液力傳動內燃機車

內燃機車有液力傳動，電傳動和機械傳動等類型，其中電傳動內燃機車應用最廣泛，液力傳動內燃機車次之，無論何種內燃機車的傳動特性都符合牛馬特徵，所謂牛馬特徵就像騎自行車，人不能直接驅動車輪，需要鏈條作為傳動機構把人發出的力變成自行車前進的動力，這就是牛馬特徵。

所有帶輪子的工具都符合這一特徵，都要靠傳動機構傳遞動力。液力傳動內燃機車的道理和自動變速器一樣，與自動擋汽車的道理類似，但是又不完全一樣。

對於液力傳動內燃機車，柴油機發出的動力傳遞到液力變速器的液壓油中，液壓油通過液力渦輪，液力變矩器和液力耦合器等原件將能量傳遞到車輪，變成驅動車輪的動力。

液力傳動裝置是以液體為工作介質以液體的動能來實現能量傳遞的裝置，常見的有液力耦合器、液力變矩器和液力機械元件。

液力傳動元件主要有液力元件和液力機械兩大類。液力元件有液力耦合器和液力變矩器；液力機械裝置是液力傳動裝置與機械傳動裝置組合而成的，因此，它既具有液力傳動變矩性能好的特點，又具有機械傳動效率高的特徵。

液力傳動裝置主要由三個關鍵部件組成，即泵輪、渦輪、導輪。

泵輪：能量輸入部件，它能接受原動機傳來的機械能並將其轉換為液體的動能；

渦輪：能量輸出部分，它將液體的動能轉換為機械能而輸出；

導輪：液體導流部件，它對流動的液體導向，使其根據一定的要求，按照一定的方向衝擊泵輪的葉片。

液力耦合器是由泵輪和渦輪組成的。泵輪與主動軸相連，渦輪與從動軸相接。如果不計機械損失，則液力耦合器的輸入力矩與輸出力矩相等，而輸入與輸出軸轉速不相等。因工作介質是液體，所以泵輪和渦輪之間屬非剛性連接。

液力變矩器主要由泵輪、渦輪、導輪等構成。泵輪、渦輪分別與主動軸、從動軸連接，導輪則與殼體固定在一起不能轉動。當液力變矩器工作時，因導輪對液體的作用，而使液力變矩器輸入力矩與輸出力矩不相等。當傳動比小時，輸出力矩大，輸出轉速低；反之，輸出力矩小而轉速高。它可以隨著負載的變化自動增大或減小輸出力矩與轉速。因此，液力變矩器是一個無級力矩變換器。

泵輪與變矩器外殼連為一體，是主動元件；渦輪通過花鍵與輸出軸相連，是從動元件；導輪置於泵輪和渦輪之間，通過單向離合器及導輪軸套固定在變速器外殼上。

發動機啟動后，曲軸通過飛輪帶動泵輪旋轉，因旋轉產生的離心力使泵輪葉片間的工作液沿葉片從內緣向外緣甩出；這部分工作液既具有隨泵輪一起轉動的園周向的分速度，又有沖向渦輪的軸向分速度。這些工作液衝擊渦輪葉片，推動渦輪與泵輪同方向轉動。

從渦輪流出工作液的速度可以看為工作液相對於渦輪葉片表面流出的切向速度與隨渦輪一起轉動的圓周速度的合成。當渦輪轉速比較小時，從渦輪流出的工作液是向後的，工作液衝擊導輪葉片的前面。因為導輪被單向離合器限定不能向後轉動，所以導輪葉片將向後流動的工作液導向向前推動泵輪葉片，促進泵輪旋轉，從而使作用於渦輪的轉矩增大。

隨著渦輪轉速的增加，圓周速度變大，當切向速度與圓周速度的合速度開始指嚮導輪葉片的背面時，變矩器到達臨界點。當渦輪轉速進一步增加時，工作液將衝擊導輪葉片的背面。因為單向離合器允許導輪與泵輪一同向前旋轉，所以在工作液的帶動下，導輪沿泵輪轉動方向自由旋轉，工作液順利地迴流到泵輪。當從渦輪流出的工作液正好與導輪葉片出口方向一致時，變矩器不產生增扭作用（這時液力變矩器的工況稱為液力偶合工況）。

液力耦合器其實是一種非剛性聯軸器，液力變矩器實質上是一種力矩變換器。它們所傳遞的功率大小與輸入軸轉速的3次方、與葉輪尺寸的5次方成正比。傳動效率在額定工況附近較高：耦合器約為96～98.5%，變矩器約為85～92%。偏離額定工況時效率有較大的下降。根據使用場合的要求，液力傳動可以是單獨使用的液力變矩器或液力耦合器；也可以與齒輪變速器聯合使用，或與具有功率分流的行星齒輪差速器（見行星齒輪傳動）聯合使用。與行星齒輪差速器聯合組成的常稱為液力-機械傳動。

液力傳動裝置的整體性能跟它與原動機的匹配情況有關。若匹配不當便不能獲得良好的傳動性能。因此，應對總體動力性能和經濟性能進行分析計算，在此基礎上設計整個液力傳動裝置。為了構成一個完整的液力傳動裝置，還需要配備相應的供油、冷卻和操作控制系統。

液力傳動內燃機車結構緊湊重量相對較輕，相同重量的電傳動內燃機車與液力傳動內燃機車相比，液力傳動內燃機車的功率更大，速度更快，載量也更多，缺點是傳動效率較低，油耗大，因為液體的流動是隨意的，傳遞動力的過程中會因為流動的隨意性損失一部分能量，而且液體在流動過程中自身也損失一部分動能，所以比電傳動內燃機車效率低很多，一般來說電傳動機車效率可達90%，而液力傳動的機車只有83.3%，所以液力傳動的機車經濟性較差，也成為其保有量遠不及電傳動機車的重要原因。

我國液力傳動內燃機車的設計發展要追溯到建國后的1959年，中國第一台液力傳動內燃機車是青島四方機車廠製造的衛星型機車，由於那時中國自己沒有設計機車的技術，所以衛星型機車因為沒有達到預計的設計目標，加上故障率高，質量不過關，所以很快就報廢了。

後來在此基礎上通過大量改進，尤其攻克了柴油機曲軸淬火技術後於1964年設計出了東方紅1型內燃機車並進行批量生產，但是中國機車技術過於薄弱，早期東方紅1型內燃機車的性能依然不可靠，故障率高。

鑒於此，鐵路部門在1966年小批量進口了德國漢壽爾工廠的NY5，NY6，NY7三種型號的液力傳動內燃機車，功率從4000馬力到5000馬力不等，共34台，統稱大馬力。後來經過實際運用證實，三種車型均性能卓著可靠，整車工藝超前，十分的堅固耐用，故障率極低，核心技術非常先進，只不過由於功率太大，跑的太快，加上液力傳動效率低，所以個個都是油老虎，中國那時候根本用不起，後來這些車作為首長專列用車保養的都很好，因為不怎麼用的原因。

經過在中國近半個世紀的運用，只剩NY6，NY5和NY7全部報廢。引入NY系列機車，對中國自主設計液力傳動內燃機車起到了不可磨滅的作用，中國經過拆解消化技術，在1977年設計出北京型液力傳動內燃機車，功率1500千瓦，作為中短途客運用車，機車性能雖然有了大幅度提高，但是相比NY系列，還是非常落後的，已經基本全部報廢淘汰。

在北美洲，大部分的內燃機車（特別是大功率的機車）都是採用電傳動。歐洲則以液力傳動內燃機車較多。