第四章 牽引計算

1、2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *1第四章 列車牽引運動學基礎研究列車在各種外力作用下的運動規(guī)律。包括牽引重量、行車速度、運行時分、制動距離、能量和燃料消耗的計算。速度距離曲線 運行時間與距離曲線制動曲線)(sfV )(sft 2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *2第1節(jié) 作用在列車上的各種力一、作用在列車上的各種力一、作用在列車上的各種力機車牽引力 F列車運行阻力 W列車制動力 B根據線路情況和列車運行要求，機車有以下三種工況。每一種工況作用于列車上的合力為C：牽引運行惰行制動運行WFCWC)(WBC2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *3（一）機車牽引力

2、的形成輪周牽引力、車鉤牽引力、指示牽引力F1作用于鋼軌，鋼軌固定不動，F為鋼軌對車輪的反作用力，推動列車前進，稱為機車牽引力。也稱輪周牽引力。1rFMddRFrFMMd123二、機車牽引力的形成及粘著限制二、機車牽引力的形成及粘著限制2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *4車鉤牽引力=輪周牽引力-機車阻力粘著牽引力：受輪軌間粘著力限制的機車牽引力。F是動輪壓在鋼軌上的粘著力，其最大值為全部動輪壓在鋼軌的重力與粘著系數的乘積。機車粘著牽引力的計算公式： jgPF1000(1)2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *5電力機車電傳動內燃機車機車可能實現的最大輪周牽引力不能大于粘著

3、牽引力，稱為粘著牽引力限制。Vj81001224. 0Vj20100825. 0(2)(3)2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *6N=FV 最大功率是一定的，稱為額定功率。當速度小時，牽引力大；速度大時、牽引力小。坐標上是一條雙曲線，左端，牽引力不能超過輪軌之間的粘著力；右端，速度不能超過機車的構造速度。機車的牽引特性：預期牽引特性和實測牽引特性（一）電力機車的牽引特性曲線 韶山SS1型電力機車粘著牽引力電動機牽引力機車牽引力受電動機用尋電1. 流的限制三、機車牽引曲產生線三、機車牽引曲產生線2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *72021-11-26鐵道信號導論鐵道信號

4、導論 *8（二）內燃機車的牽引特性曲線東風4（貨）型內燃機車粘著牽引力機車柴油機和動力傳動裝置確定的牽引力3. 起動電流的限制牽引力ffIUVF60601000VIUFff6 . 3(Nm/s)(N)2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *9（三）機車牽引力的計算標準1.粘著牽引力 和計算粘著系數2.計算速度 和計算牽引力在計算牽引重量時，必須先確定按什么速度下的牽引力進行計算。電力機車，線路特征、溫度允許、最高級位滿磁場牽引曲線上的粘著制至持續(xù)制的范圍內選定。FjVjFj2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *103.持續(xù)速度 與持續(xù)牽引力機車可以長時間連續(xù)工作，而牽引電動機

5、發(fā)熱溫升不超過用許值，所對應的速度和牽引力。內燃機車取持續(xù)速度和持續(xù)牽引力作為計算速度和計算牽引力。4.計算起動牽引力效驗所牽引的列車重量能否啟動的機車牽引力。SS1和SS3取速度等于零的粘著牽引力kNVj487)81001224. 0(8 . 913810002021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *11內燃機車，按最后一列車啟動時的機車牽引力計算。電傳動內燃機車按粘著牽引力和起動電流決定的牽引電流中的小者。5.對應不同牽引力的取值在牽引計算時，一般取機車在相同速度是能夠發(fā)揮的最大牽引力計算。電力機車起動自最低計算速度取粘著牽引力，由最低計算速度至33-曲線，取電流限制的牽引力。以后按

6、33-曲線取值。2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *12四、列車阻力四、列車阻力（一）列車阻力和分類列車阻力列車受到與運行方向相反的外力。列車阻力分為：機車阻力（ ）和車輛阻力（ ）基本阻力（ ）和附加阻力（ ）W W0W 0W2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *13基本阻力是列車在平直軌道上受到的阻力，包括：摩擦力軸頸與軸承，車輪與鋼軌（滾動和滑動）沖擊和振動引起的阻力空氣阻力附加阻力列車受到的額外阻力，包括：坡道附加阻力 、曲線附加阻力 、起動附加阻力 、隧道附加阻力iWsWrWqW2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *14列車受到的阻力絕大多數與重力成正

7、比，為了計算方便，通常用單位阻力計算機車單位阻力車輛單位阻力列車單位阻力gGPWWgPGWw)()( gGWw gPWw（N/kN）（N/kN）（N/kN）2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *15（二）基本阻力由于各種阻力復雜，理論計算很困難，采用試驗后的經驗公式計算單位基本阻力1.機車單位基本阻力牽引運行惰力運行2cVbVaw20cVbVaw21110VcVbawd2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *162.車輛單位基本阻力客車、貨車、各種不同車輛3. 機車車輛單位阻力的經驗公式電力機車內燃機車客車車輛貨車（滾、空）2 0cVbVaw2000138. 00162. 0

8、04. 1VVwo20000260. 00140. 064. 1VVw2 00001555. 00075. 066. 1VVw2 0000186. 00099. 025. 1VVw2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *17（三）附加阻力1. 坡道附加阻力2. 曲線附加阻力3. 隧道空氣附加阻力隧道內為限制坡道隧道內無限制坡道iwiRwr70020001. 0sssVLw ssLw13. 02021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *184. 加算附加阻力5. 線路縱斷面簡化6. 起動阻力機車單位起動阻力貨車單位起動阻力jjsrjsrijiwiiiiwwwwqqiw4 . 03 q

9、w（電力、內燃5 N/kN）2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *19列車阻力計算分為：起動阻力計算和運行阻力計算（一）起動阻力計算起動時列車總阻力 單位阻力（二）運行阻力計算運行中的列車總阻力運行中的列車總阻力 五、列車阻力計算五、列車阻力計算gGPiGwPwWjqqq)( （N）（N/kN）gGPiGwPwhj)( 00gGPiWWWhj)( 00gGPiGwPwWjqqq)( jqqqiGPGwPww 2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *20列車單位阻力惰行列車阻力計算惰行列車阻力計算列車基本阻力列車單位基本阻力列車阻力列車單位阻力hjhjiwiGPGwwPgGPW

10、w0 00)(GPwGwPgGPWwddd 0000)(gGwPwwgGwgPWddd)()()( 00 000gGPiGwwPWWWhjdjdd)()( 000hjdddiwgGPWw0)(2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *21第2節(jié) 列車制動力空氣制動，2. 電氣制動，3. 液力制動一、空氣制動一、空氣制動（一）空氣制動的原理（一）空氣制動的原理2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *22第2節(jié) 列車制動力一、一、（二）閘瓦制動（二）閘瓦制動 1. 閘瓦壓力作用產生的制動力閘瓦壓力作用產生的制動力 kkBQB 不考慮車輪的轉動慣量粘著力限制gGPk)(列車制動率202

11、1-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *23 2. 列車制動力的計算列車制動力的計算q 實算法實算法q 換算法換算法 2 2 1 1kkkkkkkkBhhkkkhkhkkhhhhkkkkB2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *24gGPkhh)(10041004 . 0356. 0VVjhjjhgGPkgGPBb)()(列車單位制動力換算制動力不同速度下的換算摩擦系數2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *25二、電阻制動二、電阻制動（一）電阻制動原理電動機發(fā)電機，電能耗散在電阻上。電樞產生反向力矩，僅作用于機車。通過調節(jié)勵磁電流，調節(jié)制動力。機車運行速度與制動電流的關系制

12、動力cRIVbbcdbdmIcB367. 02021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *26bcddRmVcB2)(367. 0bcdbdRmVIB2367. 0磁通不變， Bd 與速度成正比；速度不變，Bd與磁通的平方成正比當制動電流恒定時，制動力與速度成反比；當速度一定時，制動電流越大，制動力也越大。電阻制動分為恒磁通、恒電流和恒速度三種方式2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *27（二）電阻制動特性曲線（二）電阻制動特性曲線2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *28第3節(jié) 合理曲線圖的繪制及應用根據作用與列車的合力性質，分析列車動態(tài)，稱列車的動態(tài)曲線。確定列車在各

13、種坡道、在不同工作狀態(tài)的運動狀態(tài)，（一）合理曲線的繪制（二）單位合力曲線圖的應用 確定列車在坡道的合力 判斷列車運動趨勢 確定列車在坡道上的均衡速度2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *29第第4節(jié)節(jié) 列車運動方程是計算列車運動方程是計算列車運動方程式：列車質量、作用于列車上的合力與列車加速度的關系表達式。將列車看作一個質點列車重心根據合力做的功與列車動能增量相等原理得： dsWFdsc)()1 (22222222222MVRIVMVIwMVEkRVw 2MRI其中2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *30)1 (MdVVdEk動能增量CdsdEkVdtWFdsWFMdVV)()()1 ()()()1 (127wfwfdtdV2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *31牽引運行惰性運行制動運行)(120120)(12000abwdtdVwdtdVwfdtdVdd 00jwwwwjdddwwww 000在實際計算中，一般采用近似積分的方法求解2021-11-26鐵道信號導論鐵道信號導論 *32第第5節(jié)節(jié) 列車制動距離及其計算列車制動距離及其計算我國技規(guī)