El desarrollo de las locomotoras de vapor: En 1803, Trevithick de Inglaterra construyó la primera locomotora de vapor que circulaba sobre la vía; en 1814, Stephenson de Inglaterra construyó una locomotora de vapor de "bota" de 5 toneladas, generalmente considerada como una locomotora de vapor. la primera locomotora exitosa. Pero fue la locomotora de vapor "Rocket" construida por los diseñadores de Stephenson and Sons la que realmente se utilizó en los ferrocarriles y sentó las bases para la locomotora de vapor moderna, y ganó un concurso en 1829. Su velocidad de funcionamiento alcanzó los 58 km/h, creando la velocidad más alta para un vehículo terrestre en ese momento.
En 1831, el ingeniero civil estadounidense Jervis intentó por primera vez instalar un bogie guía en la parte delantera de una locomotora para permitir que la locomotora circulara con seguridad en las curvas. En 1836, Campbell de los Estados Unidos diseñó un bogie de dos ejes y una locomotora de varillaje de dos ejes, pero este diseño no tuvo éxito. No fue hasta que Harrison, un ingeniero mecánico contemporáneo, mejoró el mecanismo de equilibrio del eje que la locomotora se convirtió en una locomotora perfecta. Pronto esta locomotora se convirtió en la locomotora estándar en los Estados Unidos y recibió el nombre de "americana". Fue ampliamente utilizada en la década de 1990 desde 65438 hasta 2009. Esta locomotora del tipo 999 alcanzó en 1893 una velocidad máxima de 181 km/h.
Para mejorar el aprovechamiento del vapor saturado, aumentar la tracción de la locomotora y mejorar las curvas de paso, en 1888 se construyó en Suiza la primera locomotora telescópica conjunta. Fue diseñada por los ingenieros de Mahler y recibió el nombre de Locomotora Mahler. En 1904, Estados Unidos introdujo y utilizó las locomotoras Mahler en zonas montañosas y luego las cambió por locomotoras de expansión simple, convirtiéndose en la locomotora de vapor más grande 2-4-4-2.
En el siglo XX, las locomotoras de vapor sobrecalentadas se hicieron populares rápidamente. En ese momento, la locomotora se había convertido en una gran caldera con gran capacidad de evaporación y gran volumen. China construyó su primera locomotora de vapor, el "China Rocket", en 1881, que circulaba por el ferrocarril Tangshan-Xugezhuang.
Aunque las locomotoras de vapor se han desarrollado durante más de 100 años, su eficiencia térmica operativa es de solo 6. Debido al intenso mantenimiento, la grave contaminación y el corto kilometraje operativo diario, están siendo reemplazadas gradualmente por locomotoras eléctricas. y locomotoras eléctricas con alta eficiencia térmica y alta tasa de utilización reemplazadas por locomotoras diésel. Estados Unidos dejó de utilizar locomotoras de vapor en 1960, el Reino Unido en 1968, Francia en 1972, Japón en 1975, Alemania y la ex Unión Soviética en 1977 y China en 1992.
El desarrollo de las locomotoras eléctricas: en 1835, Stratin y Becker en los Países Bajos produjeron una pequeña locomotora eléctrica de dos ejes alimentada por baterías; en 1842, Davidson de Escocia construyó una locomotora eléctrica de ancho estándar; con batería de 40 secciones. En 1879, la alemana Siemens diseñó y fabricó una pequeña locomotora eléctrica. La energía es proporcionada por un generador de 150 V CC externo a la locomotora, alimentado a la locomotora a través de dos rieles y un tercer riel en el medio. La locomotora eléctrica se puso en marcha por primera vez con éxito.
En 1890, en Londres, Inglaterra, se utilizaron por primera vez locomotoras eléctricas para arrastrar vehículos en el ferrocarril subterráneo de 5,6 kilómetros de longitud. La locomotora eléctrica principal utilizada en el tramo del túnel ferroviario de Baltimore en los Estados Unidos en 1895 tenía una potencia de 1070 kW. A principios del siglo XX, varios países europeos construyeron varios ferrocarriles electrificados propulsados por corriente alterna trifásica.
A principios del siglo XX ya se reconocían las ventajas de la tracción eléctrica. A finales del siglo XX, casi todos los países europeos tenían ferrocarriles eléctricos. Debido a la complejidad del sistema de suministro de energía CA trifásico y del convertidor de locomotora, las locomotoras eléctricas tienden gradualmente a utilizar CA unidireccional de frecuencia industrial. Después de la década de 1950, la aparición de rectificadores de arco de mercurio de alta potencia y rectificadores de tubo de encendido, especialmente rectificadores de diodo de silicio, promovió el desarrollo de locomotoras eléctricas de CA de frecuencia industrial.
Desde la década de 1970, las locomotoras eléctricas principales se han desarrollado hacia una alta potencia, alta velocidad y durabilidad. La velocidad de las locomotoras eléctricas de pasajeros aumentó de 160 kilómetros por hora a 200 kilómetros por hora. En 1958, mi país fabricó la primera locomotora eléctrica Shaoshan utilizando rectificación de tubo de encendido. En 1968, pasó con éxito al uso de rectificadores de silicio para fabricar la locomotora eléctrica Shaoshan-1.
El desarrollo de las locomotoras de combustión interna Antes de la aparición de las locomotoras de combustión interna, Estados Unidos producía vehículos eléctricos propulsados por gasolina en 1906. En 1913, Suecia produjo una locomotora diésel de transmisión eléctrica con una estructura similar a la de una locomotora diésel.
En 1924, la Unión Soviética utilizó un motor diésel submarino de 735 kilovatios para construir una locomotora diésel eléctrica. En 1923, Estados Unidos construyó una locomotora diésel eléctrica de 220 kW.
A principios de la década de 1930, las locomotoras diésel entraron en la etapa experimental y práctica, con una potencia mayoritariamente de 1.000 kilovatios y eran principalmente locomotoras de maniobras. A finales de la década de 1930 aparecieron las locomotoras diésel de pasajeros de la línea principal con una sola locomotora y varias secciones.
El funcionamiento de las locomotoras diésel demuestra que sus beneficios económicos son muy superiores a los de las locomotoras de vapor de la misma potencia. A partir de 1945, las locomotoras diésel entraron en una etapa de gran desarrollo. El motor diésel está equipado con un sistema de turbocompresor de gases de escape, que generalmente mejora la potencia. Las locomotoras diésel se probaron en el noreste de China en la década de 1930 y la locomotora diésel Julong se fabricó en 1958.
El primer desarrollo de las locomotoras de turbina de gas comenzó con el uso de turbinas de gas compuestas. En 1933, Suecia fabricó una locomotora de turbina de gas de pistón libre de 480 kW; en 1951, Francia fabricó sucesivamente locomotoras de turbina de gas de pistón libre de 735 kW y 1770 kW. En 1954, la antigua Unión Soviética fabricó una turbina de gas de pistón libre de 2210 kW; en 1941, los suizos fabricaron por primera vez una locomotora de turbina de gas abierta. A finales de los años 1940 y 1950, el Reino Unido y los Estados Unidos construyeron locomotoras de turbina de gas abiertas de distintas potencias.
La primera locomotora inventada fue la locomotora de vapor, que utilizaba máquinas de vapor en lugar de fuerza animal para tirar de los vehículos sobre la vía. También se desarrollarán varias locomotoras que aparecerán en el futuro tras la aparición de nuevas máquinas eléctricas. Después de las locomotoras de vapor, aparecieron varios tipos de locomotoras: locomotoras eléctricas, locomotoras diésel y locomotoras de turbina de gas.
El inglés Trevithick construyó la primera locomotora de vapor en 1804. La locomotora "Rocket", construida en 1829, sentó las bases de las locomotoras de vapor modernas y posteriormente fue mejorando continuamente en estructura y eficiencia. Para satisfacer las necesidades de transporte, se fabricaron locomotoras de vapor para diversos fines y continuaron desarrollándose hacia alta potencia, gran tracción y alta velocidad, alcanzando su punto máximo en las décadas de 1930 y 1940.
En 1879 se construyó por primera vez una pequeña locomotora eléctrica que suministraba corriente continua desde el tercer carril. Desde 65438 hasta la década de 1990, algunos países utilizaron locomotoras eléctricas en ferrocarriles subterráneos, ferrocarriles suburbanos en las grandes ciudades y largos túneles en las líneas principales. A finales de la década de 1920, muchos países tenían ferrocarriles electrificados, la mayoría de los cuales utilizaban cables de contacto aéreos para suministrar energía CC. Después de la llegada de los rectificadores de tubo de encendido de alta potencia en la década de 1950 y los rectificadores de semiconductores de alta potencia en la década de 1960, las locomotoras eléctricas de CA de frecuencia industrial se desarrollaron rápidamente. Esta locomotora ha aumentado considerablemente la potencia y mejorado el rendimiento. Aunque la inversión en infraestructura es grande, los beneficios económicos son altos y se puede utilizar en líneas troncales ferroviarias electrificadas con transporte intenso.
La locomotora diésel se fabricó en pruebas en 1923 y se puso en funcionamiento oficialmente en 1925. Al principio, debido a que la potencia de los motores diésel era pequeña, se utilizaban principalmente para operaciones de maniobras; más tarde, con la aparición de los motores diésel para locomotoras con una capacidad de aproximadamente 65.438.000 kilovatios, las locomotoras principales se fabricaron con dos o más secciones conectadas. Los resultados de la aplicación muestran que es superior a las locomotoras de vapor. Se popularizó rápidamente en la década de 1950 y su poder aumentó gradualmente.
Se fabricó en una locomotora de turbina de gas en 1941 y se utilizó por primera vez en ferrocarriles en 1943. Se utilizó en pequeños lotes para uso de prueba o se suspendió en algunos países después de su uso formal. Aunque no se utiliza mucho, tiene amplias perspectivas.
Las locomotoras de vapor tienen una estructura sencilla, de bajo coste, resistentes y duraderas, y originalmente dominaron los ferrocarriles. Sin embargo, debido a la baja eficiencia económica y la contaminación ambiental debido al humo de escape, fueron reemplazadas gradualmente por locomotoras diésel y eléctricas. Estados Unidos en 1960, Reino Unido en 1968, Francia en 1972, Japón en 1975 y la República Federal de Alemania y la Unión Soviética en 1977. Aunque muchos países todavía lo utilizan, la proporción de tráfico que soportan se reduce día a día. Las locomotoras se pueden clasificar según su planta motriz, su finalidad y la forma de su sección de circulación.
Según la clasificación de los dispositivos de potencia, se pueden dividir en dos categorías.
(1) Locomotoras térmicas:
Los motores primarios instalados son motores térmicos, como locomotoras de vapor, locomotoras diésel y locomotoras de turbina de gas. Este tipo de locomotora transporta combustible y agua y es una locomotora energéticamente autónoma. Puede funcionar de forma independiente siempre que tenga las orugas y el equipo adecuados para agregar combustible y agua.
Sin embargo, el peso y las dimensiones de la locomotora están limitados por la carga por eje y los límites del ferrocarril, respectivamente. No se puede hacer demasiado pesada, por lo que el peso y el tamaño de la unidad de potencia instalada en la locomotora también están restringidos.
Los motores diésel y las turbinas de gas son motores de combustión interna, y las locomotoras equipadas con estos dos tipos de motores primarios se denominan locomotoras de combustión interna. China tiene principalmente locomotoras diésel Dongfeng (DF). El modo de transmisión del dispositivo de transmisión instalado en la locomotora diésel se puede dividir en locomotora diésel de transmisión mecánica, locomotora diésel de transmisión eléctrica y locomotora diésel de transmisión hidráulica; lo mismo ocurre con las locomotoras de turbina de gas;
② Locomotora eléctrica:
Locomotora que se transporta a lo largo del ferrocarril desde una central eléctrica externa hasta una subestación, y luego proporciona energía eléctrica a través de una red aérea de contacto o un tercer carril tendido. a un lado del ferrocarril. La capacidad del suministro de energía no está limitada por la potencia nominal. Por lo tanto, tiene las ventajas de alta potencia, fuerte capacidad de sobrecarga a corto plazo, velocidad de carrera rápida, aceleración rápida, gran fuerza de tracción y sin gases de escape que contaminen el medio ambiente. Es adecuado para líneas ferroviarias con mucho tráfico o grandes pendientes y túneles largos, especialmente para tráfico suburbano y tráfico ferroviario subterráneo en las grandes ciudades. Sin embargo, este tipo de locomotoras sólo pueden circular en líneas con catenaria o tercer carril y alimentación eléctrica, y no son tan flexibles como las locomotoras térmicas. Los ferrocarriles electrificados también interfieren con las telecomunicaciones cercanas. Debido a que es necesario instalar una catenaria o tender un tercer carril y subestaciones a determinadas distancias, la inversión en infraestructura es grande. China tiene principalmente locomotoras eléctricas Shaoshan (SS).
Se puede dividir en cinco categorías según su uso.
①Locomotora de pasajeros:
La locomotora que tira de trenes de pasajeros debe tener una alta velocidad de marcha y aceleración inicial, y puede recorrer una larga distancia, pero la fuerza de tracción no es necesariamente grande.
②Locomotora de mercancías:
La locomotora que tira de un tren de mercancías debe tener una tracción considerable y poder recorrer una gran distancia, pero la velocidad de desplazamiento no tiene que ser muy alta.
(3) Locomotora de uso general (o locomotora ordinaria) de pasajeros y mercancías:
Remolque de trenes de pasajeros de servicio pesado (varios vagones) o trenes de carga ligeros y rápidos (cargando mercancías frescas , mercancías refrigeradas, etc.), su comportamiento es entre locomotoras de viajeros y locomotoras de mercancías.
④Locomotora de maniobras:
Locomotora utilizada para el desmontaje y clasificación de trenes en una estación o estación de clasificación (patio), como salida, cambio de líneas, recogida y entrega de trenes, etc. . Este tipo de locomotora arranca y se detiene con frecuencia y avanza y retrocede con frecuencia. Para tener suficiente peso, tracción, aceleración inicial, potencia necesaria y un buen rendimiento en marcha atrás, la velocidad de carrera puede ser menor. Hay dos tipos de locomotoras de maniobras: locomotoras de maniobras de estación y locomotoras de maniobras de estación de clasificación. El primero es adecuado para recoger y remolcar trenes de pasajeros o algunos trenes de carga en las estaciones, y también es adecuado para el transporte dentro de la fábrica de empresas industriales y mineras, que requiere menos energía; el segundo es adecuado para desmantelar, agrupar y transportar trenes en; estaciones de clasificación (patios) y también se pueden utilizar para transporte de corta distancia.
(5) Locomotoras industriales y mineras:
Utilizadas como locomotoras para transporte interno en empresas como minería, metalurgia, petróleo, industria química, forestal, etc. y para transporte interno en fábricas. En general, la potencia es menor que la de las locomotoras utilizadas en las principales líneas ferroviarias y los requisitos de velocidad no son altos, pero tienen suficiente tracción. En algunas fábricas especiales, las locomotoras utilizadas para el transporte también deben contar con instalaciones de protección contra incendios y explosiones. Para ello existen varias locomotoras especialmente diseñadas, como por ejemplo: locomotoras de aire comprimido, que utilizan tanques de almacenamiento de aire comprimido en lugar de calderas de locomotoras de vapor para despresurizar el aire comprimido a los cilindros para realizar el trabajo; locomotoras de vapor sin fuego, también conocidas como locomotoras de vapor; las locomotoras, son en realidad una locomotora de vapor convencional sin cámara de combustión, que almacena vapor saturado y agua saturada a una determinada presión y temperatura correspondiente en una caldera aislada, y reduce la presión al cilindro para realizar el trabajo una locomotora de batería, que utiliza la suya propia; Batería para alimentar el motor de tracción. Una locomotora eléctrica que impulsa las ruedas.
Según la forma del departamento de oficina, se puede dividir en dos categorías.
(1) Locomotora de bastidor:
El eje móvil de la locomotora se fija sobre el bastidor rígido. La potencia de las locomotoras de vapor impulsa cada rueda móvil a través de balancines y bielas; la potencia de muchas locomotoras diésel pequeñas es impulsada por pasadores de manivela instalados en ambos extremos del eje del engranaje de salida a través de la caja de cambios, y las ruedas móviles son impulsadas por bielas. Esta pieza de rodadura tiene una estructura sencilla y de bajo coste. Sin embargo, la distancia entre ejes fija (la distancia horizontal entre el eje delantero y el eje trasero montado sobre un bastidor rígido según el eje) es larga, lo que dificulta el paso de curvas y no es adecuada para la conducción a alta velocidad. Por lo tanto, la locomotora de vapor tiene un bogie de rueda guía en la parte delantera de la rueda móvil y un bogie de rueda motriz en la parte trasera, pero este tipo de locomotora sigue siendo una locomotora de bastidor.
②Locomotora de bogie:
Los dos extremos del bastidor de la locomotora están sostenidos por bogies que pueden girar horizontalmente. Los dos bogies están conectados al bastidor y transmiten la tracción alrededor de las ruedas generada por las ruedas móviles al bastidor y al acoplador. Las locomotoras eléctricas, las locomotoras diésel y las locomotoras de turbina de gas utilizan esta forma. Cada bogie puede contener de 2 a 4 ejes, normalmente de 2 a 3 ejes. El eje del bogie suele ser un eje móvil, y el eje móvil de una locomotora eléctrica casi siempre se acciona individualmente. Sólo los ejes móviles de los bogies de locomotoras eléctricas de tracción simple y de los bogies de locomotoras de transmisión hidráulica están unidos (accionamiento en grupo conjunto). Cada bogie de la locomotora puede girar horizontalmente a lo largo de la curva y la distancia entre ejes fija es corta, lo que facilita el paso de las curvas. Además, el sistema de suspensión de resortes es perfecto, por lo que funciona suavemente y favorece la conducción a alta velocidad.
Según la clasificación de la forma de la carrocería del coche, se puede dividir en dos categorías.
Cubierta tipo carrocería: generalmente utilizada para maniobras de locomotoras, locomotoras de mineros, etc. , algunas locomotoras de mercancías de las principales líneas utilizan este tipo de carrocería. Dongfeng 2, Dongfeng 5, Dongfeng 7 producidas en China y la locomotora ND5 importada de Estados Unidos son todas locomotoras con capó. Tiene una "casita" en el medio del marco. Además de la cabina del conductor, también se incluye la máquina, que se puede abrir si es necesario.
Cuerpo cobertizo: generalmente utilizado para locomotoras de línea principal, se cubre la máquina y el pasillo al mismo tiempo, para que el conductor pueda ver la máquina y escuchar su ruido.