城軌道交通列車制動力計算

城市軌道交通列車制動力計算以閘瓦制動為例，如圖所示，制動時，設(shè)每個輪對的閘瓦壓力為K,車輪與閘瓦的摩擦系數(shù)為小。制動前，列車以速度v運行，輪對以角速度⑴在軌面上滾動。制動時，閘瓦作用于車輪踏面的壓力I起閘瓦作用于輪對的摩擦力K4,這個摩擦力對輪對中心形成一個力矩K4R,它的方向與輪對轉(zhuǎn)動方向相反。V上述摩擦力矩起著兩方面的作用：一方面，阻止輪對轉(zhuǎn)動，使輪對獲得角減加速度B,輪對轉(zhuǎn)速因而迅速減慢以至停止轉(zhuǎn)動；另一方面，由于輪對的轉(zhuǎn)動被阻止，勢必引起輪軌間的相對滑動趨勢，從而使輪軌之間產(chǎn)生相互作用力，即由于閘瓦摩擦力矩的存在而在輪軌接觸點引起了車輪對鋼軌的縱向水平作用力和鋼軌對車輪的反作用力B。反作用力B對于輪對及本列車來說都是與列車運行方向相反的外力，起著阻礙列車運行的作用，使列車獲得減加速度a,這就是制動力。根據(jù)上圖，將輪對作為分離體，建立力矩平衡方程可以得到制動力大小，即KpHiR=/式中，R為車輪半徑；l為輪對的轉(zhuǎn)動慣量。在式中，她所占的比例很小，為了簡化起見，通常忽略不計（假定1=0）,留到計算轉(zhuǎn)動距離時再加考慮。這樣，轉(zhuǎn)動力在數(shù)值上等于閘瓦摩擦力，即BAK中全列車的制動力為：3m=2（Kg）從上式（可以看到，制動力颯著車輪和閘瓦間摩擦力的增大而增大。但也不是無限制的增大，制動力要受到黏著力的限制，即L—K="j或甲式中，F(xiàn)m為輪軌間白黏著力；n為鋼軌對輪對軸重的反作用力；山為輪對問的黏著常數(shù)。令60=KN稱為軸制動率。因此，黏著條件可表示為：由于制動方式不同，制動力的計算方式也有所不同。這里僅就空氣制動和動力制動的制動力計算做簡單介紹。一、空氣制動的制動力計算閘瓦制動時，當(dāng)各節(jié)車的車輪閘瓦間摩擦系數(shù)相同時，制動力計算公式為：=2（Rp）區(qū)車輪與閘瓦的摩擦系數(shù)小主要由閘瓦的材料決定，式（2-33）—式（2-39）僅供參考。中磷鑄鐵閘瓦:_K+1%.36u+10/riin_\。/70,64x5K+1x14a+1+o高磷鑄鐵閘瓦：片。⑻9X肄瑞X黑靜+。.。。12（12。/。）低摩合成'七W=0.25XX^^^""+0.06（1-uo）就十ItPv十15(I>0.41XK+2046K+(I>0.41X高摩合成閘瓦：式中，K為閘瓦壓力；v為列車運行瞬時速度；v0為制動初速度。閘瓦壓力的大小與基礎(chǔ)制動形式和制動缸壓力大小有關(guān)。當(dāng)采用單元制動時,每個輪對的閘瓦壓力為：K=I五?仇一&J叮m式中，d為制動缸直徑；pz為制動缸壓力；F防制動缸復(fù)原簧反力；n為單元制動缸倍率；”為單元制動傳動效率；n的每個輪對上單元制動數(shù)量。_a/1丫K+27u+150H=KH=K］、一A10）代入式,得閘瓦制動時每個輪對的制動力為：=41x46K+2OOx2a+150”—1。。0（半小戶工一Fg'h邛n中由于盤形制動閘片的摩擦半徑r小于車輪半徑R,所以每個輪對產(chǎn)生的制動力為：B=l°°°（屋仇一E；式中，r為制動盤摩擦半徑；R為車輪半徑。二、動力制動的制動力計算動力制動是利用牽引電動機的可逆原理，將牽引電動機變?yōu)榘l(fā)電機，由輪對驅(qū)動，把車輛的動能轉(zhuǎn)化成電能。然后，或者將電能反饋給電網(wǎng)，或者將電能通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⒁莸酱髿庵?。在制動工況時，牽引電動機中的電流與感應(yīng)電動勢方向相同，而電磁轉(zhuǎn)矩與電樞的旋轉(zhuǎn)方向相反。這個反向轉(zhuǎn)矩通過傳動齒輪傳到動車的動軸上，與閘瓦制動一樣，在動軸的輪軌間產(chǎn)生了鋼軌對車輪的縱向水平作用力一一制動力。設(shè)動車每臺電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為M,則該動車產(chǎn)生的動力制動力為：d式中，mM每輛車上牽引電機臺數(shù)；k為傳動齒輪傳動比；R為車輪半徑；7]d為傳動效率；M為電動機電磁轉(zhuǎn)矩。三、制動距離的認知從司機將制動控制器手柄置于制動位的瞬間至停車為止，列車所走過的距離稱為制動距離。制動距離是反映制動系統(tǒng)綜合性能的重要指標(biāo)。由于在施行制動時，各車輛的制動力產(chǎn)生的起始時間并非完全同步，尤其是制動力的上升不可能同步。因此，從開始制動到制動力上升到最大值是一個過程，如圖中實線所示。為了便于計算，通常假定各車輛的制動力在制動開始后某一瞬問tk同時產(chǎn)生并立即達到最大值，如圖中虛線所示。這樣，列車的制動分成兩段：第一段為從施行制動到tk,稱為空走過程，tk稱為空走時間，列車在空走時間內(nèi)惰行的距離稱為空走距離sk；第二段從這假設(shè)的瞬間開始到列車停車，稱為實制動過程，其經(jīng)歷的時間稱為實制動時間te,該過程中列車所運行的距離稱為實制動距