أغلب السكك الحديدية تعتمد على تطوير قاطرات الديزل فهذا لم يكن عملية مفاجئة فنجاح قاطرات الديزل الكهربائية كان نتيجة لدمج عملية الاحتراق وتكنولوجيا الكهرباء وقد أصبح هذا الشيء ممكناً حدوثه بالاعتماد على التقدم التكنولوجي في كلا المجالين، في هذا المقال نستعرض أهم مكونات هذا النوع من القاطرات.
مكونات قاطرات الديزل الكهربائية
1. محرك الديزل Diesel Engine
هذا هو مصدر الطاقة الرئيسي للقاطرة، إنه يتألف من كتلة متكونة من مجموعة أسطوانات كبيرة؛ هذه الأسطوانات مرتبة في خط مستقيم أو في شكل الحرف (V)؛ يقوم المحرك بتدوير عمود الدوران حتى (1000) دورة في الدقيقة وهذا يدفع العناصر المختلفة اللازمة لتشغيل القاطرة، نظرًا لأن ناقل الحركة يكون كهربائيًا بالعادة؛ يتم استخدام المحرك كمصدر للطاقة للمولد الذي ينتج الطاقة الكهربائية لقيادة القاطرة.
2. المولد الرئيسي Main Alternator
يقوم محرك الديزل بتشغيل المولد الرئيسي الذي يوفر القدرة على تحريك القطار، حيث يولد مولد الكهرباء تيار متردد يستخدم لتوفير الطاقة لمحركات الجر المركبة على الشاحنات “العربات” الموصولة بالقاطرة، في القاطرات القديمة، كان المولد عبارة عن آلة تعمل بالتيار المستمر، تسمى مولد الـ (DC)؛ كانت تنتج تيارًا مباشرًا تم استخدامه لتوفير الطاقة لمحركات الجر الـ (DC) فقط؛ ولا يزال العديد من هذه الآلات قيد الاستخدام المنتظم حالياً، كان التطور التالي هو استبدال مولد الـ (DC) بمولد الـ (AC) ولكن لا يزال استخدام محركات الجر (DC) شائعًا؛ لهذا يتم تصحيح مخرجات مولدات التيار المتردد لإعطاء التيار المستمر المطلوب للمحركات.
3. المولد الإضافي Auxiliary Alternator
القاطرات المستخدمة لتشغيل قطارات الركاب مزودة بمولد تيار متردد إضافي، يوفر هذا طاقة التيار المتردد للإضاءة والتدفئة وتكييف الهواء ومرافق تناول الطعام وما إلى ذلك في القطار، ينتقل التيار الخارج من المولد على طول القطار عبر خط طاقة إضافي.
4. منفاخ المحرك Motor Blower
يشغل محرك الديزل أيضًا ما يسمّى “منفاخ المحرك”؛ كما يوحي اسمه، فإن منفاخ للمحرك يوفر الهواء الذي يتم نفخه فوق محركات الجر لإبقائها باردة أثناء فترات العمل الشاق، يتم تثبيت المنفاخ داخل جسم القاطرة ولكن المحركات موجودة على العربات؛ لذلك يتم توصيل مخرج المنفاخ بكل محرك من خلال مجرى هواء مرن، يبرد الهواء الناتج عن المنفاخ أيضًا المولدات، تحتوي بعض التصميمات على منفاخ منفصل لمجموعة المحركات في كل عربة متصلة وأخرى للمولدات، مهما كان الترتيب فإن القاطرة الحديثة لديها نظام إدارة هواء معقد يراقب درجة حرارة مختلف الآلات الدوارة في القاطرة ويضبط تدفق الهواء وفقًا لذلك.
5. ساحب الهواء Air Intakes
يتم سحب الهواء المخصص لتبريد محركات القاطرة من خارج القاطرة، يجب تصفيته لإزالة الغبار والشوائب الأخرى وتنظيم تدفقه حسب درجة الحرارة داخل وخارج القاطرة، يجب أن يأخذ نظام إدارة الهواء في الحسبان النطاق الواسع لدرجات الحرارة من (+40) درجة مئوية محتملة في الصيف إلى (-40) درجة مئوية محتملة في الشتاء.
6. المقومات والمحولات Rectifiers/Inverters
الناتج من المولد الرئيسي هو التيار المتردد ولكن يمكن استخدامه في القاطرة إما بمحركات الجر (DC) أو (AC)؛ كانت محركات التيار المستمر هي النوع التقليدي المستخدم لسنوات عديدة، ولكن في السنوات العشر الماضية، أصبح استخدام محركات التيار المتردد معيارًا للقاطرات الجديدة؛ إنها أرخص في البناء وتكلفة صيانتها أقل، ويمكن التحكم فيها بدقة بالغة مع الإدارة الإلكترونية.
لتحويل خرج التيار المتردد من المولد الرئيسي إلى التيار المستمر، يلزم وجود مقومات، إذا كانت المحركات (DC)، يتم استخدام الإخراج من المقومات مباشرة، إذا كانت المحركات (AC)، يتم تحويل خرج التيار المستمر من المقومات إلى تيار متردد ثلاثي الأطوار لمحركات الجر.
7. التحكم الإلكتروني Electronic Controls
تقريبًا كل جزء من معدات القاطرة الحديثة لديه شكل من أشكال التحكم الإلكتروني، يتم تجميعها عادةً في حجرة تحكم بالقرب من الكابينة لسهولة الوصول إليها، ستشمل عناصر التحكم عادةً نظام إدارة صيانة من نوع ما يمكن استخدامه لتنزيل البيانات على جهاز كمبيوتر محمول أو جهاز لوحي.
8. قاعدة التحكم Control Stand
هذه هي الواجهة الرئيسية بين الإنسان والآلة، والمعروفة باسم “لوحة التحكم” في المملكة المتحدة أو “منصة التحكم” في الولايات المتحدة، يتم وضع نوع المنصة الشائع في الولايات المتحدة بزاوية على الجانب الأيسر من موضع التحكم، وهذا الموقع يفضله السائقين عادةً.
9. كابينة القيادة Cab
التكوين القياسي للقاطرات المصممة بالولايات المتحدة هو أن يكون لديك كابينة في أحد طرفي القاطرة فقط، نظرًا لأن معظم مقياس الهيكل الأمريكي كبير بما يكفي للسماح للقاطرة بأن يكون لها ممر على كلا الجانبين، فهناك رؤية كافية للقاطرة للعمل في الاتجاه المعاكس، ومع ذلك، فمن الطبيعي أن تعمل القاطرة مع الكابينة للأمام؛ في المملكة المتحدة والعديد من الدول الأوروبية، تكون القاطرات بعرض كامل لمقياس الهيكل وبالتالي يتم توفير كابينة في كلا الطرفين.
10. البطاريات Batteries
تمامًا مثل السيارات، يحتاج محرك الديزل إلى بطارية لبدء تشغيله وتوفير الطاقة الكهربائية للأضواء وأدوات التحكم عند إيقاف تشغيل المحرك وعدم تشغيل المولد.
11. محرك الجر Traction Motor
نظرًا لأن القاطرة التي تعمل بالديزل والكهرباء تستخدم ناقل الحركة الكهربائي، يتم توفير محركات الجر على المحاور لإعطاء المحرك النهائي؛ كانت هذه المحركات تقليدية تعمل بالتيار المستمر ولكن تطوير إلكترونيات الطاقة والتحكم الحديثة أدى إلى إدخال محركات التيار المتردد ثلاثية الطور.
12. التروس Pinion/Gear
يقود محرك الجر المحور من خلال ترس للتخفيض يتراوح بين (3-1) لقطارات الشحن و(4-1) لقطارات الركاب.
13. خزان الوقود Fuel Tank
يجب أن تحمل قاطرة الديزل وقودها معها ويجب أن يكون هناك ما يكفي لرحلة طويلة، عادةً ما يكون خزان الوقود تحت جسم القاطرة وسيكون بسعة (1000 جالون إنجليزي) على سبيل المثال (تصنيف المملكة المتحدة 59، 3000 حصان) أو (5000 جالون أمريكي) في قاطرة جنرال إلكتريك (AC4400CW 4400) حصان، تحتوي (AC6000s) الجديدة على خزانات بسعة (5500) جالون؛ بالإضافة إلى الوقود، ستحمل القاطرة حوالي (300 جالون أمريكي) من مياه التبريد و(250 جالونًا) من زيت التشحيم لمحرك الديزل.
14. خزانات الهواء Air Reservoirs
خزانات الهواء التي تحتوي على هواء مضغوط عند الضغط المرتفع مطلوبة لفرملة القطار وبعض الأنظمة الأخرى على القاطرة، وغالبًا ما يتم تركيبها بجوار خزان الوقود أسفل أرضية القاطرة.
15. ضاغط الهواء Air Compressor
ضاغط الهواء ضروري لتوفير إمداد مستمر من الهواء المضغوط للقاطرة ومكابح القطار، في الولايات المتحدة، من الممارسات المعتادة دفع الضاغط بعيدًا عن عمود تشغيل محرك الديزل؛ في المملكة المتحدة، عادةً ما يتم تشغيل الضاغط بالكهرباء وبالتالي يمكن تركيبه في أي مكان، يوجد ضاغط من الفئة (60) تحت جسم القاطرة، في حين أن الفئة (37) بها ضواغط في مقدمة القاطرة.
16. عمود دوران المحرك Drive Shaft
يتم نقل الإخراج الرئيسي من محرك الديزل بواسطة عمود الإدارة إلى المولدات في أحد طرفيه ومراوح الرادياتير والضاغط في الطرف الآخر.
17. ناقل الحركة Gear Box
غالبًا ما يوجد المبرد ومروحة التبريد الخاصة به في سقف القاطرة، لذلك فإن نقل الحركة الدورانية للمروحة تكون من خلال علبة تروس لتغيير اتجاه المحرك لأعلى.
18. المبرد ومبرد مروحة Radiator and Radiator Fan
يعمل المبرد بنفس الطريقة التي يعمل بها المبرد في السيارة؛ يتم توزيع الماء حول كتلة المحرك للحفاظ على درجة الحرارة ضمن النطاق الأكثر كفاءة للمحرك، يتم تبريد الماء عن طريق تمريره عبر المبرد المنفوخ بواسطة مروحة يقودها محرك الديزل.
19. الشاحن التوربيني Turbo Charging
تعتمد كمية الطاقة التي يتم الحصول عليها من الأسطوانة في محرك الديزل على مقدار الوقود الذي يمكن حرقه فيه، حيث تعتمد كمية الوقود التي يمكن حرقها على كمية الهواء المتوفرة في الأسطوانة، لذلك إذا تمكنت من إدخال المزيد من الهواء إلى الأسطوانة، فسيتم حرق المزيد من الوقود وستحصل على المزيد من الطاقة من الاشتعال.
يستخدم الشحن التوربيني لزيادة كمية الهواء المدفوع في كل أسطوانة، يتم تشغيل الشاحن التوربيني بواسطة غاز العادم من المحرك، حيث يقوم هذا الغاز بتشغيل مروحة تقوم بدورها بتشغيل ضاغط صغير يدفع الهواء الإضافي إلى الأسطوانة؛ يعطي الشحن التوربيني زيادة بنسبة (50٪) في قوة المحرك.
الميزة الرئيسية للشاحن التوربيني هي أنه يعطي طاقة أكبر بدون زيادة في تكاليف الوقود لأنه يستخدم غاز العادم كقوة دفع، ومع ذلك، فهو يحتاج إلى صيانة إضافية، لذلك هناك نوع من القاطرات منخفضة الطاقة التي يتم بناؤها بدونه.
20. صندوق الرمل Sand Box
الهدف من وجود صناديق الرمل وأنابيب توزيعها لزيادة تماسك القطار عند المنحنيات ذات السرعة العالية والمسارات والإنحدارات، يتم تثبيت الصناديق الرملية بالقرب من عجلات قاطرات الديزل والكهرباء وعربات السكك الحديدية لتحقيق أقصر طول ممكن لأنبوب التوزيع، يمكن تركيب مجفف رملي في مستودع خاص لتدفئة وتجفيف الرمال قبل استخدامها.
