Diesel locomotive
Unlike steam engines, internal combustion engines require a transmission to power the wheels. The engine must be allowed to continue to run when the locomotive is stopped.
Diesel–mechanicalEdit
A diesel–mechanical locomotive uses a mechanical transmission in a fashion similar to that employed in most road vehicles. This type of transmission is generally limited to low-powered, low speed shunting (switching) locomotives, lightweight multiple units and self-propelled railcars.
The mechanical transmissions used for railroad propulsion are generally more complex and much more robust than standard-road versions. Pomiędzy silnikiem a skrzynią biegów znajduje się zwykle sprzęgło płynne, a skrzynia biegów jest często typu epicyklicznego (planetarnego), aby umożliwić zmianę biegów pod obciążeniem. Różne systemy zostały opracowane w celu zminimalizowania przerw w transmisji podczas zmiany biegów; np. przekładnia S.S.S. (synchro-self-shifting) stosowana przez Hudswell Clarke.
Napęd mechaniczny z silnikiem Diesla jest ograniczony przez trudności w zbudowaniu rozsądnej wielkości przekładni zdolnej do poradzenia sobie z mocą i momentem obrotowym wymaganym do poruszania ciężkiego pociągu. Podjęto szereg prób wykorzystania napędu spalinowo-mechanicznego w zastosowaniach o dużej mocy (np, lokomotywa British Rail 10100 o mocy 1500 kW (2000 KM)), ale żadna z nich nie zakończyła się sukcesem.
Diesel-elektrycznyEdit
W lokomotywie spalinowo-elektrycznej silnik wysokoprężny napędza prądnicę prądu stałego (zasadniczo mniej niż 3 000 KM (2 200 kW) netto dla trakcji) lub prądnicę-prostownik prądu przemiennego (zasadniczo 3 000 KM (2 200 kW) netto lub więcej dla trakcji), której moc wyjściowa dostarcza energii do silników trakcyjnych napędzających lokomotywę. Nie ma mechanicznego połączenia między silnikiem wysokoprężnym a kołami.
Ważnymi elementami napędu spalinowo-elektrycznego są: silnik wysokoprężny (zwany również głównym napędem), główny generator/alternator-prostownik, silniki trakcyjne (zwykle z czterema lub sześcioma osiami) oraz układ sterowania składający się z regulatora silnika i elementów elektrycznych lub elektronicznych, w tym rozdzielni, prostowników i innych elementów, które kontrolują lub modyfikują zasilanie elektryczne silników trakcyjnych. W najbardziej elementarnym przypadku generator może być bezpośrednio połączony z silnikami za pomocą jedynie bardzo prostej aparatury rozdzielczej.
Pierwotnie, silniki trakcyjne i prądnica były maszynami prądu stałego. Po opracowaniu prostowników krzemowych o wysokiej wydajności w latach 60-tych XX wieku, prądnica prądu stałego została zastąpiona alternatorem wykorzystującym mostek diodowy do konwersji jego wyjścia na prąd stały. Postęp ten znacznie poprawił niezawodność lokomotywy i obniżył koszty utrzymania prądnicy poprzez wyeliminowanie komutatora i szczotek w prądnicy. Eliminacja szczotek i komutatora wyeliminowała z kolei możliwość wystąpienia szczególnie destrukcyjnego zjawiska zwanego flashover, które mogło spowodować natychmiastową awarię generatora, a w niektórych przypadkach doprowadzić do pożaru maszynowni.
Współczesna praktyka północnoamerykańska przewiduje cztery osie dla szybkich pociągów pasażerskich lub towarowych „time” lub sześć osi dla pociągów o niższych prędkościach lub towarowych „manifest”. Najnowocześniejsze jednostki w ruchu towarowym „time” mają zazwyczaj sześć osi pod ramą. W przeciwieństwie do jednostek w ruchu „manifestowym”, jednostki towarowe „time” będą miały tylko cztery osie podłączone do silników trakcyjnych, a dwie pozostałe osie będą pełniły rolę osi zwrotnych dla rozłożenia ciężaru.
W późnych latach 80-tych, rozwój napędów o dużej mocy o zmiennym napięciu/zmiennej częstotliwości (VVVF), lub „falowników trakcyjnych”, pozwolił na zastosowanie wielofazowych silników trakcyjnych AC, eliminując w ten sposób komutator silnika i szczotki. W rezultacie powstał bardziej wydajny i niezawodny napęd, który wymaga stosunkowo niewielkiej konserwacji i jest w stanie lepiej radzić sobie z przeciążeniami, które często niszczyły starsze typy silników.
Sterowanie lokomotywą spalinowo-elektrycznąEdit
Moc wyjściowa lokomotywy spalinowo-elektrycznej jest niezależna od prędkości jazdy, o ile nie zostaną przekroczone wartości graniczne prądu i napięcia prądnicy. Dlatego zdolność jednostki do rozwijania siły pociągowej (zwanej również siłą pociągową lub siłą trakcyjną, która jest tym, co faktycznie napędza pociąg) będzie miała tendencję do odwrotnej zmiany w zależności od prędkości w tych granicach. (Patrz krzywa mocy poniżej). Utrzymanie akceptowalnych parametrów eksploatacyjnych było jednym z głównych problemów konstrukcyjnych, które należało rozwiązać we wczesnym rozwoju lokomotyw spalinowo-elektrycznych i które ostatecznie doprowadziły do powstania złożonych systemów sterowania stosowanych w nowoczesnych jednostkach.
Operacje przepustnicyEdit
Wydajność mocy pierwotnego silnika jest przede wszystkim określana przez jego prędkość obrotową (RPM) i dawkę paliwa, które są regulowane przez regulator lub podobny mechanizm. Regulator jest zaprojektowany tak, aby reagował zarówno na ustawienie przepustnicy, określone przez kierowcę silnika, jak i na prędkość, z jaką pracuje silnik (patrz: Teoria sterowania).
Moc wyjściowa silnika, a tym samym prędkość, jest zazwyczaj kontrolowana przez kierowcę silnika za pomocą stopniowanej lub „karbowanej” przepustnicy, która wytwarza binarne sygnały elektryczne odpowiadające pozycji przepustnicy. Ta podstawowa konstrukcja dobrze nadaje się do pracy z wieloma jednostkami (MU) poprzez wytwarzanie dyskretnych warunków, które zapewniają, że wszystkie jednostki w zespole reagują w ten sam sposób na położenie przepustnicy. Kodowanie binarne pomaga również zminimalizować liczbę linii kolejowych (połączeń elektrycznych), które są wymagane do przekazywania sygnałów z jednostki do jednostki. Na przykład, tylko cztery linie pociągowe są wymagane do zakodowania wszystkich możliwych pozycji przepustnicy, jeśli istnieje do 14 etapów dławienia.
Lokomotywy północnoamerykańskie, takie jak te zbudowane przez EMD lub General Electric, mają osiem pozycji przepustnicy lub „nacięć”, jak również „rewers”, aby umożliwić im działanie dwukierunkowe. Wiele lokomotyw wyprodukowanych w Wielkiej Brytanii ma dziesięciopozycyjną przepustnicę. Położenia mocy są często określane przez załogę lokomotywy w zależności od ustawienia przepustnicy, np. „run 3” lub „notch 3”.
W starszych lokomotywach mechanizm przepustnicy był zapadkowy, co uniemożliwiało jednoczesne przesuwanie więcej niż jednego położenia mocy. Maszynista nie mógł np. przeciągnąć przepustnicy z położenia 2 na 4 bez zatrzymania się na położeniu 3. Cecha ta miała zapobiegać nierównej jeździe pociągu spowodowanej nagłym wzrostem mocy w wyniku gwałtownego ruchu przepustnicy („throttle stripping”, naruszenie zasad eksploatacji na wielu liniach kolejowych). Nowoczesne lokomotywy nie mają już tego ograniczenia, ponieważ ich układy sterowania są w stanie płynnie modulować moc i unikać nagłych zmian obciążenia pociągu niezależnie od sposobu operowania urządzeniami sterującymi przez maszynistę.
Gdy przepustnica znajduje się w pozycji biegu jałowego, silnik główny otrzymuje minimalną ilość paliwa, co powoduje, że pracuje na biegu jałowym z niską prędkością obrotową. Ponadto silniki trakcyjne nie będą podłączone do prądnicy głównej, a uzwojenia pola prądnicy nie będą wzbudzone (zasilone) – prądnica nie będzie wytwarzać energii elektrycznej bez wzbudzenia. Lokomotywa będzie więc w stanie „neutralnym”. Koncepcyjnie jest to tożsame z ustawieniem skrzyni biegów w samochodzie w pozycji neutralnej, gdy silnik pracuje.
Aby wprawić lokomotywę w ruch, należy ustawić dźwignię rewersu w odpowiedniej pozycji (do przodu lub do tyłu), zwolnić hamulec i ustawić przepustnicę w pozycji biegu 1 (pierwszy stopień mocy). Doświadczony maszynista może wykonać te czynności w sposób skoordynowany, co spowoduje prawie niezauważalny rozruch. Ustawienie rewersera i przesunięcie przepustnicy przypomina koncepcyjnie przełączanie automatycznej skrzyni biegów samochodu na bieg, podczas gdy silnik pracuje na biegu jałowym.
Przełożenie przepustnicy do pozycji pierwszej mocy spowoduje połączenie silników trakcyjnych z prądnicą główną i wzbudzenie cewek pola tej ostatniej. Po wzbudzeniu prądnica główna dostarczy energię elektryczną do silników trakcyjnych, co spowoduje ruch lokomotywy. Jeżeli lokomotywa jedzie „na lekko” (tzn. nie jest sprzężona z resztą pociągu) i nie znajduje się na wzniesieniu, będzie łatwo przyspieszać. Z drugiej strony, jeżeli uruchamiany jest długi pociąg, lokomotywa może utknąć w miejscu, gdy tylko część luzu zostanie przejęta, ponieważ opór narzucony przez pociąg przekroczy rozwijaną siłę pociągową. Doświadczony maszynista będzie w stanie rozpoznać rozpoczynające się przeciągnięcie i będzie stopniowo przesuwał przepustnicę w zależności od potrzeb, aby utrzymać tempo przyspieszania.
Przesuwając przepustnicę na wyższe stopnie mocy, zwiększy się dawka paliwa podawana do silnika, co spowoduje odpowiedni wzrost liczby obrotów na minutę i mocy wyjściowej. W tym samym czasie, wzbudzenie pola głównego generatora zostanie proporcjonalnie zwiększone, aby zaabsorbować wyższą moc. To z kolei przełoży się na zwiększenie mocy elektrycznej silników trakcyjnych, a co za tym idzie – na wzrost siły pociągowej. W końcu, w zależności od wymagań rozkładu jazdy pociągu, maszynista przesunie przepustnicę do pozycji maksymalnej mocy i utrzyma ją w tym położeniu, aż pociąg rozpędzi się do pożądanej prędkości.
Układ napędowy jest zaprojektowany tak, aby wytwarzać maksymalny moment obrotowy silnika trakcyjnego przy rozruchu, co wyjaśnia, dlaczego nowoczesne lokomotywy są w stanie uruchomić pociągi o masie przekraczającej 15 000 ton, nawet na wzniesieniach. Obecna technologia umożliwia lokomotywie uzyskanie siły pociągowej równej nawet 30% masy załadowanego maszynisty, co w przypadku dużej, sześcioosiowej jednostki towarowej daje siłę pociągową równą 120 000 funtów (530 kN). W rzeczywistości, zestaw takich jednostek może wytworzyć więcej niż wystarczającą siłę pociągową przy rozruchu, aby uszkodzić lub wykoleić wagony (jeśli znajdują się na łuku) lub złamać sprzęgi (to ostatnie jest określane w północnoamerykańskim slangu kolejowym jako „szarpanie za płuco”). Dlatego na maszyniście spoczywa obowiązek starannego monitorowania wielkości mocy dostarczanej przy rozruchu, aby uniknąć uszkodzeń. W szczególności, „szarpanie płuc” mogłoby być katastrofalne w skutkach, gdyby wystąpiło na wznoszącej się pochyłości, z wyjątkiem tego, że bezpieczeństwo nieodłącznie związane z prawidłowym działaniem bezawaryjnych automatycznych hamulców kolejowych zainstalowanych obecnie w wagonach, zapobiega ucieczce pociągów poprzez automatyczne uruchomienie hamulców wagonów, gdy spada ciśnienie powietrza w linii kolejowej.
Praca układu napędowegoEdit
Układ sterowania lokomotywy jest tak zaprojektowany, aby moc elektryczna prądnicy głównej była dopasowana do każdej prędkości obrotowej silnika. Biorąc pod uwagę wrodzone właściwości silników trakcyjnych, jak również sposób podłączenia silników do prądnicy głównej, prądnica będzie wytwarzać wysoki prąd i niskie napięcie przy niskich prędkościach lokomotywy, stopniowo przechodząc do niskiego prądu i wysokiego napięcia w miarę przyspieszania lokomotywy. W związku z tym moc netto wytwarzana przez lokomotywę pozostanie stała dla dowolnego ustawienia przepustnicy (patrz wykres krzywej mocy na karcie 8).
W starszych konstrukcjach główną rolę w systemie sterowania odgrywa regulator mocy i towarzyszące mu urządzenie, regulator obciążenia. Regulator ma dwa wejścia zewnętrzne: żądana prędkość obrotowa silnika, określona przez ustawienie przepustnicy przez kierowcę silnika, oraz rzeczywista prędkość obrotowa silnika (sprzężenie zwrotne). Regulator posiada dwa zewnętrzne wyjścia sterujące: ustawienie wtryskiwacza paliwa, które określa ilość paliwa w silniku oraz aktualną pozycję regulatora, która wpływa na wzbudzenie głównego generatora. Regulator zawiera również oddzielny mechanizm zabezpieczający przed nadmierną prędkością obrotową, który natychmiast odcina dopływ paliwa do wtryskiwaczy i uruchamia alarm w kabinie w przypadku, gdy główny napęd przekroczy określoną prędkość obrotową. Nie wszystkie z tych wejść i wyjść są koniecznie elektryczne.
Jak zmienia się obciążenie silnika, zmienia się również jego prędkość obrotowa. Jest to wykrywane przez regulator poprzez zmianę sygnału sprzężenia zwrotnego prędkości obrotowej silnika. Efektem netto jest dostosowanie zarówno dawki paliwa, jak i pozycji regulatora obciążenia w taki sposób, aby obroty silnika i moment obrotowy (a tym samym moc wyjściowa) pozostawały stałe dla każdego danego ustawienia przepustnicy, niezależnie od rzeczywistej prędkości na drodze.
W nowszych konstrukcjach sterowanych przez „komputer trakcyjny”, każdemu stopniowi prędkości silnika przypisuje się w oprogramowaniu odpowiednią moc wyjściową, czyli „kW odniesienia”. Komputer porównuje tę wartość z rzeczywistą mocą wyjściową głównego generatora, czyli „sprzężeniem zwrotnym kW”, obliczoną na podstawie wartości sprzężenia zwrotnego prądu silnika trakcyjnego i napięcia głównego generatora. Komputer dostosowuje wartość sprzężenia zwrotnego do wartości referencyjnej poprzez sterowanie wzbudzeniem głównego generatora, jak opisano powyżej. Regulator nadal kontroluje prędkość obrotową silnika, ale regulator obciążenia nie odgrywa już głównej roli w tego typu systemie sterowania. Regulator obciążenia jest jednak zachowany jako „rezerwowy” w przypadku przeciążenia silnika. Nowoczesne lokomotywy wyposażone w elektroniczny wtrysk paliwa (EFI) mogą nie mieć mechanicznego regulatora; jednak „wirtualny” regulator obciążenia i regulator są zachowane w modułach komputerowych.
Wydajność silnika trakcyjnego jest regulowana albo przez zmianę napięcia stałego na wyjściu głównego generatora, w przypadku silników prądu stałego, lub przez zmianę częstotliwości i napięcia na wyjściu VVVF, w przypadku silników prądu przemiennego. W przypadku silników prądu stałego wykorzystuje się różne kombinacje połączeń, aby dostosować napęd do zmiennych warunków pracy.
Na postoju, wyjście prądnicy głównej jest początkowo niskonapięciowe/wysokoprądowe, często przekraczające 1000 amperów na silnik przy pełnej mocy. Gdy lokomotywa znajduje się w stanie spoczynku lub bliskim spoczynku, przepływ prądu będzie ograniczony jedynie przez rezystancję stałoprądową uzwojeń silnika i obwodów łączących, jak również przez wydajność samego generatora głównego. Moment obrotowy w silniku z uzwojeniem szeregowym jest w przybliżeniu proporcjonalny do kwadratu natężenia prądu. W związku z tym silniki trakcyjne będą wytwarzać najwyższy moment obrotowy, co spowoduje, że lokomotywa rozwinie maksymalną siłę pociągową, umożliwiającą jej pokonanie bezwładności pociągu. Efekt ten jest analogiczny do tego, co dzieje się w samochodowej automatycznej skrzyni biegów podczas rozruchu, gdy znajduje się ona na pierwszym biegu i w ten sposób wytwarza maksymalne zwielokrotnienie momentu obrotowego.
W miarę przyspieszania lokomotywy, obracające się teraz tworniki silników zaczną wytwarzać siłę przeciwelektromotoryczną (wsteczne EMF, co oznacza, że silniki próbują również działać jako generatory), która przeciwstawi się mocy prądnicy głównej i spowoduje zmniejszenie prądu silnika trakcyjnego. Napięcie głównego generatora odpowiednio wzrośnie, próbując utrzymać moc silnika, ale w końcu osiągnie plateau. W tym momencie lokomotywa zasadniczo przestanie się rozpędzać, chyba że na spadku toru. Ponieważ to plateau jest zwykle osiągane przy prędkości znacznie mniejszej niż maksymalna, która może być pożądana, należy coś zrobić, aby zmienić charakterystykę napędu, aby umożliwić dalsze przyspieszanie. Zmiana ta jest określana jako „przejście”, proces analogiczny do zmiany biegów w samochodzie.
Metody przejścia obejmują:
- Seria/równoległe lub „przejście silnikowe”.
- Początkowo, pary silników są połączone szeregowo przez główny generator. Przy wyższej prędkości, silniki są ponownie łączone równolegle do głównego generatora.
- „Rozrząd pola”, „zmiana kierunku pola” lub „słabe pole”.
- Rezystancja jest podłączona równolegle do pola silnika. Ma to wpływ na zwiększenie prądu twornika, powodując odpowiedni wzrost momentu obrotowego i prędkości silnika.
Obydwie metody mogą być również łączone w celu zwiększenia zakresu prędkości roboczej.
- Przejście prądnica / prostownik
- Połączenie dwóch oddzielnych wewnętrznych uzwojeń stojana prądnicy głównej dwóch prostowników z równoległego do szeregowego w celu zwiększenia napięcia wyjściowego.
W starszych lokomotywach konieczne było ręczne wykonanie przejścia przez maszynistę silnika za pomocą oddzielnego sterowania. Jako pomoc w wykonaniu przejścia we właściwym czasie, miernik obciążenia (wskaźnik, który pokazuje maszyniście, ile prądu jest pobierane przez silniki trakcyjne) został skalibrowany, aby wskazać, w których punktach przejście do przodu lub do tyłu powinno mieć miejsce. Automatyczne przejście zostało następnie opracowane w celu uzyskania lepszej wydajności pracy oraz ochrony prądnicy głównej i silników trakcyjnych przed przeciążeniem spowodowanym niewłaściwym przejściem.
Nowoczesne lokomotywy zawierają falowniki trakcyjne, AC na DC, zdolne do dostarczenia 1200 woltów (wcześniejsze generatory trakcyjne, DC na DC, były zdolne do dostarczenia tylko 600 woltów). Poprawa ta została osiągnięta w dużej mierze dzięki udoskonaleniu technologii diod krzemowych. Dzięki możliwości dostarczenia 1200 V do silników trakcyjnych, wyeliminowano potrzebę „przejścia”.
Hamowanie dynamiczneEdit
Powszechnie stosowaną opcją w lokomotywach spalinowo-elektrycznych jest hamowanie dynamiczne (reostatyczne).
Hamowanie dynamiczne wykorzystuje fakt, że tworniki silników trakcyjnych zawsze się obracają, gdy lokomotywa jest w ruchu, oraz że silnik można uczynić działającym jak prądnica przez oddzielne wzbudzenie uzwojenia pola. Przy wykorzystaniu hamowania dynamicznego obwody sterowania trakcją są skonfigurowane w następujący sposób:
- Uzwojenie pola każdego silnika trakcyjnego jest połączone z prądnicą główną.
- Uzwojenie każdego silnika trakcyjnego jest połączone z siatką rezystancyjną chłodzoną powietrzem (siatka hamowania dynamicznego) w dachu maski lokomotywy.
- Prędkość obrotowa silnika głównego jest zwiększana, a pole prądnicy głównej jest wzbudzane, powodując odpowiednie wzbudzenie pól silników trakcyjnych.
Zsumowany efekt powyższych działań powoduje, że każdy silnik trakcyjny wytwarza energię elektryczną i rozprasza ją w postaci ciepła w dynamicznej siatce hamowania. Wentylator podłączony w poprzek siatki zapewnia chłodzenie wymuszonym powietrzem. W związku z tym wentylator jest zasilany przez moc silników trakcyjnych i będzie działał szybciej oraz wytwarzał większy przepływ powietrza, gdy do sieci zostanie doprowadzona większa ilość energii.
W ostatecznym rozrachunku źródłem energii rozpraszanej w sieci hamowania dynamicznego jest ruch lokomotywy przekazywany na tworniki silników trakcyjnych. W związku z tym silniki trakcyjne wywołują opór, a lokomotywa działa jak hamulec. Wraz ze spadkiem prędkości efekt hamowania maleje i zwykle staje się nieskuteczny poniżej około 16 km/h (10 mph), w zależności od przełożenia między silnikami trakcyjnymi a osiami.
Hamowanie dynamiczne jest szczególnie korzystne podczas eksploatacji w regionach górskich; gdzie zawsze istnieje niebezpieczeństwo ucieczki z powodu przegrzania hamulców ciernych podczas zjazdu. W takich przypadkach hamulce dynamiczne są zwykle stosowane w połączeniu z hamulcami pneumatycznymi, a połączony efekt jest określany jako hamowanie mieszane. Zastosowanie hamowania mieszanego może również pomóc w utrzymaniu luzu w długim pociągu rozciągniętym podczas pokonywania wzniesienia, co pomaga zapobiec „wbiegnięciu”, nagłemu zgrupowaniu luzu w pociągu, które może spowodować wykolejenie. Hamowanie mieszane jest również powszechnie stosowane w pociągach podmiejskich w celu zmniejszenia zużycia hamulców mechanicznych, które jest naturalnym wynikiem licznych zatrzymań takich pociągów podczas jazdy.
Elektro-dieselEdit
Te specjalne lokomotywy mogą pracować jako lokomotywa elektryczna lub jako lokomotywa spalinowa. Long Island Rail Road, Metro-North Railroad i New Jersey Transit Rail Operations eksploatują lokomotywy spalinowo-elektryczne/trzeciorzędowe (sieć trakcyjna w NJTransit) w dwóch trybach pomiędzy niezelektryfikowanym terytorium a Nowym Jorkiem z powodu lokalnego prawa zakazującego lokomotywom napędzanym silnikami wysokoprężnymi poruszania się w tunelach na Manhattanie. Z tego samego powodu Amtrak eksploatuje w rejonie Nowego Jorku flotę lokomotyw dwutrybowych. British Rail eksploatowała lokomotywy o podwójnym trybie pracy: spalinowo-elektrycznym i elektrycznym, zaprojektowane w taki sposób, aby pracowały przede wszystkim jako lokomotywy elektryczne, a w przypadku zasilania energią elektryczną dysponowały mniejszą mocą. Dzięki temu stacje kolejowe mogły pozostać niezelektryfikowane, ponieważ system zasilania trzeciej szyny jest bardzo niebezpieczny na terenie stoczni.
Diesel-hydraulicEdit
Lokomotywy diesel-hydrauliczne wykorzystują jeden lub więcej przemienników momentu obrotowego, w połączeniu z przekładniami o stałym przełożeniu. Wały napędowe i przekładnie tworzą napęd końcowy, który przenosi moc z przemienników momentu obrotowego na koła i umożliwia jazdę do tyłu. Różnica pomiędzy układami hydraulicznymi i mechanicznymi polega na tym, gdzie regulowana jest prędkość i moment obrotowy. W mechanicznym systemie transmisji, który ma wiele przełożeń, takich jak w skrzyni biegów, jeśli istnieje sekcja hydrauliczna, to tylko po to, aby umożliwić pracę silnika, gdy pociąg jest zbyt wolny lub zatrzymany. W systemie hydraulicznym, hydraulika jest podstawowym systemem dostosowywania prędkości obrotowej silnika i momentu obrotowego do sytuacji pociągu, z wyborem biegów tylko do ograniczonego użytku, takiego jak bieg wsteczny.
Przekładnia hydrostatycznaEdit
Hydrauliczne układy napędowe wykorzystujące hydrostatyczny napęd hydrauliczny zostały zastosowane do użytku kolejowego. Współczesne przykłady obejmują lokomotywy manewrowe o mocy od 350 do 750 KM (260 do 560 kW) produkcji Cockerill (Belgia) oraz wąskotorowe lokomotywy przemysłowe o masie od 4 do 12 ton i mocy od 35 do 58 kW (47 do 78 KM) produkcji GIA, spółki zależnej Atlas Copco. Napędy hydrostatyczne są również wykorzystywane w maszynach do utrzymania ruchu kolejowego (ubijaki, szlifierki do szyn).
Zastosowanie przekładni hydrostatycznych jest generalnie ograniczone do małych lokomotyw manewrowych i urządzeń do utrzymania ruchu kolejowego, jak również są one wykorzystywane do zastosowań nietrakcyjnych w silnikach wysokoprężnych, takich jak napędy wentylatorów silników trakcyjnych.
Przekładnia hydrokinetycznaEdit
Przekładnia hydrokinetyczna (zwana również przekładnią hydrodynamiczną) wykorzystuje konwerter momentu obrotowego. Konwerter momentu obrotowego składa się z trzech głównych części, z których dwie się obracają, a jedna (stojan) ma blokadę zapobiegającą obrotowi wstecznemu i dodającą wyjściowy moment obrotowy poprzez przekierowanie przepływu oleju przy niskich obrotach wyjściowych. Wszystkie trzy główne części są szczelnie zamknięte w obudowie wypełnionej olejem. Aby dopasować prędkość obrotową silnika do prędkości obciążenia w całym zakresie prędkości lokomotywy, wymagana jest dodatkowa metoda zapewniająca wystarczający zakres. Jedną z metod jest zastosowanie za przemiennikiem momentu obrotowego przekładni mechanicznej, która przełącza przełożenia automatycznie, podobnie jak automatyczna skrzynia biegów w samochodzie. Inną metodą jest zapewnienie kilku przemienników momentu obrotowego, z których każdy ma zakres zmienności obejmujący część całkowitej wymaganej liczby; wszystkie przemienniki momentu obrotowego są cały czas połączone mechanicznie, a odpowiedni dla wymaganego zakresu prędkości wybiera się przez napełnienie go olejem i opróżnienie pozostałych. Napełnianie i spuszczanie oleju odbywa się przy obciążonej przekładni i skutkuje bardzo płynną zmianą zakresów bez przerw w przenoszonej mocy.
LokomotywyEdit
Lokomotywy spalinowo-hydrauliczne są mniej sprawne od spalinowo-elektrycznych. Hydraulika spalinowa BR pierwszej generacji była znacznie mniej sprawna (ok. 65%) niż spalinowo-elektryczna (ok. 80%), ponadto w wielu krajach początkowe wersje okazały się bardziej skomplikowane mechanicznie i częściej ulegały awariom. Przekładnia hydrauliczna dla lokomotyw została opracowana w Niemczech. Do dziś toczy się dyskusja na temat zalet hydraulicznych i elektrycznych układów przeniesienia napędu: zalety układów hydraulicznych to mniejsza masa, wysoka niezawodność i niższe koszty inwestycyjne.
W XXI wieku w trakcji lokomotyw spalinowych na świecie większość krajów stosowała konstrukcje spalinowo-elektryczne, a konstrukcje spalinowo-hydrauliczne nie były stosowane poza Niemcami i Japonią oraz niektórymi krajami sąsiednimi, gdzie stosowano je w konstrukcjach do przewozów towarowych.
W Niemczech i Finlandii układy spalinowo-hydrauliczne osiągnęły wysoką niezawodność działania. W Wielkiej Brytanii zasada działania układu diesel-hydraulicznego zyskała złą reputację z powodu niskiej trwałości i niezawodności przekładni hydraulicznej Maybach Mekydro. Nadal trwają spory na temat względnej niezawodności systemów hydraulicznych, z pytaniami, czy dane nie zostały zmanipulowane w celu faworyzowania lokalnych dostawców nad dostawcami spoza Niemiec.
Jednostki wieloczłonoweEdit
Napęd diesel-hydrauliczny jest powszechny w jednostkach wieloczłonowych, z różnymi konstrukcjami przekładni, w tym konwerterami momentu obrotowego Voith i sprzęgłami płynnymi w połączeniu z przekładnią mechaniczną.
Większość taboru pasażerskiego DMU drugiej generacji British Rail korzystała z przekładni hydraulicznej. W XXI wieku konstrukcje wykorzystujące przekładnię hydrauliczną obejmują rodziny Turbostar, Talent, RegioSwinger firmy Bombardier; wersje platformy Desiro firmy Siemens z silnikiem diesla oraz Regio-Shuttle firmy Stadler.
PrzykładyEdit
Lokomotywy spalinowo-hydrauliczne mają mniejszy udział w rynku niż lokomotywy z przekładnią spalinowo-elektryczną – głównym światowym użytkownikiem liniowych przekładni hydraulicznych była Republika Federalna Niemiec, DB klasa V 200 z lat 50-tych oraz rodzina DB klasa V 160 z lat 60-tych i 70-tych. British Rail wprowadziła szereg konstrukcji spalinowo-hydraulicznych w ramach Planu Modernizacji z 1955 roku, początkowo były to licencyjne wersje konstrukcji niemieckich (patrz Kategoria:Lokomotywy spalinowo-hydrauliczne Wielkiej Brytanii). W Hiszpanii RENFE używała niemieckich konstrukcji dwusilnikowych o wysokim współczynniku mocy do masy do prowadzenia pociągów dużych prędkości od lat 60. do 90. (Patrz: RENFE Classes 340, 350, 352, 353, 354)
Inne lokomotywy liniowe okresu powojennego to m.in. eksperymentalne lokomotywy GMD GMDH-1 z lat 50-tych; południowoafrykańska klasa 61-000 zbudowana przez Henschela & Son; w latach 60-tych Southern Pacific kupił 18 lokomotyw spalinowo-hydraulicznych Krauss-Maffei KM ML-4000. The Denver & Rio Grande Western Railroad również kupił trzy, z których wszystkie zostały później sprzedane do SP.
W Finlandii od początku lat 60-tych XX wieku użytkowanych jest nieprzerwanie ponad 200 fińskich pojazdów spalinowo-hydraulicznych klasy VR Dv12 i Dr14 z przekładniami Voith. Wszystkie jednostki klasy Dr14 i większość jednostek klasy Dv12 są nadal w eksploatacji. VR zrezygnowało z niektórych słabo kondycjonowanych jednostek serii 2700 Dv12.
W XXI wieku seryjnie produkowane normalnotorowe spalinowo-hydrauliczne konstrukcje obejmują Voith Gravita, zamówione przez Deutsche Bahn, oraz konstrukcje Vossloh G2000 BB, G1206 i G1700, wszystkie produkowane w Niemczech do użytku towarowego.
Diesel-steamEdit
Lokomotywy hybrydowe parowo-dieslowskie mogą wykorzystywać parę wytworzoną z kotła lub olej napędowy do zasilania silnika tłokowego. System pary sprężonej Cristiani wykorzystywał silnik wysokoprężny do napędzania sprężarki napędzającej i recyrkulującej parę wytwarzaną przez kocioł; efektywnie wykorzystując parę jako medium przenoszące moc, przy czym silnik wysokoprężny był główną siłą napędową
Dieslowo-pneumatycznyEdit
Lokomotywą spalinowo-pneumatyczną zainteresowano się w latach 30. ubiegłego wieku, ponieważ oferowała ona możliwość przekształcenia istniejących lokomotyw parowych w spalinowe. Rama i cylindry lokomotywy parowej zostałyby zachowane, a kocioł zastąpiono by silnikiem wysokoprężnym napędzającym sprężarkę powietrza. Problemem była niska sprawność cieplna z powodu dużej ilości energii traconej w postaci ciepła w sprężarce powietrza. Próbowano to zrekompensować, wykorzystując spaliny z silnika Diesla do ponownego podgrzania sprężonego powietrza, ale próby te miały ograniczone powodzenie. Niemiecka propozycja z 1929 roku zaowocowała prototypem, ale podobna brytyjska propozycja z 1932 roku, zakładająca wykorzystanie lokomotywy LNER klasy R1, nigdy nie wyszła poza fazę projektu.