第4章 列车牵引运动学基础_new.ppt

第四章 列车牵引运动学基础第一节 机车牵引力第二节 列车运行阻力第三节 列车制动力第四节 列车运动方程式第五节 列车制度距离及其计算1/31/20231作用于列车上的力 作用于列车上的力有多种，只研究对列车运行影响大的力，即与列车运行方向平行的力。1.机车牵引力F产生F的条件：机车的动力 M 轮轨摩擦力Q 特点：F的方向与列车运行方向一致 可控制序 作用于列车上的各种力1/31/202322.列车运行阻力 W主要阻力：摩擦阻力、坡道阻力、曲线阻力、空气阻力、风阻力等。特点：不可控 方向与列车运行方向相反3.列车制动力 B 由列车制动装置通过轮轨相互作用产生,制动装置产生内力，轮轨相互作用产生外力。特点：可控 方向与列车运行方向相反序 作用于列车上的各种力1/31/202334.4.列车在不同工作状态下的合力形式 C=FW 0 加速 a.牵引工况：C=0 即 FW 匀速 C=FW F 则动轮空转，无牵引力.j 的确定：u a.一般通过试验确定F，然后反算j;u b.小半径曲线j 下降，应加以修正;一、牵引力的形成1/31/20239uc.不同类型的机车j 不同 一、牵引力的形成1/31/2023103、机车轮周功率与机车理想牵引力曲线(1)机车轮周功率 V Km/h F N 1Hp=750 Nm/S；1Kw=1.36Hp一、牵引力的形成1/31/202311(2)理想牵引力曲线 要求：在牵引工况下，机车恒功率输出。即N=F V 曲线受F 与Vg的限制，Vg为机车构造速度(3)机车实际的牵引力特性曲线一、牵引力的形成VgFVV11/31/2023124、机车计算速度Vj与计算牵引力Fj根据N=F.V得出：F与V成反比 Vj 由最佳牵引重量决定的速度，即机车牵引列车通过区间限制坡道时，所遵照的最低规定速度。Fj 牵引重量G由Vj为条件得出，对应G和Vj的牵引力 F，即为计算牵引力Fj5、机车计算起动牵引力Fq列车启动时，所要求的牵引力。一般，起动牵引力Fq由速度为2.5Km/h的列车阻力决定，即Fq按V 2.5Km/h确定。一、牵引力的形成1/31/202313(一)电传动内燃机车的取值 1、电传动内燃机车取持续速度Vc与持续牵引力Fc作为Vj与Fj。Vc为牵引电机长时间工作不会过热的机车最低速度。2、起动牵引力Fq在粘着牵引力与起动电流所决定的牵引力中取小者。如:DF11:在V=038.5Km/h范围，取F253KN 在V 38.5Km/h时，按n1000转/分钟曲线取值 DF4:在 V=016.5Km/h，按粘着曲线取F，其中在V=02.5Km/h，取V=2.5Km/h 时的F；在V16.5Km/h，按满手柄位曲线取值二、机车牵引力取值 1/31/2023143、牵引力的修正(1)在高海拔、高温、长大隧道条件下，F需修正：P 海拔修正系数 h 温度修正系数s 隧道修正系数(2)多机牵引与补机的F修正重联操纵 取全值 多机牵引：分别操纵 第二台后取0.98 补机：尾部机车取0.95 二、机车牵引力取值1/31/202315(二)电力机车牵引力取值(1)Vj分别按粘着制、小时制、持续制取值 Fj按Vj所确定的F取值(2)Fg按V0或V=2.5Km/h 取值(3)不同速度下F的取值二、机车牵引力取值1/31/202316一、列车运行阻力二、机车车辆单位基本阻力计算三、附加阻力四、列车总阻力和列车单位阻力第二节 列车运行阻力1/31/202317(一)阻力类型 1、基本阻力 列车在平直道上运行时所受到的阻力(KN)W0 W0+W0 W0 列车基本阻力 W0 机车基本阻力 W0 车辆基本阻力一、列车运行阻力1/31/2023183、附加阻力 除基本阻力以外的阻力 Wf(KN)坡道附加阻力：Wi 曲线附加阻力：Wr 隧道附加阻力：Ws起动附加阻力：Wq3、全阻力 W(KN)W=W+W=W0+WfW 机车阻力W 车辆阻力一、列车运行阻力1/31/202319一、列车运行阻力4、单位阻力 (N/KN)机车单位阻力 (N/KN)车辆单位阻力 (N/KN)列车单位阻力 (N/KN)P 机车计算质量 t；G 机车牵引质量 t。1/31/202320一、列车运行阻力5、单位基本阻力 机车单位基本阻力 (N/KN)车辆单位基本阻力 (N/KN)列车单位基本阻力 (N/KN)1/31/202321一、列车运行阻力(二)基本阻力分析 1)轴承阻力 2)滚动阻力 1、基本阻力构成:3)滑动阻力 4)冲击与振动阻力 5)空气阻力 1/31/202322一、列车运行阻力2、基本阻力分析 (1)轴承阻力 轴颈部的摩擦阻力 fi 轴摩擦阻力 Qi 轴荷重 r 轴颈半径 R 车轮半径 轴承摩擦系数1/31/202323一、列车运行阻力注：fi主要与有关 与Q成正比 与V有关(2)滚动阻力 轮轨间滚动摩擦力 滚动阻力的主因 弹性波(3)滑动阻力 轮轨间滑动摩擦力 滑动原因：锥形踏面 同一轮对直径不同 蛇形运动1/31/202324一、列车运行阻力(4)冲击振动 接头、轨道不平顺，车轮踏面擦伤；(5)空气阻力 正面、侧面 注：上述5种阻力随速度变化，其主要权重亦发生变化。低速时，轴颈间与轮轨间的滑动阻力占主要地位；高速时，轮轨间滑动与空气阻力为主要阻力。1/31/202325(一)货车单位基本阻力公式 1、重车二、机车车辆单位基本阻力计算1/31/202326二、机车车辆单位基本阻力计算2、空车：3、混编车：:某种货车(滚承重车、滑承重车、空车)的单位 基本阻力。(N/KN)；：该种车的总重Gi与牵引总重Gi之比。1/31/202327(二)客车单位基本阻力公式 二、机车车辆单位基本阻力计算1/31/202328(三)机车单位基本阻力公式1、电力机车二、机车车辆单位基本阻力计算1/31/2023292、内燃机车二、机车车辆单位基本阻力计算1/31/202330二、机车车辆单位基本阻力计算3、蒸汽机车注：公式不适用于调车作业;当V10Km/h，按10Km/h计算阻力;货物重量 Lr，则有三、附加阻力将上式代入公式：或：1/31/202335(三)隧道空气附加阻力 ws=0.00013 Ls (N/KN)有限制坡道时：(四)加算附加阻力当三种阻力并存时，利用单位相同的特点。有：ij iwrws (N/KN)三、附加阻力1/31/202336列车总阻力列车总阻力W=W+W=W0+Wf =(Pw0)+G w0+(P+G)ij g 10-3(KN)列车单位阻力列车单位阻力 四、列车总阻力和列车单位阻力1/31/202337一、列车制动力的产生及限制 二、闸瓦摩擦系数 三、闸瓦压力的计算 四、列车制动力计算 五、电阻制动第三节 列车制动力1/31/202338(一)列车制动力的产生过程一、列车制动力的产生及限制 压缩空气 列车主管 车辆(机车)空气制动机 基础制动装置 车轮踏面 轮轨摩擦力 1/31/202339特点：BL=Kk (KN)Kk 闸瓦摩擦力；BL轴制动力；见右图一、列车制动力的产生及限制1/31/202340(二)制动力的限制BLmax=(Kk)maxQ (KN)Q 轴荷重；粘着系数。注：BLQ时，车轮产生滑动。此时，制动力下降，制动距离增长；见右图 车辆在空车状态下，易发生“抱死”现象。一、列车制动力的产生及限制1/31/202341(三)避免“滑行”的措施方法：对闸瓦压力Kk进行限制。令 为轴制动率，即每轴闸瓦压力与轴荷重之比。因 KkQ 则 =K/Q(/k)的取值应满足两个条件：保证足够的制动力；不出现滑行。据实验,取0.70.8，即闸瓦压力是轴荷重的0.70.8倍。实际中，为防止滑行，载重50t以上车辆都设有空重车调整装置。一、列车制动力的产生及限制1/31/202342(一)制动力与闸瓦摩擦系数的关系基本关系：当K为常数时，BL与k成正比。要求：k 要大些；k要比较稳定。(二)影响k的因素 1、闸瓦的材质 高磷含P1 k高，但易脆裂 a.铸铁闸瓦:中磷含P0.70.1 k居中，多采用 低磷含P 0.3 k较低 b.合成闸瓦：k高，但散热不好，正在试验中，是发展方向。二、闸瓦摩擦系数 1/31/2023432、闸瓦压力K 关系：Kk，闸瓦压力增加1倍，k下降27。3、制动初速V0：V0 k(三)k的计算公式二、闸瓦摩擦系数 1/31/202344三、闸瓦压力的计算 (一)闸瓦压力的产生过程 压缩空气 制动缸勾贝 基础制动装置 闸瓦 踏面 见公式与下页图34及下页公式的参数说明。式中：dz：制动缸直径，mm pz：制动缸空气压强，kpa z：基础制动装置的传动效率 z：制动倍率，下图中1/31/202345基础制动装置示意图三、闸瓦压力的计算 1/31/202346 ：一辆车制动缸数 ：一辆车闸瓦数(或闸片数)：制动盘摩擦半径，mm ：车轮半径，mm 注：K仅与z和PZ 有关。三、闸瓦压力的计算 1/31/202347(二)基础制动装置传动效率 =KS/KL KS 实际闸瓦压力；KL 理论闸瓦压力。牵规规定：机车、客车 0.85 货车 0.9三、闸瓦压力的计算 1/31/202348(三)、制动缸空气压强 PZ 关系 Pz=f(r)r 减压量 1、列车主管的有效减压范围 最小减压量 rmin=50KPa；最大减压量 列车管定压力500KPa rmax=140KPa；列车管定压力600KPa rmax=170KPa。三、闸瓦压力的计算 1/31/2023492、常用制动时制动缸的空气压强PZ 机车 (kpa)客车：重车 (kpa)空车 (kpa)货车:重车 (kpa)空车 (kpa)三、闸瓦压力的计算 1/31/202350(一)列车制动力：B=Kk(KN)一般，列车制动力按单位制动力计算：(二)列车制动力的实算法 B=Kk=(Kk1+Kk2+Kkn)(KN)单位制动力：b=1000(Kk1+Kk2+Kkn)/(P+G)g 注：实算法一般不用。四、列车制动力计算1/31/202351三、列车制动力的换算法条件：假定k与K无关；用h代替k。有 Khh=Kk 或 Kh=Kk/h Kh换算闸瓦压力；h换算摩擦系数。四、列车制动力计算1/31/202352经换算后，列车制动力可表达为：B=Kk=Khh 根据以上公式，需求出Kh和h 根据公式 四、列车制动力计算1/31/202353根据Kh和h可得b 或 b=1000hh h 列车换算制动率；是反映制动能力的参数；牵规规定：货车h 0.28；客车h 0.58。四、列车制动力计算1/31/202354五、电阻制动电阻制动：电阻制动力产生原理：利用列车在坡道上的下滑力带动牵引电动机电枢旋转，使牵引电动机变为发电机运行。电阻制动的特点：制动特性稳定，可根据运行需要提供必要的制动力；制动力大小是速度的函数，低速运行时，制动力迅速减小。用途：区间调速与限速运行 1/31/202355五、电阻制动电阻制动力需要值的确定 若要求电力牵引的列车在区间以某规定的限制速度运行，先按合力等于零的条件求出需要的制动力:由合力为0条件:(P+G)gij-Pw0-Gw0”-Bd(x)=0 得 需要的电阻制动力：Bd(x)=(P+G)gij-Pw0-Gw0”(N)求出需要的制动力后，根据机型查相应的电阻特性曲线，若需要的制动力在特性曲线的使用范围内，说明可以用电阻制动控制列车按限速保持恒速下坡；如果超出使用范围，说明除采用电阻制动力外，还需要辅以部分空气制动，使列车不超限速运行。1/31/202356第四节 列车运动方程式一、合力曲线的绘制二、列车运行方程式三、列车速度曲线时分的绘制四、线路纵断面化简1/31/202357一、合力曲线的绘制(一)合力曲线 1、合力曲线 牵引工况 惰行工况 制动工况 2、已知条件：机车型号；牵引重量；车辆类型；1/31/202358一、合力曲线的绘制3、合力曲线的绘制步骤 编制单位合力曲线表 关系式：牵引工况单位合力 1/31/202359一、合力曲线的绘制惰行工况单位合力惰行工况单位合力绘制图见下页图1/31/202360一、合力曲线的绘制1/31/202361一、合力曲线的绘制4、单位合力曲线的用途:可查出任意坡道、曲线、隧道上某一速度时的单位合力值 通过移动纵坐标。ij 0 坐标左移；ij 0时，按ij0计算。r列车主管减压量 n牵引辆数3、制动空走距离sk=(1000v0tK)/3600=v0tK/3.6（m）1/31/202381一、制动距离(四)有效制动距离的计算 1、思路：V是变化的量，为了简化计算，将V初V末0，划分成若干速度段，按下式分别求各速度段制动距离s=4.17(V22-V12)/C均(m)有效制动距离ses 注：在紧急制动的条件下，作用于列车的单位合力为：故 上述公式均为分段累计法1/31/202382一、制动距离 2、等效一次计算法 1）假设：和 在整个制动过程中都为常数，用等效常数 与 代替 和 。则有：2）与 的算法 由式和式并忽略 ，则有：1/31/202383一、制动距离 同样方法，可得：1/31/202384二、列车在下坡道上的最高允许速度(一)最高允许速度限制条件 1、紧急制动距离（800m）2、列车制动能力（列车换算制动率）(二)基本关系K一定，|-i|越大，允许制动初速度V0越小。V0一定，|-i|越大，所需K越大。1/31/202385二、列车在下坡道上的最高允许速度(三)计算制动限速的方法 假定一个制动限速，变“求制动初速”为“求制动距离”。若求得制动距离为800m，则假定的制动初速即为制动限速，否则，需重新试验。(四)列车制动能力解算（换算制动率）已知长大下坡道最高允许速度下，需知道列车要多大制动能力才能保证800m内停车。1/31/202386二、列车在下坡道上的最高允许速度公式：注：规定：每百（KN）重量闸瓦压力52KN（客车）每百（KN）重量闸瓦压力26KN（货车）1/31/202387