布赫利驅動方式
布赫利驅動方式（德語：Buchli-Antrieb）是鐵路機車使用的架懸式牽引傳動裝置類型之一，由瑞士勃朗-包維利股份公司（BBC）設計生產，並以發明者雅各布·布赫利（Jakob Buchli，1876年—1945年）的名字命名。這種驅動裝置將牽引電動機固定地安裝在車體底架上，通過具有連杆關節機構的牽引齒輪向輪對傳遞扭矩，使其能夠吸收機車行駛時輪對各個方向的跳動[1]。
結構特點
典型結構
在這種驅動裝置的典型結構形式中，牽引電動機固定地安裝在車架式機車的車體底架上，並且垂直安裝在其驅動車軸的正上方，牽引從動齒輪（大齒輪）亦通過銷軸支座與車架相連，以保持機車運轉時的齒輪中心距不變。彈性聯軸器由兩根連杆、兩根主槓桿、銷軸支座、齒輪罩等部分組成，連杆的一端安裝在動輪的兩個銷軸上，另一端則通過叉形接頭固定於主槓桿的球形端部，主槓桿通過中間銷軸支座與大齒輪相連，而兩根主槓桿的另一端還有扇形齒輪以相互聯接，從而保證兩根連杆永遠保持平行。連杆銷軸亦採用了球形設計，使驅動裝置可以在運用要求的範圍內，適應動輪與大齒輪之間的橫向、徑向、角度位移，一般最大垂直位移可達±40毫米，最大橫向位移可達±25毫米。牽引電動機輸出的扭矩通過電樞軸、主動齒輪（小齒輪）、大齒輪、主槓桿、連杆傳遞至輪對[2]。
大齒輪安裝在一個獨立的銷軸上轉動，該銷軸被固定在與車架相連的銷軸支座上，銷軸支座同時也是齒輪罩的一部分；由於這種驅動裝置不會發生齒輪相對齒輪軸的傾斜，因此將大齒輪銷軸設計成錐形結構。後來，有些機車又採用了經過改良的大齒輪支承方式，例如瑞士聯邦鐵路的Ae 4/7型電力機車，利用貫通各個動輪的輔助框架作為大齒輪銷軸的支座，並將該框架與比較容易製造的齒輪罩分開，輔助框架與主車架之間用橫向和縱向的加強支撐相連成一個整體，因此可以籍此減輕主車架的結構重量，以焊接車架取代重量大成本高的鑄鋼車架[2]。
布赫利驅動方式採用自動循環潤滑系統，為牽引齒輪及關節機構進行潤滑。齒輪罩殼上有為輸入潤滑油而設注油口，大齒輪的下半部分浸在齒輪罩油池之中，當機車運轉時通過大齒輪旋轉產生的離心力，將潤滑油帶到齒輪罩上半部的油腔內，並經過油腔底部的濾清器來過濾雜質；然後潤滑油又進入一個與大齒輪聯動的離心式油泵，經潤滑油通道先後向大齒輪銷軸、主槓桿銷軸、扇形齒輪、連杆關節等部位供油潤滑，最後潤滑油又流回油腔，從而實現自動循環[2]。
這種驅動裝置使重量較大的牽引電動機成為簧上重量，有效減輕了車軸簧下重量和輪軌之間的作用力。此外，牽引電動機亦無需直接承受從輪對傳遞而來的振動衝擊，改善了牽引電動機和牽引齒輪的工作條件及使用壽命。然而，由於牽引電動機和驅動裝置只能布置在車體的其中一側，為了保持車體重心位於車體縱向中心線上，除牽引電動機以外的其他較重設備需要布置在另外一側。因此，除非使用下述的雙邊齒輪雙邊傳動結構，採用布赫利驅動裝置的機車大多都具有非對稱外觀，驅動側的車輪幾乎完全被齒輪罩覆蓋，而非驅動側的車輪則是清楚可見的。
特殊結構
布赫利驅動方式傳統上一般採用內側構架，即大齒輪和彈性聯軸器布置在車輪外側；但如果由於某些原因或限制致使聯軸器只能布置在車輪內側時，就必須採用外側構架的結構，並且需要在車軸外面套裝一根與車架固定的空心軸，使大齒輪可以在固定空心軸上轉動[2]。採用外側構架的車型包括賓夕法尼亞鐵路O1b型電力機車、德意志國鐵路ET11 01號電力動車組等。
當牽引電動機輸出功率較大時，布赫利驅動裝置也可以採用雙邊傳動，也就是說牽引電動機電樞軸兩端均設有小齒輪，兩邊車輪亦裝有大齒輪和彈性聯軸器，相比單邊齒輪單邊傳動結構，雙邊傳動能傳遞更大的扭矩和功率[2]。法國國家鐵路的2D2 5400、2D2 5500、2D2 9100型電力機車就採用了雙邊傳動結構，這種傳動方式不僅有利於機車車體的重量平衡，並且其兩邊車輪的連杆機構還以彼此相對180°的方式布置，目的是為了減少兩邊驅動裝置的角速度波動和不平衡力。
除此之外，布赫利驅動裝置除了可使用通常的單軸驅動形式（一台牽引電動機驅動對應的一個輪對）外，也可以由兩台牽引電動機共同驅動一個輪對，每組驅動裝置包含兩個小齒輪和一個大齒輪，其他部分與一般單邊傳動的驅動裝置並無二致，應用例子有賓夕法尼亞鐵路O1b型電力機車。
使用情況
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在二十世紀初，隨着電氣化鐵路的發展以及列車運行速度的提高，各國鐵路開始考慮降低機車簧下重量、減少輪軌作用力、提高動力學性能的辦法，例如美國西屋電氣公司首先發明了採用彈簧聯軸器的輪對空心軸驅動裝置，而在大洋彼岸的歐洲亦出現了採用連杆關節機構的布赫利驅動方式和歐瑞康驅動方式。1918年，布赫利驅動裝置首次裝用於瑞士聯邦鐵路Fb 2/5型電力機車上，與同車安裝的歐瑞康驅動裝置進行對比試驗[3]，其後又在1922年試製的Ae 4/8型電力機車上作出進一步的試驗。
穿越聖哥達山口的聖哥達鐵路成功完成電氣化改造後，瑞士聯邦鐵路開始將鐵路電氣化推進到平原地區。為此，瑞士機車和機器製造廠（SLM）和勃朗-包維利股份公司（BBC）共同開發了Ae 3/6I型電力機車，最高運行速度可達110公里/小時；由於布赫利驅動裝置在這款快速客運電力機車上表現出良好的性能，瑞士聯邦鐵路總共訂購了114台該型電力機車，並且在此基礎上先後發展出Ae 4/7、Ae 8/14型電力機車。事實上，Ae 3/6I型電力機車也是瑞士鐵路史上最長壽的鐵路機車之一，從1921年投入使用至1994年退出現役為止，使用壽命長達73年[1]。
1920年代中期，法國的巴黎－奧爾良鐵路公司為了滿足電氣化後的營運需要，分別向匈牙利、瑞士、美國訂購了三種不同的電力機車，其中由瑞士SLM、BBC公司製造的E 501/502號電力機車採用了布赫利驅動裝置，構造速度為130公里/小時[4]。由於鐵路公司對於原型車的性能頗為滿意，因此後來又分批訂購更多該型電力機車，後來改稱為法國國鐵2D2 5500型電力機車。其後面世的2D2 5400、2D2 9100型電力機車亦採用了布赫利驅動裝置。
德國亦曾經引進過採用布赫利驅動裝置的快速客運電力機車，即德意志國鐵路E16型電力機車。1920年代末，德意志國鐵路對E16型電力機車與採用AEG-克萊諾夫彈簧驅動裝置的E21.0型電力機車進行了對比試驗，然而德意志國鐵路認為後者具有較佳的傳動性能和經濟性，以後批量採購的各型電力機車均統一採用AEG-克萊諾夫彈簧驅動裝置，因此E16型電力機車亦成為德國唯一一款採用布赫利驅動裝置的鐵路機車[5]。
由於布赫利驅動裝置的連杆機構結構複雜且需要保證潤滑，因此其組裝和維護也比其他類型的驅動裝置較為困難；加上因為齒輪罩上設有兩個銷軸孔，如果密封結構不當，砂石塵埃等雜質會由此進入關節機構，而影響驅動裝置的性能和可靠性[2]。1950年代起，隨着輪對空心軸驅動方式和電機空心軸驅動方式的普及，布赫利驅動裝置亦逐漸被淘汰。
| 使用布赫利驅動裝置的機車車輛及主要參數 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 使用國家 | 鐵路公司 | 型號 | 製造年份 | 製造廠 | 產量 | 軸式 | 構造速度 | 牽引功率 | 重量 | 備註 |
 瑞士 |
瑞士聯邦鐵路 | Fb 2/5 | 1918年 | SLM、BBC | 1 | 1'(1Bo)1' | 75 km/h | 736 kW | 75 t | 另一動軸採用歐瑞康驅動裝置 |
| 瑞士 |
瑞士聯邦鐵路 | Ae 3/6I | 1920年—1929年 | SLM、BBC、MFO、SAAS | 114 | 2'Co1' | 110 km/h | 1600 kW | 96 t | 瑞士聯邦鐵路第一款批量生產的電力機車 |
| 瑞士 |
瑞士聯邦鐵路 | Ae 4/8 | 1922年 | SLM、BBC | 1 | (1'Bo1')(1'Bo1') | 90 km/h | 1885 kW | 127 t | 其中兩根動軸採用歐瑞康驅動裝置 |
| 瑞士 |
瑞士聯邦鐵路 | Ae 4/7 | 1927年 —1934年 | SLM、BBC、MFO、SAAS | 127 | 2'Do1' | 100 km/h | 2300 kW | 123 t | |
| 瑞士 |
瑞士聯邦鐵路 | Ae 8/14 11801 | 1931年 | SLM、BBC | 1 | (1A)A1A(A1)+(1A)A1A(A1) | 100 km/h | 5514 kW | 240 t | |
 德國 |
德意志國鐵路 | E16 | 1926年—1933年 | 克勞斯、BBC | 21 | 1'Do1' | 120 km/h | 2340 kW | 110 t | |
| 德國 |
德意志國鐵路 | ET11 01 | 1935年 | ME、BBC | 1 | Bo'2'+2'Bo' | 160 km/h | 1413 kW | 104 t | 電力動車組 |
 法國 |
法國國家鐵路 | 2D2 5501～5502 | 1925年 | SLM、BBC | 2 | 2'Do2' | 130 km/h | 3052 kW | 125 t | 雙邊傳動 |
| 法國 |
法國國家鐵路 | 2D2 5503～5530 | 1933年—1943年 | FL、CEM | 2 | 2'Do2' | 130 km/h | 3052 kW | 125 t | 雙邊傳動 |
| 法國 |
法國國家鐵路 | 2D2 9100 | 1950年—1951年 | FL、CEM | 2 | 2'Do2' | 140 km/h | 3687 kW | 144 t | 雙邊傳動 |
 印度尼西亞 |
荷屬東印度國家鐵路 | 3000 | 1924年—1927年 | SLM、BBC | 4 | (1A)Bo(A1) | 90 km/h | 1040 kW | 70 t | 窄軌機車 |
 日本 |
日本鐵道省 | ED54 | 1926年 | SLM、BBC | 2 | 1ABA1 | 100 km/h | 1540 kW | 77.75 t | 窄軌機車 |
 捷克斯洛伐克 |
捷克斯洛伐克國家鐵路 | E.465 | 1927年 | ČKD、BBC | 2 | 1'Do1' | 90 km/h | 1306 kW | 78.6 t | |
 西班牙 |
西班牙國家鐵路 | 272 | 1928年 | B&W、BBC | 12 | (2'Co)(Co2') | 110 km/h | 2030 kW | 145 t | |
 印度 |
印度鐵路 | WCP-1 | 1928年—1930年 | MV、SLM | 22 | 2-Bo-A1 | 120 km/h | 2160 kW | 105 t | 寬軌機車[6] |
| 印度 |
印度鐵路 | WCP-2 | 1928年 | MV、SLM | 1 | 2-Bo-A1 | 120 km/h | 2160 kW | 105 t | 寬軌機車[6] |
| 印度 |
印度鐵路 | WCP-3 | 1928年 | HL、GEC | 1 | 2'Co2' | 120 km/h | 2250 kW | 113 t | 寬軌機車[6] |
| 印度 |
印度鐵路 | WCP-4 | 1928年 | HL、BBC | 1 | 2'Co2' | 120 km/h | 2390 kW | 111 t | 寬軌機車[6] |
 義大利 |
環維蘇威鐵路 | 0300 | 1931年、1934年 | TIBB | 5 | 1'Do1' | 64 km/h | 760 kW | 59.5 t | 窄軌機車[7] |
 美國 |
賓夕法尼亞鐵路 | O1b | 1931年 | PRR、BBC | 1 | 2'Bo2' | 140 km/h | 1600 kW | 140 t | 外側車架 |
 巴西 |
聖保羅鐵路 | 320 | 1932年 | SLM、BBC | 1 | 1'Do1' | 80 km/h | 1850 kW | 寬軌機車 | |
參看
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 Norbert Lang. Electrifying history: A long tradition in electric railway engineering (PDF). ABB Review (Zürich, Switzerland: ABB Group R&D and Technology). 2010-02: 88–94 [2016-09-17]. ISSN 1013-3119. （原始內容存檔 (PDF)於2017-10-01）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 卡爾·薩克斯（編）、孫翔（譯）. 《电传动机车转向架结构与原理（下册）》. 北京: 中國鐵道出版社. 1988: 18-38 （中文（簡體））.
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- ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 Diesel and Electric Locomotive Specifications. Irfca. [2016-09-03]. （原始內容存檔於2016-09-20）.
- ^ di Andrea Cozzolino. Clamfer-Napoli. 2010-12-12 [2016-09-03]. （原始內容存檔於2015-09-23） （意大利語）.
