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为什么内燃机车最终由电传动一统天下?(二)

话接上篇。在一战时期及战后,世界各国都有一段电气化铁路大规模铺设的阶段。美国完成了华盛顿特区-纽约城干线电气化,苏联人完成了

话接上篇。

在一战时期及战后,世界各国都有一段电气化铁路大规模铺设的阶段。美国完成了华盛顿特区-纽约城干线电气化,苏联人完成了莫斯科-圣彼得堡干线电气化,欧洲各国也在国内试验电气化。对于这种新鲜事物,各国都保持极大的热情,也为一些工程师提供了不同的思路。

1916年,美国开建新一级别的战列舰:新墨西哥级。(夭寿了美提又大建!)首舰USS BB-40新墨西哥号于1918年服役,火力还是美提传统4座三联14吋主炮。她的第一个大任务,就是搭载威尔逊大统领去打成焦土(主要是荷、比以及法德边境)的西欧签订凡尔赛合约。当然这些不是本文的重点,重点是新墨西哥BB-40是第一条使用单纯电传动技术的大型主力舰,同级别后两舰密西西比BB-41跟爱达荷BB-42都没这待遇。下一种既单纯电传动又算得上主力舰的大型战舰得等几十年后的核动力航母了。新墨西哥的燃油锅炉是美国海军老供应商 Babcock & Wilcox 制造的,而电传动系统是GE提供的。你看,GE这么早就开始涉足电传动了。

那么在那个一战结束,百废待兴的时间节点,世界上有哪些主流热机及传动方式呢?

瓦特式蒸机:装在火车上有100年了,都知道是一款经典的热机,然而蒸汽机很挑食,需要高热值燃煤或者石油,还要软化水,同时效率低下。不过好处是理论最低转速约等于0,阀门稍微开一点给点蒸汽就能动。

汽油机:新鲜事物,略微挑食,而转速达不到怠速就会熄火。转速有点高,动力有点低,装火车上也带不动太重的车辆,转速高了传动系统就必须弄的稍微复杂点。

柴油机:也是新鲜事物,不算挑食,虽然一样会有怠速,但是转速较低,经济转速下的传动布置比汽油机简单。但是早期柴油机的功率输出其实也不好看。

蒸汽轮机:挑食程度比蒸汽机强点有限,然而规模很大,通过烧出过热超压水蒸气推动叶轮转动。转速不易调节,只适合拿来带发电机。

燃气轮机:不挑食,只要是油就行,通过直接燃烧燃料产生的高热废气推动叶轮转动。转速同样不易调节。

机械传动:最传统的传动方式,没有什么弯弯绕,原动机出来通过齿轮转轴连杆等等活动件传输动力到需要的地方。但是存在几个坑爹的问题,原动机跟从动机不能太远,一远了各种狗屁倒灶的毛病就来了。机械传动在设计的时候,一怕长轴二怕轴承三怕齿轮,光是一个润滑问题就够机械工程师挠破头。若是类似车辆这种需要从零起步,产生的冲动容易损坏机械传动系统。

电力传动:不管你原动机及从动机是啥,原动机接发电机,从动机接电动机,发电机及电动机中间接电线就行,顶多用些电气元件调速,不用考虑那些狗屁倒灶的润滑问题。唯一的问题是需要一定的电力技术水平。

液力传动:其实跟机械传动差不多,唯一有区别的是机械装置当中会加入一个或多个液力变矩器,缓解下原从动机因为启动调速等引起对传动系统及原动机的额外冲动,保护传动装置。反正纯机械传动的毛病这玩意都有,只是比较轻。然而这玩意要到1930年代才被德国人用在火车上。

液压传动:原动机接液压泵,通过液压油管路连接至液压马达带到从动机完成机械动作。这种玩意适合用在各种需要做复杂动作的机械上面,比如挖掘机装载机之类的玩意。

在1920年那个节点,这些热机与传动方式当中哪些适合作为铁路动力?

蒸汽机已经做了100年的动力源,颓势渐渐显露,要被淘汰啦。

汽油机动力太小,油品要求还挺高,有点不适合。

柴油机也差不多的动力小,不过好赖可以持续运行,勉强入选。

蒸汽轮与燃气轮要上车,需要解决的问题太多啦,光是一个调速就够工程师们忙活好长一阵。

机械传动上车?那这车只能做小马力,马力大了对传动系统冲击太大容易完蛋。

电传动上车?也不是不可以哈,又不是没有电力机车。

液力传动上车?那是啥?和机械传动又有何区别?


20世纪前30年,虽然内燃机显露出其潜在能力,但是面对类似铁路运输这种每次至少拉1000吨才上算的场合,内燃机显然力不从心。各制造商只能小规模试验性生产一些调机,以替代需要煤跟水的蒸汽调机。而这些“小型”机车受到蒸汽时代的影响较大,也有跳出蒸汽机车框框的惊世之作。在这个时期,因为西欧主要工业国把家底砸成稀巴烂,又通通认了美国当债主,自身想研发缺也是有心无力,搞研发只能看向另一块大陆。


1913年,GE(我真不是GE吹,问题是GE就是这么牛逼)研发了应该算世界第一款汽油电传动内燃机车:57-ton(57吨),BB轴式,安装两台GM制造的V8汽油机,带动GE独有的电传动系统,给两个2轴转向架提供电力。

得益于GE强大的电力机械研发能力,这种准轨机车甫一问世直接就是电传动机车,而其构型已经算是相当现代了。

当然这只是一台试验性质的机车,到了20年代中期的1925年,ACLO(美国机车公司,最著名的产品是Big Boy 4-8-8-4超铰接式蒸汽机车)联合GE(电传动系统和控制系统)和Ingersoll Rand公司(柴油发动机)制作出第一批柴油电传动内燃机车:60-ton和100-ton,其中60吨安装一台6缸四冲程发动机,100吨安装两台。

这种车作为调机使用,算得上先驱了。此时距离GE制作第一款试验型电力机车已经过去30年。

1929年,席卷世界的大萧条自美国爆发。这种大萧条之下,昂贵的蒸汽机车成了铁路公司沉重的负担,各大铁路公司迫切需要一种较为轻便的机车以节约蒸汽机车高昂的燃料费用,而电气化铁路同样也是沉重的负担,居高不下的维护费用一点点吞噬着铁路公司的耐心。有需求就有市场,然而各制造商直到30年代以后才缓过气来尝试研发新型机车。自30年代至50年代,各铁路公司与机车制造商为了能制作出一款彻底取代蒸汽机车的新式机车,真是掏空了心思,做出无数惊人之作。然而大浪淘沙,又将有一场大战在等待这欧洲人民。

下棋预告:20世纪30年代至50年代那些令人目眩的尝试

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