien zodat de trein een bocht kan maken. Onder de spil bevindt zich een enorme bladveer die op een platform rust. Het platform is opgehangen aan vier, gigantisch metaal links , die aansluiten op de vrachtwagenassemblage. Met deze schakels kan de locomotief heen en weer zwaaien.
" "
Het gewicht van de locomotief rust op de bladveren , die samendrukken wanneer het over een hobbel gaat. Dit isoleert het lichaam van de locomotief van de hobbel. Door de schakels kunnen de vrachtwagens heen en weer bewegen met schommelingen in het spoor. De baan is niet helemaal recht, en bij hoge snelheden de kleine variaties in de baan zouden voor een ruwe rit zorgen als de vrachtwagens niet zijwaarts konden slingeren. Het systeem houdt ook de hoeveelheid gewicht op elke rail relatief gelijk, vermindering van slijtage van de rupsbanden en wielen.
De vrachtwagens:remmen " " De remmen zijn vergelijkbaar met: trommelremmen op een auto.
Het remmen wordt verzorgd door een mechanisme dat vergelijkbaar is met een trommelrem van een auto. Een luchtaangedreven zuiger duwt een pad tegen het buitenoppervlak van het treinwiel.
In combinatie met de mechanische remmen, de locomotief heeft dynamisch remmen . In deze modus, elk van de vier tractiemotoren werkt als een generator, de wielen van de trein gebruiken om koppel op de motoren uit te oefenen en elektrische stroom op te wekken. Het koppel dat de wielen uitoefenen om de motoren te laten draaien, vertraagt de trein (in plaats van dat de motoren de wielen draaien, de wielen draaien de motoren). De gegenereerde stroom (tot 760 ampère) wordt naar een gigantisch resistief gaas geleid dat die stroom in warmte omzet. Een koelventilator zuigt lucht door het gaas en blaast het uit de bovenkant van de locomotief - in feite 's werelds krachtigste föhn.
Op de achterste vrachtwagen is er ook een handrem -- Ja, zelfs treinen hebben handremmen nodig. Omdat de remmen op luchtdruk werken, ze kunnen alleen werken als de compressor draait. Als de trein een tijdje stilstaat, er zal geen luchtdruk zijn om de remmen ingeschakeld te houden. Zonder handrem en de failsafe van een luchtdrukreservoir, zelfs een lichte helling zou voldoende zijn om de trein te laten rijden vanwege het immense gewicht en de zeer lage rolwrijving tussen de wielen en het spoor.
De handrem is een slinger die aan een ketting trekt. Er zijn veel omwentelingen van de slinger nodig om de ketting te spannen. De ketting trekt de zuiger naar buiten om de remmen te activeren.
Een locomotief besturen " "
Je springt niet zomaar in de taxi, draai de sleutel om en rijd weg in een diesellocomotief. Het starten van een trein is iets ingewikkelder dan het starten van uw auto.
De machinist klimt op een ladder van 2,4 m en gaat een gang achter de cabine binnen. Hij of zij houdt zich bezig met een mes schakelaar (zoals die in oude Frankenstein-films) die de batterijen verbindt met het startcircuit. Dan zet de ingenieur ongeveer honderd schakelaars om op een stroomonderbrekerpaneel, levert stroom aan alles, van de lichten tot de brandstofpomp.
" "
Volgende, de machinist loopt door een gang de machinekamer in. Hij draait zich om en houdt daar een schakelaar vast, die het brandstofsysteem ontlucht, ervoor te zorgen dat alle lucht uit het systeem is. Hij draait dan de schakelaar de andere kant op en de startmotor slaat aan. De motor draait rond en begint te lopen.
Volgende, hij gaat naar de cabine om de meters te controleren en de remmen in te stellen zodra de compressor het remsysteem onder druk heeft gezet. Hij kan dan naar de achterkant van de trein gaan om de handrem los te maken.
Eindelijk kan hij terug naar de cabine gaan en vanaf daar de controle overnemen. Zodra hij toestemming heeft van de conducteur van de trein om te verhuizen, hij houdt zich bezig met klok , die continu rinkelt, en klinkt de luchthoorns tweemaal (geeft voorwaartse beweging aan).
" "
De gashendel heeft acht standen, plus een ruststand. Elk van de gashendelstanden wordt een " inkeping ." Notch 1 is de laagste snelheid, en notch 8 is de hoogste snelheid. Om de trein in beweging te krijgen, de monteur laat de remmen los en zet het gas in inkeping 1.
In deze General Motors EMD 710 serie motor, door de gashendel in inkeping 1 te zetten, wordt een set van aannemers (gigantische elektrische relais). Deze schakelaars haken de hoofdgenerator aan de tractiemotoren. Elke inkeping maakt gebruik van een andere combinatie van contactors, een andere spanning produceren. Sommige combinaties van contactors plaatsen bepaalde delen van de generatorwikkeling in een serieconfiguratie die resulteert in een hogere spanning. Anderen zetten bepaalde delen parallel, wat resulteert in een lagere spanning. De tractiemotoren produceren meer vermogen bij hogere spanningen.
Terwijl de contactors aangrijpen, de geautomatiseerde motorbedieningen passen de brandstof injectoren om meer motorvermogen te gaan produceren.
De rem controle varieert de luchtdruk in de remcilinders om druk uit te oefenen op de remschoenen. Tegelijkertijd, het mengt zich in het dynamische remmen, ook de motoren gebruiken om de trein af te remmen.
" " De rem- en gasbediening
De monteur heeft ook tal van andere bedieningselementen en indicatielampjes.
" " Bediening, richtingaanwijzers en de radio
Een geautomatiseerde uitlezing geeft gegevens van sensoren over de hele locomotief weer. Het kan de ingenieur of monteurs informatie geven die kan helpen bij het diagnosticeren van problemen. Bijvoorbeeld, als de druk in de brandstofleidingen te hoog wordt, dit kan betekenen dat een brandstoffilter verstopt is.
" " Dit geautomatiseerde display kan de status van systemen over de hele locomotief weergeven.
Laten we nu eens in de trein kijken.
Met de trein rijden " " In een personenauto
De accommodaties in een passagierstrein zijn behoorlijk luxueus. Deze trein is de Piemonte , die dagelijks van Raleigh naar Charlotte rijdt, Noord Carolina. De stoelen in deze trein kunnen meer achterover leunen dan vliegtuigstoelen en hebben meer beenruimte. Ze hebben ook voetsteunen.
" " De stoelen van deze auto kunnen naar elkaar toe worden gedraaid, zodat vier personen bij elkaar kunnen zitten. " " De trein heeft ook een keuken die voornamelijk sandwiches en lichte snacks serveert. " " Voor eersteklas passagiers in deze trein, er is een observatieauto met een serre boven en een bar.
Hoewel het nemen van de trein misschien langzamer is dan vliegen, het is zeker een stuk comfortabeler. Er is voldoende ruimte om rond te lopen, en je kunt eten in een restauratiewagen of naar het uitzicht kijken vanaf de bovenkant van de loungewagen. Sommige treinen hebben zelfs privékamers voor eersteklas passagiers - geen slechte manier om van hier naar daar te komen.
Voor meer informatie over diesellocomotieven en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.
Veelgestelde vragen over diesellocomotief Hoe werkt een diesellocomotief? Wanneer diesel wordt ontstoken, het geeft stroom aan de zuigers die zijn aangesloten op een elektrische generator. De generator produceert vervolgens energie om stroom te leveren aan de motoren die de wielen laten draaien om de locomotief te laten draaien. Hoeveel pk heeft een diesellocomotief? De dieselmotor van een locomotief is aangesloten op een elektrische generator die gelijkstroom of wisselstroom is. In elk geval, het geproduceerde vermogen is ongeveer 3, 200 pk. De generator gebruikt dit vermogen om het om te zetten in een enorme hoeveelheid stroom, ongeveer 4, 700 ampère. Wat is het verschil tussen een hybride diesellocomotief en een traditionele locomotief? Een traditionele locomotief vertrouwt eenvoudig op mechanische energie om de locomotief aan te drijven. Anderzijds, een moderne hybride diesellocomotief combineert zowel elektrische als mechanische energieën om een beter vermogen te leveren. Het bestaat uit massieve 12 cilinders die zijn verbonden met een tweetakt dieselmotor en enkele zware generatoren en elektromotoren om het vermogen te vergroten. Waarom rijden locomotieven op diesel? In termen van efficiëntie, dieselmotoren zijn krachtiger en energiezuiniger dan benzinemotoren. Dit komt omdat dieselmotoren werken op hogere compressieverhoudingen. Dit geeft ongeveer 20 procent meer efficiëntie dan benzinemotoren bij dezelfde compressieverhouding. Waarom hebben treinen een stalen wiel? Treinen hebben stalen wielen om de rolwrijving te verminderen. Banden worden na elke omwenteling gecomprimeerd, wat ongeveer 25 procent van de efficiëntie van de motor verspilt. Dus, metalen of stalen wielen geven een lage rolweerstand, verbruiken minder energie en besparen op bedrijfskosten. Onderzoek naar autodiesel AutoTypen motorenHoe dieselmotoren werkenAutohybride auto'sInleiding tot hoe hybrides op diesel werkenAutoMotortypenFoto's van dieselmotorenAutoTypen motorenHoe tweetakt dieselmotoren werkenAutomotorprestatiesHoe dieselinjectiesystemen werkenAutobrandstofverbruikIs dieselbrandstof beter voor het milieu? Diesel vanaf hier? Autobrandstofverbruik Is een dieselmotor gelijk aan brandstofkostenbesparing? Auto-uitlaat en -emissiesDiesel is niet altijd een ergere vervuiler dan benzine waarom hebben de meeste auto's gasoAutoAlternatieve brandstoffenWat is het verschil tussen benzine, kerosine, diesel, enz?Autotypes van motorenIs het waar dat een dieselmotor onder water kan werken terwijl eenAutoTypes van motorenDieselmotoren vs. benzinemotorenAutotypes van motorenDe cyclus begrijpen - De diesel-tweetaktcyclusAutomotorprestatiesWaarom hebben grote dieselmotoren en raceautomotoren zulke verschillendeAutoAlternatieve brandstoffenWat als ik dieselbrandstof in een auto doen die loodvrije brandstof nodig had? Autotypes van motorenDieselbrandstof - hoe dieselmotoren werkenAutotypes van motorenDieselbrandstofinjectie Wetenschap Diesel Onderzoek WetenschapMotoren en uitrustingHoe diesellocomotieven werken Geschiedenis Dieselonderzoek GeschiedenisPost WW IISteam Versus Diesel Veel meer informatie Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen Hoe diesel-tweetaktmotoren werken
Hoe hybride auto's werken
Hoe elektrische motoren werken
Hoe automotoren werken
Hoe Maglev-treinen werken
Meer geweldige links North Carolina DOT Rail Division
General Motors:Electro-Motive Division
Officiële Amtrak-site
Het spoorwegnet
RailServe - meer dan 5, 000 spoorgerelateerde links, zoekmachine