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Cómo funcionan las locomotoras diesel

Cómo funcionan las locomotoras diesel
Satisfacer
  1. ¿Por qué híbrido? ¿Por qué Diesel?
  2. Ruedas de acero
  3. Tracción
  4. El diseño: motor principal y generador.
  5. El diseño: cabina y camión.
  6. El diseño: energía, combustible y baterías.
  7. El motor y el generador
  8. Camión: propulsión y suspensión
  9. Camión: frenado
  10. Conducir una locomotora
  11. Para subir al tren

¿Por qué híbrido? ¿Por qué Diesel?

El motor de 3200 caballos de fuerza que alimenta el generador principal

La principal razón por la que las locomotoras diesel son híbridas es que eliminan la necesidad de una transmisión mecánica, como en los automóviles. Comencemos por comprender por qué los automóviles tienen transmisiones.

Su automóvil necesita una transmisión debido a la física del motor de gasolina. En primer lugar, cualquier motor tiene una línea roja: un valor máximo de revoluciones (revoluciones por minuto) por encima del cual el motor no puede pasar sin explotar. En segundo lugar, si ha leído Cómo funciona la potencia, sabrá que los motores tienen un rango de velocidad estrecho, donde la potencia y el par son máximos. Por ejemplo, un motor puede producir su potencia máxima entre 5.200 y 5.500 rpm. La transmisión le permite cambiar la relación de transmisión entre el motor y las ruedas motrices a medida que el automóvil acelera y desacelera. Las marchas se cambian de modo que el motor esté por debajo de la línea roja y cerca del rango de velocidad de su mejor rendimiento (potencia máxima).

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La transmisión de cinco o seis velocidades en la mayoría de los automóviles les permite viajar a 177 km / h (110 mph) o más con un rango de velocidad del motor de 500 a 6,000 rpm. El motor de nuestra locomotora diésel tiene un rango de velocidad mucho menor. Su velocidad de ralentí es de aproximadamente 269 rpm y su velocidad máxima es de solo 904 rpm. Con tal rango de velocidad, una locomotora necesitaría 20 o 30 velocidades para alcanzar 177 km / h.

Tal caja de cambios sería enorme (debe manejar 3.200 caballos de fuerza), complicada e ineficiente. También habría que suministrar energía a cuatro juegos de ruedas, lo que aumentaría la complejidad.

Ir con un híbrido configuración, el motor diesel principal puede funcionar a velocidad constante con un generador eléctrico. El generador envía energía eléctrica a un motor de tracción en cada eje, que impulsa las ruedas. Los motores de tracción pueden producir un par adecuado a cualquier velocidad, desde una parada completa hasta 177 km / h, sin necesidad de cambiar de marcha.

¿Por qué Diesel?

Los motores diésel son más eficaz en comparación con los motores de gasolina. Una locomotora enorme como esta usa un promedio de 1.5 galones de diesel por milla (352L por 100 km) para transportar alrededor de cinco autos. Las locomotoras que arrastran cientos de vagones de carga completamente cargados usan mucho más combustible que eso, por lo que incluso una reducción del 5-10% en la eficiencia se traduciría rápidamente en un aumento significativo en los costos de combustible.

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Ruedas de acero

Cómo funcionan las locomotoras diesel

¿Alguna vez te has preguntado por qué entrenas? ruedas de aceroen lugar de neumáticos como un coche? Es reducir fricción rodante. Cuando su automóvil circula por la carretera, aproximadamente el 25% de la potencia del motor se utiliza para empujar los neumáticos hacia la carretera. Los neumáticos se doblan y se deforman mucho a medida que ruedan, lo que consume mucha energía.

La cantidad de energía utilizada por los neumáticos es proporcional al peso que pesan sobre ellos. Dado que un automóvil es relativamente liviano, esta cantidad de energía es aceptable (puede comprar llantas de baja resistencia a la rodadura si desea ahorrar combustible).

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Como un tren pesa miles de veces más que un vagón, la resistencia a la rodadura es un factor determinante para determinar la fuerza necesaria para tirar del tren. Las ruedas de acero del tren ruedan sobre una pequeña superficie de contacto: el área de contacto entre cada rueda y los rieles es aproximadamente del tamaño de un centavo.

Cuando se utilizan ruedas de acero en un riel de acero, se minimiza la cantidad de deformación, lo que reduce la resistencia a la rodadura. De hecho, el tren es la forma más eficiente de transportar mercancías pesadas.

La desventaja de usar ruedas de acero es que no tienen mucho tracción. En la siguiente sección, discutiremos la interesante solución a este problema.

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Tracción

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La tracción en las curvas no es un problema, ya que las ruedas del tren tienen bridas que las mantienen en las vías. Pero el frenado y la aceleración de la tracción son un problema.

Esta locomotora puede generar 64.000 libras de bucear. Pero para utilizar este empuje de forma eficaz, las ocho ruedas de la locomotora deben poder aplicar ese empuje a la vía sin resbalar. La locomotora utiliza un ingenioso truco para aumentar la tracción.

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Delante de cada rueda hay una boquilla que usa aire comprimido para rociar arena, que se almacena en dos tanques en la locomotora. La arena aumenta enormemente la tracción de las ruedas motrices. El tren está equipado con un sistema de control de tracción electrónico que activa automáticamente los aspersores de arena cuando las ruedas giran o cuando el conductor hace una parada de emergencia. El sistema también puede reducir la potencia de cualquier motor de tracción cuyas ruedas estén girando.

Ahora veamos el trazado de la locomotora.

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El diseño: motor principal y generador.

Casi cada pulgada de la locomotora de 54 pies (16,2 m) está bien equipada con equipo.

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Pase el mouse sobre las etiquetas de las piezas para ver dónde se encuentra cada pieza en el motor diesel.

Motor principal y generador

El gigantesco generador eléctrico y turbo V-12 de dos tiempos proporciona la enorme cantidad de energía necesaria para transportar cargas pesadas a altas velocidades. El motor solo pesa más de 30.000 libras (13.608 kg) y el generador pesa 17.700 libras (8.029 kg). Hablaremos del motor y el generador más tarde.

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El diseño: cabina y camión.

La vista desde la cabina de la locomotora.
La vista desde la cabina de la locomotora.

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Taxi

La cabina de la locomotora está equipada con su propio sistema de suspensión, que permite aislar al conductor de los golpes. Los asientos también tienen un sistema de suspensión.

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Dentro de la cabina hay dos asientos: uno para el conductor y otro para el bombero. El conductor tiene fácil acceso a todos los controles de la locomotora; el bombero solo tiene radio y control de frenos. También hay un baño dentro del coche, justo en el morro de la locomotora.

Camión

Los camiones son el ensamblaje completo de dos ejes con ruedas, motores de tracción, engranajes, suspensión y frenos. Discutiremos estos componentes más adelante.

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El diseño: energía, combustible y baterías.

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Unidad de potencia principal

LA alimentando la cabeza Consiste en otro gran motor diesel, esta vez un Caterpillar V-12 de cuatro tiempos con turbocompresores dobles. El motor en sí es más potente que el motor de casi todos los remolques. Opera un generador que suministra corriente alterna trifásica de 480 voltios al resto del tren. Este motor y generador proporciona más de 560 kW de energía eléctrica al resto del tren para uso de aires acondicionados eléctricos, luces y estufas. Al usar un motor y un generador completamente separados para estos sistemas, el tren puede mantener a los pasajeros cómodos incluso cuando falla el motor principal. También reduce la carga en el motor principal.

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Lata de aceite

Este enorme tanque en el vientre de la locomotora segura 2,200 galones (8.328 L) de diésel. LA El tanque de combustible está compartimentado, por lo que si un compartimiento se daña o comienza a gotear, las bombas pueden quitar el combustible de ese compartimiento.

Pilas

La locomotora funciona con un sistema eléctrico nominal de 64 voltios. La locomotora tiene ocho baterías de 8 voltios, cada una de las cuales pesa más de 136 kg (300 libras). Estas baterías proporcionan la energía necesaria para arrancar el motor (tiene un motor de arranque enorme) y para alimentar la electrónica de la locomotora. Cuando el motor principal está funcionando, un alternador alimenta los componentes electrónicos y las baterías.

Echemos un vistazo a algunos de los principales sistemas de la locomotora.

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El motor y el generador

Cómo funcionan las locomotoras diesel

El motor principal de esta locomotora es un motor de la serie EMD 710 de General Motors. El “710” significa que cada cilindro de este turbodiésel V-12 de dos tiempos tiene una cilindrada de 11,6 L (710 pulgadas cúbicas). Es más del doble del tamaño de la mayoría de los motores de gasolina V8 más grandes, y solo estamos hablando de uno de los 12 cilindros de este motor de 3.200 caballos de fuerza.

Entonces porque dos veces? Aunque este motor es enorme, si funcionara en el ciclo diésel de cuatro tiempos como la mayoría de los motores diésel pequeños, solo produciría aproximadamente la mitad de la potencia. Esto se debe a que, con el ciclo de dos tiempos, hay el doble de eventos de combustión (que producen energía) por revolución. Resulta que el motor diesel de dos tiempos es de hecho mucho más elegante y eficiente que el motor de gasolina de dos tiempos. Vea cómo funcionan los motores diésel de dos tiempos para obtener más detalles.

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Cómo funcionan las locomotoras diesel

Você pode pensar que, se este motor é cerca de 24 vezes maior do que um motor de carro V-8 grande e usa um ciclo de dois tempos em vez de um ciclo de quatro tempos, por que ele produz apenas cerca de 10 vezes a ¿Potencia? La razón es que este motor fue diseñado para producir 3200 caballos de fuerza continuos y dura décadas. Si enciende continuamente el motor de su automóvil a plena potencia, tendrá suerte si durara una semana.

Estas son algunas de las especificaciones de este motor:

  • Número de cilindros: 12
  • Índice de compresión: 16: 1
  • Desplazamiento por cilindro: 11,6 L (710 pulg.3)
  • Diámetro del cilindro: 230 mm (9,2 pulgadas)
  • Carrera del cilindro: 279 mm (11,1 pulgadas)
  • Velocidad maxima: 904 revoluciones por minuto
  • Velocidad de ralentí normal: 269 revoluciones por minuto

Este gigantesco motor está conectado a otro igual de impresionante Generador. Tiene aproximadamente 1,8 m de diámetro y pesa aproximadamente 17.700 libras (8.029 kg). ¡A plena potencia, este generador produce suficiente electricidad para alimentar un vecindario con alrededor de 1,000 hogares!

Entonces, ¿a dónde va todo este poder? Ingrese cuatro enormes motores eléctricos ubicados en camiones.

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Camión: propulsión y suspensión

Cómo funcionan las locomotoras diesel

Los camiones son los elementos más pesados ​​del tren: cada uno pesa 37 000 £ (16.783 kg). Los camiones hacen diferentes trabajos. Soportan el peso de la locomotora. Proporcionan propulsión, suspensión y frenado. Como puedes imaginar, estas son excelentes instalaciones.

Propulsión

LA motores de tracción proporcionar potencia propulsora a las ruedas. Hay uno en cada eje. Cada motor impulsa un engranaje pequeño, que engrana con un engranaje más grande en el eje de transmisión. Esto proporciona la reducción de velocidad que permite que el motor dirija el tren a velocidades de hasta 110 mph.

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Dos motores de tracción retirados de un camión
Dos motores de tracción retirados de un camión

Cada motor pesa 6.000 libras (2.722 kg) y puede consumir hasta 1170 amperios de corriente eléctrica.

Suspensión

Los camiones también garantizan la suspensión de la locomotora. El peso de la locomotora descansa sobre una gran ronda. consecuencia, lo que permite que los camiones giren para que el tren gire. Debajo del pasador hay un resorte enorme que se asienta sobre una plataforma. La plataforma está suspendida por cuatro gigantes metálicos. conexiones, que se conectan al ensamblaje del automóvil. Estos enlaces permiten que la locomotora oscile de lado a lado.

Cómo funcionan las locomotoras diesel

El peso de la locomotora descansa sobre el ganado, que se comprime cuando pasa sobre una repisa. Esto aísla el cuerpo de la locomotora del impacto. Los enlaces permiten que los camiones se muevan de un lado a otro con las fluctuaciones de la vía. La pista no es perfectamente recta y, a altas velocidades, pequeñas variaciones en la pista dificultarían la conducción si los camiones no pudieran girar hacia los lados. El sistema también mantiene la cantidad de peso en cada pista relativamente igual, reduciendo el desgaste de las pistas y las ruedas.

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Camión: frenado

Los frenos son similares a los frenos de tambor de un automóvil.
Los frenos son similares a Frenos de tambor en un auto.

El frenado es proporcionado por un mecanismo similar al freno de tambor de un automóvil. UNO pistón neumático empuja un cojín contra la superficie exterior de la rueda del tren.

En combinación con frenos mecánicos, la locomotora tiene frenado dinámico. En este modo, cada uno de los cuatro motores de tracción actúa como un generador, utilizando las ruedas del tren para aplicar torque a los motores y generar corriente eléctrica. El par aplicado por las ruedas para hacer girar los motores ralentiza el tren (en lugar de que los motores hagan girar las ruedas, las ruedas hacen girar los motores). La corriente generada (hasta 760 amperios) es guiada por una gigantesca red resistiva que la transforma en calor. Un ventilador de enfriamiento extrae aire a través de la celosía y lo sopla a través de la parte superior de la locomotora, lo que lo convierte en el secador de pelo más potente del mundo.

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En el camión trasero, también hay un freno de mano – Sí, los trenes también necesitan frenos de mano. Como los frenos son neumáticos, solo pueden funcionar con el compresor en funcionamiento. Si el tren se ha detenido por un tiempo, no habrá presión de aire para mantener los frenos puestos. Sin el freno de mano y la seguridad incorporada de un tanque de presión de aire, incluso una ligera inclinación sería suficiente para mantener el tren en movimiento debido a su enorme peso y la muy baja fricción de rodadura entre las ruedas y los rieles.

El freno de mano es una manivela que tira de una cadena. Se necesitan varias vueltas de la manivela para tensar la cadena. La cadena tira del pistón para aplicar los frenos.

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Conducir una locomotora

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No basta con entrar en la cabina, girar la llave y entrar en la locomotora diésel. Arrancar un tren es un poco más complicado que arrancar un automóvil.

El ingeniero sube por una escalera de 2,4 my entra en un pasillo detrás de la cabina. Él o ella contrata a un cambio de cuchillo (como los de las películas antiguas de Frankenstein) que conecta las baterías al circuito inicial. Luego, el ingeniero activa cien interruptores en un panel de interruptores, proporcionando energía para todo, desde las luces hasta la bomba de combustible.

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Luego, el ingeniero camina por un pasillo en la sala de máquinas. Gira y mantiene presionado un botón que carga el sistema de combustible, asegurándose de que todo el aire esté fuera del sistema. Luego, gire la llave en la dirección opuesta y se pondrá en marcha el motor de arranque. El motor arranca y empieza a girar.

Luego se sube a la cabina para monitorear los indicadores y ajustar los frenos después de que el compresor presuriza el sistema de frenos. Luego puede caminar hacia la parte trasera del tren para soltar el freno de mano.

Finalmente, puede volver a la cabaña y tomar el control. Después de obtener lo que el conductor le permite moverse, comprometa la campana, que se reproduce de forma continua y reproduce el tornados dos veces (indicando movimiento a parte delantera).

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El control del acelerador tiene ocho posiciones, más una posición inactiva. Cada una de las posiciones de gas se llama “muesca“La ranura 1 es la velocidad más baja y la ranura 8 es la velocidad más alta. Para hacer avanzar el tren, el conductor suelta los frenos y pone el acelerador en el nivel 1.

En este motor de la serie EMD 710 de General Motors, colocar el acelerador en la ranura 1 implica una serie de contactores (relés eléctricos gigantes). Estos contactores conectan el generador principal a los motores de tracción. Cada muesca involucra una combinación diferente de contactores, produciendo un voltaje diferente. Algunas combinaciones de contactores colocan ciertas partes del devanado del generador en una configuración en serie que da como resultado un voltaje más alto. Otros colocan algunas partes en paralelo, lo que resulta en un voltaje más bajo. Los motores de tracción producen más potencia a voltajes más altos.

Cuando los contactores se activan, los controles computarizados del motor ajustan la Inyectores de combustible para empezar a producir más potencia del motor.

LA control de freno la presión de aire en los cilindros de freno varía para aplicar presión a las zapatas de freno. Al mismo tiempo, incorpora frenado dinámico, utilizando también los motores para frenar el tren.

Controles de freno y acelerador
Controles de freno y acelerador

El Engineer también tiene varios otros controles y luces indicadoras.

Controles, medidores y radios
Controles, medidores y radios

Una pantalla computarizada muestra los datos del sensor a través de la locomotora. Puede proporcionar al ingeniero o mecánicos información que puede ayudar a diagnosticar problemas. Por ejemplo, si la presión en las líneas de combustible se vuelve demasiado alta, podría significar que un filtro de combustible está obstruido.

Este monitor computarizado puede mostrar el estado de los sistemas en cualquier lugar de la locomotora.
Este monitor computarizado puede mostrar el estado de los sistemas en cualquier lugar de la locomotora.

Ahora echemos un vistazo al interior del tren.

Para subir al tren

Dentro de un coche
Dentro de un coche

Los alojamientos dentro de un tren de pasajeros son bastante suntuosos. Este tren es el Piamonte, que conecta a Raleigh con Charlotte, Carolina del Norte a diario. Los asientos de este tren se reclinan más que los asientos del avión y tienen más espacio para las piernas. También tienen reposapiés.

Los asientos de este automóvil se pueden girar uno frente al otro para que cuatro personas puedan sentarse juntas.
Los asientos de este automóvil se pueden girar uno frente al otro para que cuatro personas puedan sentarse juntas.

El tren también tiene una cocina que sirve principalmente bocadillos y bocadillos ligeros.
El tren también tiene una cocina que sirve principalmente bocadillos y bocadillos ligeros.

Para los pasajeros de primera clase en este tren, hay un vagón de observación con balcón y un bar en el piso de arriba.
Para los pasajeros de primera clase en este tren, hay un vagón de observación con balcón y un bar en el piso de arriba.

Aunque tomar el tren puede ser más lento que volar, ciertamente es mucho más cómodo. Hay mucho espacio para caminar y se puede comer en un vagón restaurante o admirar la vista desde el vagón salón. Algunos trenes también tienen habitaciones privadas para pasajeros de primera clase, lo que no es una mala manera de ir de aquí para allá.

Para obtener más información sobre locomotoras diesel y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente.

La locomotora híbrida diésel es una muestra increíble de potencia e ingenio. Combina una excelente tecnología mecánica, incluido un enorme motor diésel de dos tiempos y 12 cilindros, con generadores y motores eléctricos robustos, al tiempo que agrega algo de tecnología informática por si acaso.

Esta locomotora de 270,000 libras (122,470 kg) fue diseñada para transportar vagones de trenes de pasajeros a velocidades de hasta 110 millas por hora (177 km / h). El motor diesel produce 3200 caballos de fuerza y ​​el generador puede convertirlo en casi 4700 amperios de corriente eléctrica. Los cuatro motores de impulsión utilizan esta electricidad para generar más de 64.000 libras de empuje. Hay un motor V-12 y un generador completamente separados para suministrar electricidad al resto del tren. Este generador se llama alimentando la cabeza. Este tren puede producir más de 560 kilovatios (kW) de electricidad.

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Esta combinación de motor diesel y generadores y motores eléctricos convierte a la locomotora en un vehículo híbrido. En este artículo, comenzaremos por aprender por qué las locomotoras se construyen de esta manera y por qué tienen ruedas de acero. A continuación, veremos el diseño y los componentes principales.

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