De diesellocomotief is een van de meest transformerende machines in de moderne industriële geschiedenis. Door stoom te vervangen door interne verbranding, heeft hij de fundamentele economie van het goederenvervoer opnieuw vormgegeven, waardoor langere afstanden, grotere tonnages en een niveau van operationele voorspelbaarheid die stoom nooit zou kunnen bereiken. Van zijn eerste voorzichtige loop in het begin van de twintigste eeuw tot de krachtige, computergestuurde eenheden die intermodale treinen over continenten vandaag, de diesellocomotief is geworden de stille ruggengraat van de wereldwijde toeleveringsketens. Zijn reis onthult een verhaal van persistentie, engineering vindingrijkheid, en de constante duw voor efficiëntie en betrouwbaarheid.

Oorsprong van Diesel Locomotieven

De geboorte van de diesellocomotief spoort terug naar Rudolf Diesel's uitvinding van de compressie-ontsteking motor in de jaren 1890. Terwijl Diesel had voorzien zijn motor aangedreven alles van kleine fabrieken tot schepen, spoorwegtoepassingen snel de verbeelding van ingenieurs gevangen. De vroegste pogingen om een dieselmotor op rails te monteren werden gedrogeerd door technische horden: vroege motoren waren veel te zwaar voor bestaande spoorconstructies en ontbrak een praktisch transmissiesysteem om soepel koppel aan de wielen te leveren. In 1912 bouwde de Zwitserse firma Sulzer een diesel-mechanische locomotief die een wrijving koppeling en versnellingsbak gebruikt, vergelijkbaar met een wegvoertuig. Hoewel het demonstreerde, versnelling problemen maakte dergelijke ontwerpen problematisch voor zware treinen.

Een veel grotere doorbraak kwam in Sovjet-Rusland in 1924 met de E el-2, een 1.200-paardkracht diesel-elektrische locomotief ontworpen door Yuri Lomonosov. Deze eenheid gebruikte een dieselmotor om een generator te besturen die elektrische tractiemotoren voedde, dezelfde fundamentele architectuur die de industrie vandaag domineert. Rond dezelfde tijd, General Electric in de Verenigde Staten geëxperimenteerd met diesel-elektrische wisselaars, en in 1925 de Central Railroad van New Jersey bediend de eerste commercieel succesvolle diesel-elektrische in het land. Vroege betrouwbaarheid kwesties en de verankerde infrastructuur van stoomkracht betekende diesel bleef een curiositeit voor jaren, maar de technische basis was gelegd. Voor een uitstekend overzicht van deze vroege machines, zie de geschiedenis van de eerste diesellocomotieven[] samengesteld door Railway Technology.

Ontwikkeling en goedkeuring

De jaren 1930 en 1940 markeerden de diesel . Verschillende krachten uitgelijnd om de adoptie te versnellen. Ten eerste, de Grote Depressie gedwongen spoorwegen te zoeken naar een middel om de exploitatiekosten te verminderen, en de diesel .. superieure thermische efficiëntie ..vaak boven 30 procent in vergelijking met stoom . 6 tot 8 procent betekende drastisch lagere brandstofrekeningen . Ten tweede , de diesel geëlimineerd de enorme infrastructuur van water torens , kolenstations , en as putten , het vrijmaken van kapitaal en spoor ruimte . Ten derde , de invoering van meerdere-eenheid (MU) controle , liet een enkele bemanning verschillende locomotieven verspreid over een trein , een flexibiliteit onmogelijk met stoom .

In de Verenigde Staten werd de Electro-Motive Corporation FT demonstratie van 1939 de diesel voor vracht. Het begon aan een legendarische 83.000-mijltour van Amerikaanse spoorwegen, trok treinen onder alle omstandigheden en bewijst dat dieselkracht kon overeenkomen en de prestaties van hedendaagse stoomlocomotieven te overtreffen tijdens het afknippen van onderhoud. Het begin van de Tweede Wereldoorlog vertraagde de productie kort, maar de naoorlogse jaren zagen een toename van orders. Tegen 1953, meer dan de helft van de Amerikaanse locomotief vracht-mijlen waren al diesel aangedreven, en de laatste stoomlocomotief op een klasse I trein werd gepensioneerd rond 1960. Elders, Groot-Brittannië 1955 Modernisatieplan en soortgelijke initiatieven in Europa leidde tot de groothandel vervanging van stoomvloten, hoewel elektrificatie beweerde een groter aandeel in vele landen.

Technologische vooruitgang

Diesel-elektrische transmissie en wisselstroomtractie

De diesel-elektrische configuratie werd de wereldwijde standaard omdat het probleem elegant opgelost. Een generator of alternator direct gekoppeld aan de dieselmotor produceert elektriciteit, die vervolgens wordt gedragen door kabels aan tractiemotoren op de assen. Gedurende decennia, DC generatoren en DC tractiemotoren gedomineerd. De jaren negentig, echter, bracht een paradigma verschuiving met de invoering van AC tractiesystemen. Door gebruik te maken van solid-state omvormers en microprocessorbesturing, locomotieven kon nu meer trafficive inspanning, betere wiel-slip controle, en verbeterde dynamische remmen. General Electric . AC4400CW en EMD

Turboladen, afkoelen en motorevolution

De eerste dieselmotoren werden vaak van nature aangezogen of gebruikt bescheiden supercharging. De wijdverbreide toepassing van turbolading en nakoeling radicaal verhoogde vermogensdichtheid en efficiëntie. Tweetakt EMD motoren domineerden Noord-Amerika decennia lang, terwijl viertakt ontwerpen van GE, Caterpillar en MTU vonden wereldwijd voordeel. Elke generatie introduceerde betere metallurgie, elektronische brandstofinjectie en hogere compressieverhoudingen, waardoor een enkele prime mover . output van 1.500 pk in de jaren 40 tot meer dan 4.500 vandaag. Gemeenschappelijke-rail injectie, nu makend zijn weg in spoorwegtoepassingen, verdere verfijnt verbranding voor lagere emissies en hogere brandstofbesparing.

Computergestuurde controle en telemetrie

Misschien wel de meest diepgaande vooruitgang is de integratie van microprocessor-gebaseerde besturingssystemen. Moderne locomotieven continu controleren honderden parameters . motortemperatuur, wielsnelheid, gaskleppositie, tractie motor stroom . . om brandstof levering te optimaliseren , het aanpassen van de macht , en wiel slip voorkomen . Systemen zoals Wabtec . Trip Optimizer gebruik GPS en het spoor profiel gegevens om de meest brandstof-efficiënte gaspedaal instellingen te berekenen , die als een auto-piloot voor goederentreinen . Positieve treincontrole (PTC), in opdracht van de meeste Amerikaanse hoofdlijnen , overlays een veiligheidsnet dat automatisch stopt een trein voordat het voorbij een signaal of overschrijding van de snelheidsbeperkingen . Remote monitoring via cellulaire en satellietverbindingen kunt vloot managers om motorfouten in real time fixeren downtime , het verminderen van ongeplande downtime en het creëren van een data-gedreven onderhoud regime .

Diesel-locomotieven en de transformatie van het goederenvervoer

De operationele winsten ontgrendeld door diesel vermogen kan niet worden overschat. Omdat diesels niet frequent stops voor water nodig en kan worden bijgetankt in minuten, ze mogelijk de creatie van lange afstand, hoge snelheid vracht schema's die voorheen onmogelijk waren. Intermodale treinen met dubbel-gestapelde containers nu routinematig dekking transcontinentale afstanden van meer dan 2000 mijl, die West Coast havens verbinden met binnenlandse distributiecentra in minder dan drie dagen. De Vereniging van American Railroads merkt op dat goederenspoor in de VS verplaatsen ongeveer 40 procent van de lange afstand ton-mijlen en zijn consequent drie tot vier keer brandstof-efficiënter dan vrachtwagens op een ton-mijl basis.

Eenheid treinen . Betrouwbare bestaat het vervoeren van een enkele goederen .Wordt een kenmerk van diesel aangedreven efficiëntie. Kolen, graan, ijzererts, olie, en ethanol bewegen in treinen van meer dan 100 auto's, getrokken door twee of drie hoge-paarden locomotieven. De Powder River Basin in Wyoming alleen al ziet tientallen geladen kolen treinen dagelijks, elk bewegen meer dan 15.000 ton met een enkele bemanning. In Australië, BHP en Rio Tinto lopen enkele van de langste en zwaarste treinen in de wereld, vertrouwen op meerdere diesel-eenheden werken in gedistribueerde energie configuratie om immense ladingen over de Outback beheren.

Tegenwoordig zijn de modellen van het werkpaard, zoals de Wabtec ES44AC en Progress Rail SD70ACe-T4, alle hierboven beschreven vooruitgangen te verwerken. Ze kunnen meer dan 4.400 pk produceren terwijl ze voldoen aan strenge emissiegrenswaarden, en ze worden ingezet op elk continent behalve Antarctica. Of het nu het vervoeren van auto's uit een Midwest assemblagefabriek, chemicaliën uit een Golfkust raffinaderij, of consumptiegoederen in een oceaancontainer, de diesellocomotief blijft de vitale verbinding tussen producent en consument in een onderling verbonden wereld.

Diesel vergelijken met stoom en elektrische aandrijvingen

Om te begrijpen waarom diesel zo grondig verplaatste stoom, een directe vergelijking is leerzaam. Een stoomlocomotief vereist een brandweerman en constante aandacht voor ketelwater niveau, kolenvoer, en stoomdruk. Het vereiste uren van voorbereiding elke ochtend, uitgebreide reiniging aan het einde van de dag, en zware periodieke onderhoud. De thermische efficiëntie zelden meer dan 8 procent. De diesel, in tegenstelling, kon worden gestart met de draai van een sleutel en verlaten stationair voor dagen. Het bood een thermische efficiëntie naderen 45 procent in de beste moderne voorbeelden, snijden zowel brandstofkosten en de logistieke last van de brandstofvoorziening.

Elektrische tractie, aan de andere kant, overtreft diesel in efficiëntie, versnelling en regeneratieve remcapaciteit, en het produceert nul emissies op het punt van gebruik. Waar elektrificatie infrastructuur bestaat . .in Zwitserland , Japan , of delen van China .vracht operaties natuurlijk voor elektrische locomotieven . Echter , de onthutsende kapitaalkosten van catenary systemen maakt hen economisch onviable over de dunbevolkte stukken van Noord-Amerika , Australië , of Rusland . Diesel dus bezet de enorme middengrond , het combineren van de zelf-ingevoerde energieopwekking met de mogelijkheid om overal te gaan spoor bestaat . Hybride concepten die een kleinere dieselmotor met batterijopslag koppelen beginnen nu te vervagen de lijn tussen diesel en elektrisch , biedt een route om operationele flexibiliteit te behouden terwijl het verminderen van brandstofverbranding .

Milieuuitdagingen en regelgevingsdruk

Diesel . De ecologische voetafdruk heeft een toenemend onderzoek getrokken. Locomotive uitlaat bevat stikstofoxiden (NOx), deeltjes (PM), en kooldioxide. De Verenigde Staten Environmental Protection Agency (EPA) reageerde met een getrapte systeem van emissienormen. Tier 0 door Tier 2 toegepast op bestaande en nieuwe locomotieven in opeenvolgende fasen, maar de echte stap verandering kwam met Tier 4, die volledig van kracht in 2015 . Deze regels verplichtte een vermindering van 90 procent in PM en een 80 procent vermindering van NOx in vergelijking met ongereguleerde motoren. Details van de EPA . EPA's locoure emissienormen ]] schetsen de strenge grenswaarden fabrikanten moeten nu voldoen.

De naleving dwong een groothandel herontwerp van motorarchitectuur. Wabtec . Wabtec . Evolution Series Tier 4 motoren gebruiken uitlaatgas recirculatie (EGR) om de verbranding te koelen en NOx te verminderen, gekoppeld aan een hogedruk common-rail brandstofsysteem. Progress Rail koos voor een selectief katalytisch reductiesysteem (SCR) dat dieseluitlaatvloeistof injecteert in de uitlaatstroom om NOx om te zetten in stikstof en water. Beide strategieën werken, maar ze voegen kosten en complexiteit toe. Ondanks deze verbeteringen, de enorme schaal van wereldwijde dieselrail operaties betekent dat de aandacht is verschuiven naar nul-emissie alternatieven. Volgens het Internationaal Energieagentschap, het spoorvervoer is goed voor ongeveer 2 procent van de wereldwijde CO2-uitstoot van vervoer, maar dat aandeel kan klimmen als andere modi decarbonize terwijl diesel rail niet.

De toekomst van de goederenlokomotive propulsie: naar schonere alternatieven

De spoorwegindustrie is actief op zoek naar meerdere routes om de tractie van goederen te ontcarboniseren zonder de operationele voordelen diesel mogelijk gemaakt. Batterij-elektrische locomotieven hebben al van concept naar piloot implementatie. Wabtecs FLXdrive, een 100-procent batterij-eenheid getest met BNSF en Union Pacific, gedemonstreerde brandstofbesparing van meer dan 10 procent wanneer gekoppeld met diesel locomotieven in een hybride bestaan. Union Pacific is verder gegaan, bestellen van de ].Worlds grootste batterij-elektrische locomotief ] van Wabtec, met een oog op nul-emissie werf en regionale activiteiten. Ondertussen, Progressss Rail

Waterstof brandstofcellen bieden een andere dwingende route. Canadese Pacific Kansas City (CPKC) heeft een door haar eigen team ontwikkelde lijnlocomotief op waterstof getest en Alstom levert waterstoftreinen voor passagiersgebruik in Europa, met goederenvarianten op de tekentafel. Waterstof bevat meer energie per kilogram dan een batterij, maar de lage volumedichtheid vereist hoge opslagdruk en een volledig nieuwe brandstofinfrastructuur. Ook vloeibaar aardgas (LNG) is als tandembrandstof beproefd, maar is gestagneerd vanwege infrastructuurkosten en tumbling dieselprijzen.

Autonomie en precisie geplande spoorweg, terwijl niet voortstuwing technologieën, zal vorm geven hoe locomotieven worden gebruikt. Geavanceerde treinbesturing en geautomatiseerd gaspedaalbeheer al verminderen brandstofverbruik door het optimaliseren van snelheidsprofielen. In de komende tien jaar, voortdurende verfijning van sensortechnologie zou kunnen toestaan beperkte-crew of zelfs bestuurderloze bediening op gescheiden goederencorridors, verdere verbetering van de veiligheid en efficiëntie. Zelfs als deze nieuwe technologieën rijp, zal de dieselprime verhuizer waarschijnlijk de dominante energiebron voor lange-afstandsvracht voor decennia te blijven, geleidelijk aangevuld met hybride en nul-emissie alternatieven waar de operationele geval is het sterkst.

Conclusie

De diesel locomotief geschiedenis is een verhaal van continue aanpassing. Geboren uit de vroege experimenten van Sulzer, Lomonosov, en General Electric, het gerijpt tot een betrouwbare, kostenbesparende vervanging voor stoom, en vervolgens geëvolueerd door turbolading, AC tractie, en microprocessor controle in de formidabele machines die doorkruist woestijnen, bergen, en prairies elke dag. In het goederenvervoer, het maakte het mogelijk de dichte, hoge volume netwerken die de moderne economie ondersteunen, het verplaatsen van alles van graan naar elektronica met ongeëvenaarde brandstof efficiëntie en veerkracht. Gezien milieu-controle, de industrie reageerde met schonere motoren en is nu actief reimaging wat een goederen locomotief kan worden .