第3章-軌道車輛牽引計算

第三章城軌車輛牽引計算10/31/20231城市軌道交通車輛§3-1概述軌道車輛牽引計算用途：研究軌道車輛在外力作用下沿軌道運行狀態(tài)及其有關問題。依據：力學、科學實驗。研究內容：確定軌道車輛運行所需的動力。10/31/20232城市軌道交通車輛影響軌道車輛運行的力：牽引力F：由動車的動力傳動裝置引起的、由鋼軌通過粘著作用在動輪的輪周切線方向且與列車運行方向相同的外力。阻力W：列車運行過程中由于各種原因自然發(fā)生的與列車運行方向相反的外力。制動力B：由制動裝置引起的、由鋼軌通過粘著作用在制動輪的輪周切線方向且與列車運行方向相反的外力。10/31/20233城市軌道交通車輛影響列車運行的力牽引力F阻力W制動力B牽引運行工況惰行運行工況制動運行工況牽引運行工況：C=F-W惰行運行工況：C=-W制動運行工況：C=-（W+B）10/31/20234城市軌道交通車輛§3-2牽引力一、牽引力的產生驅動輪驅動力矩接觸網——受電弓——變壓器——牽引電機——減速器——驅動輪驅動力矩單個驅動輪對的驅動力驅動輪驅動力矩——驅動輪作用于鋼軌的力——所引起的鋼軌作用于車輪的反作用力即為驅動力。10/31/20235城市軌道交通車輛所有驅動輪總驅動力即為牽引力。10/31/20236城市軌道交通車輛以一個動軸為隔離體進行受力分析則有：ε≠0變速運動ε=0勻速運動J——輪對的轉動慣量ε——輪對的角加速度若ε=0則有10/31/20237城市軌道交通車輛二、牽引力的限制如果則：驅動輪空轉；輪軌的摩擦力由靜摩擦力變?yōu)閯幽Σ亮Γ粍虞S加速空轉；使傳動裝置和走行部件損壞；輪軌接觸面嚴重擦傷。10/31/20238城市軌道交通車輛根據粘著定律，牽引力的限制條件為：三、粘著系數定義：表征輪軌間粘著狀態(tài)好壞的一個系數。純滾動時，μmax≈f靜10/31/20239城市軌道交通車輛影響μmax的因素：車輪荷重線路剛度動車傳動裝置走行部的結構輪軌的材料及表面狀態(tài)車速10/31/202310城市軌道交通車輛μmax的確定影響μmax的因數太多，很難準確計算，故用計算粘著系數μj來作為計算依據。電力機車μj=0.24+12/(100+8V)歐州鐵路μj=0.161+7.5/(44+V)當R＜600mμr=μj(0.67+0.00055R)10/31/202311城市軌道交通車輛§3-3列車阻力一、概述阻力基本阻力：列車在平直道上牽引運行時的阻力；附力阻力：列車在坡道上、曲線上、隧道里及起動時所增加的阻力阻力的表示方法單位基本阻力=列車總阻力/列車總質量單位附加阻力=列車總附加阻力/列車總質量10/31/202312城市軌道交通車輛二、基本阻力單位基本阻力的計算公式10/31/202313城市軌道交通車輛三、附加阻力坡道阻力：由列車重力產生的沿坡道斜面的分力。ωi=Wi/q=±i（單位坡道阻力）曲線阻力：列車通過曲線時增加的阻力。ωr=700/R（單位曲線阻力）隧道空氣附加阻力：列車通過隧道時，由活塞效應引起的阻力。單位隧道空氣附加阻力用ωs表示。ωs由試驗確定則單位附加阻力為：ωj=ωi+ωr+ωs10/31/202314城市軌道交通車輛起動附加阻力：列車因停留而產生的附加阻力。單位起動附加阻力公式：四、列車總阻力牽引和惰行運行時，列車總阻力：W=(ω0+ωj)G起動時，列車總阻力：Wq=(ω0+ωj+ωq)G10/31/202315城市軌道交通車輛§3-4列車運行所需功率及牽引機電功率估算一、列車運行特點影響列車運行所需功率的因素：起動加速度最大運行速度最大坡度列車編組方式車輛總質量10/31/202316城市軌道交通車輛城軌車輛牽引電機的負載特性：斷續(xù)式，工作方式為短時重復。車輛在某一區(qū)段內的運行速度曲線。10/31/202317城市軌道交通車輛電機牽引特性曲線電機的額定功率可按起動加速過程、平均加速過程和能量守恒過程進行估算。10/31/202318城市軌道交通車輛二、按起動加速過程進行估算1、起動加速度（a）的概念及取值范圍通常指列車起動過程中，速度從0加速至某一速度之間的平均加速度。a=△V/△t=VA/tA一般情況下地鐵車輛：a=0.9~1.0m/s2輕軌車輛：a=0.8~1.3m/s210/31/202319城市軌道交通車輛2、列車平均起動牽引力F牽引力F=加速力+阻力F=9.81G[102(1+γ)a+ω0+ωq+i+ωr]3、列車牽引運行所需功率PP=FVA4、每臺牽引電動機所需功率PmPm=P/n/η10/31/202320城市軌道交通車輛三、按加速到Vmax時的平均加速過程估算列車所需功率：P=GapVmax牽引電動機功率：Pm=P/n/η通常情況下：Vmax≥80km/hap=0.4m/s2Vmax≥120km/hap=0.35m/s210/31/202321城市軌道交通車輛四、按“能量守恒”估算根據能量守恒定律：列車在某區(qū)間運行時，其勢能與動能之和始終保持不變。所需動能：Ev=GVmax2/2所需勢能：Eh=9.81Gh所需時間：t=S/Vav所需功率：P=2(Ev+Eh)/tP(t/2)=Ev+Eh每臺牽引電機所需額定功率：Pm=P/n/η