列车牵引与制动.ppt

第九章 列车牵引与制动,Train Traction and Brake,列车牵引计算学,通过能力的计算,单线铁路区间通过能力 以平行成对的列车运行图为基础，按每昼夜列车对数计算 计算公式：,式中：1440-每昼夜的分钟数,列车牵引与制动,以力学为基础，阐明列车运行中的现象和规律（牵引、惰行、制动），解决铁路运输中的技术问题和经济问题，如： 重要运营指标（牵引质量、运行速度、运行时分、机车能耗标准） 通过能力的计算 线路扩能改造 新机车牵引特性的改进 运量、成本、效率和安全,第九章 列车牵引与制动,引言列车牵引计算学 作用于列车上的力 列车运动方程式 牵引质量计算 运行速度与运行时间的计算,引言 列车牵引计算学,列车牵引计算的作用 铁路新线设计与既有线加强设计所必须掌握的基础知识之一 为计算铁路运输能力和运输成本，分析和研究提高运输质量，保证行车安全以及为机车车辆的设计和改善工作性能提供相关资料 列车牵引计算学 一门不断完善充实的铁路应用科学 研究对象 作用于列车上的力 力与列车运动的关系 研究和解决一系列实际问题，如牵引质量计算、列车运行速度与运行时分计算、能耗计算以及解决制动问题和其他铁路设计问题,第一节 作用于列车上的力,作用于列车上的力的类型 列车阻力 机车牵引力 制动力 作用于列车上力产生的原因分析 作用于列车上的力的计算方法,作用于列车上力的类型,类型 表示符号 单位 作用方向 来源与作用 机车牵引力 F N 与列车运行方向相同 机车产生，司机控制，牵引列车前进 列车阻力 W N 与列车运行方向相反 由线路状态等外部条件决定 列车制动力 B N 与列车运行方向相反 列车制动装置产生，调整列车运行状 态的人为阻力,单位力,单位力 牵引计算中力的常用表达方式 每KN列车重量所受的力，单位N/KN 单位力= 总作用力（机车+车辆）/总质量（机车+车辆） 符号 列车牵引力 列车阻力 列车制动力,列车阻力,基本概念 列车运行时，作用在列车上阻止列车运行且不受司机控制的外力 分类 按阻力产生的原因分类 基本阻力 概念、原因分析、计算方法 附加阻力 类型、概念、原因分析、计算方法 列车阻力的相关知识 全阻力 加算阻力和加算坡度,基本阻力的特点,概念 列车在空旷地段沿平直道运行时所受到的阻力 特点 在列车运行中总是存在的 列车在平直道上起动时，有起动基本阻力,基本阻力产生原因及分析,轴颈阻力 摩擦阻力 由轴颈与轴承间的摩擦而产生。滚动轴承代替滑动轴承可降低该阻力 与速度无关 滚动阻力 由车轮踏面与钢轨顶面间的滚动摩擦产生 与速度无关 轨道阻力 钢轨在承受由车轮传递下来的荷载后，在轮轨接触点前后造成向上的反向弯曲，车轮“上坡滚动”，增加了列车运动阻力 与轴重和轨道刚度成正比 与速度成正比 轮缘阻力 轮对不规则的侧向运动使轮缘贴靠钢轨侧面产生的力，以及轨道几何形位变异或轮载不均匀分配引起的冲击和振动所损失的动能 空气阻力 包括正面压力、列车表面和空气摩擦以及列车两侧和尾部的涡流 与速度平方成正比,基本阻力的计算方法,基本阻力的表达方法,试验分析 大量试验表明，作用在机车、车辆上的阻力与其质量有关（成正比） 牵引计算中采用由试验得出的单位阻力的计算公式 基本阻力 单位基本阻力,基本阻力的表达方法,机车单位基本阻力 牵引运行 不考虑机械阻力 惰力运行 包括机械阻力 车辆单位基本阻力 客车 货车 空车 重车 列车（单位）基本阻力 牵引运行时 惰力运行时,机车车辆的单位基本阻力值,机车车辆的单位基本阻力值,机车、车辆起动单位基本阻力,原因分析 摩擦阻力 停车时轴颈与轴承间的润滑油被挤出，油膜减薄，起动摩擦力增大 轨道阻力 车轮压在钢轨上产生的下凹变形比运行时大，增加了阻力 静态惯性阻力 起动时需要较大的加速力，克服列车的静态惯性力，加快起动进程 计算方法与取值 电力机车和内燃机车 滚动轴承的车辆,附加阻力,附加阻力的特点 特定线路条件下产生的阻力 并不是始终存在的阻力，随线路条件的改变而改变。 附加阻力的类型 坡道附加阻力 曲线附加阻力 隧道空气附加阻力,坡道附加阻力,基本概念 列车在坡道上运行时重力沿平行于轨道方向的分力 计算说明 线路坡角 一般很小，令 线路坡度 用千分数表示, 计算方法,坡道附加阻力,计算方法 坡道附加阻力 单位坡道附加阻力,曲线附加阻力,基本概念 机车车辆在曲线上运行所受到的阻力大于相同条件下直线上运行的阻力，增大部分即为曲线附加阻力 原因 轮缘与钢轨内侧面的摩擦增加 车轮与钢轨间的纵向滑动和横向滑动增加 在侧向力作用下，上、下心盘间以及轴承与轴颈间的摩擦加剧,曲线附加阻力的影响因素,曲线半径 运行速度 外轨超高 轨距加宽 机车车辆的固定轴距 轴荷载 等,曲线附加阻力的计算,计算说明 影响因素复杂，无法用理论公式计算，采用经验公式计算 曲线单位附加阻力 计算方法,隧道空气附加阻力,基本概念 列车在隧道内运行时，空气阻力比在空旷地带的大，空气附加阻力增加的部分为隧道空气附加阻力 影响因素 运行速度 列车长度 列车外部形状 隧道长度 隧道断面和表面粗糙度 计算方法 经验公式（略）,列车阻力的相关知识,加算坡道阻力 附加阻力的单位均为N/KN 单位坡道附加阻力 单位曲线附加阻力 单位隧道附加阻力 注意： 单位不同，但数值相等 加算阻力 加算坡度,列车阻力的相关知识,全阻力 基本阻力与附加阻力之和,机车牵引力,牵引种类 机车类型 机车牵引力 机车牵引力的产生和粘着力 机车牵引特性曲线,牵引种类,铁路线路设计的主要技术标准之一 牵引种类 按机车原动力的类型分类 电力机车（牵引） 内燃机车（牵引） 蒸汽机车（牵引） 1988年停产，仅在次要线路和地方铁路上使用 牵引动力的发展方向 采用大功率的内燃、电力机车牵引,机车类型,铁路线路设计的主要技术标准之一 机车类型 电力机车 特点 热效率高、功率大、速度高、起动快、不污染环境、乘务条件好 无需燃料供应，整备一次作业运行距离长，机车利用率高 需要供电设备、工程投资大、机车独立性稍差 适用范围 高速铁路、快速铁路、运煤专线、繁忙干线挤长大坡道、长隧道、高海拔地区等线路 常见型号 SS1、SS8、SS11、SS6B/SS9G(韶山9改进型电力机车)等,机车类型,铁路线路设计的主要技术标准之一 机车类型 内燃机车 特点 热效率较高，无需供电设备，机车独立性好 需要消耗贵重的液体燃料，机车构造复杂、造价较高，在高温、高海拔地区牵引功率降低 存在一定的环境污染问题 使用范围 高速铁路、快速铁路、运煤专线、繁忙干线、长大坡道、长隧道地区等线路。 常见型号 DF4、DF8、 DF11G（东风11型内燃机车）等,电力机车,电力机车韶山9改进型,内燃机车,内燃机车,机车牵引力,机车牵引力的产生和粘着力 机车牵引力 基本原理 粘着牵引力 基本原理 计算方法 粘着限制 机车牵引特性曲线 基本概念 限制 应用,机车牵引力,基本原理 机车动力装置产生扭距M=传动装置=动轮轮周切向力F=轮轨粘着力=钢轨作用于动轮轮周的反作用力F，机车动轮轮周上的外力，即机车轮周牵引力，简称机车牵引力,产生牵引力的条件,动轮需要在旋转力矩作用下产生旋转运动，并与钢轨产生相对滑动趋势。 动轮要有压于钢轨上的重量（轴重），以产生动轮对钢轨的正压力。 动轮对钢轨之间存在摩擦作用。,粘着牵引力,基本概念 轮轨间受粘着力限制的机车牵引力 粘着力的最大值为轮轨间摩擦系数的计算值与动轮压在钢轨上的重力的乘积，即机车牵引力的极限 粘着力（即摩擦驱动传送的最大力）决定于全部动轮上的载重 计算方法 计算粘着系数取决于动轮踏面和钢轨材质及它们的磨损情况、钢轨表面洁污程度、动轮轴重和运行速度等 粘着限制 轮周牵引力不能超过某一限度，否则导致车轮空转,机车牵引特性曲线,基本概念 表示机车牵引力与速度间关系的曲线，F=f(v)，由机车内部结构决定 举例说明 P156，表91；另电力牵引、内燃牵引和蒸汽牵引等牵引特性曲线图/表 理想的牵引特性曲线 恒功双曲线 内燃机车需要安装 传动装置来实现理想的牵引特性曲线,牵引特性曲线,机车牵引特性曲线,限制 (构造速度限制) 电力机车 受牵引电动机工作性能限制的轮周牵引力 受轮轨间粘着作用限制的轮周牵引力 内燃机车 受柴油机功率限制的轮周牵引力 受传动装置工作性能限制的轮周牵引力（电传动装置/液力传动装置） 受轮轨间粘着作用限制的轮周牵引力 应用 提供不同速度（工况）下的牵引力大小,牵引特性曲线示意图,牵引特性曲线示意图,高速列车牵引特性曲线比较图,基本概念 由司机操纵控制装置所产生的与列车运动方向相反的力 列车减速、停车 制动力的形成 制动力与牵引力类似，但作用方向相反。 制动力与牵引力类似，存在粘着限制； 否则闸瓦抱死，车轮沿钢轨滑行。,制动力,摩擦制动 闸瓦制动（亦称空气制动） 原理 增压缓解，减压制动 盘形制动 动力制动（机车） 利用列车本身的牵引动力装置，经过适当的转换装置，并配备相应的控制系统来进行制动的方式。 分类 电阻制动 再生制动 液力制动等,制动方式,列车运动状态分析 列车运动方程式 作用,第二节 列车运动方程式,运行状态类型 加速（C0） 减速（C0） 等速（C=0） 机车工况 牵引运行：C = F-W 惰力运行：C = -W 制动运行：C = -W-B,列车运动状态分析,推导过程略,列车运动方程式,计算牵引质量 计算列车运行时分 计算制动距离等,列车运动方程式的作用,基本概念 牵引质量的计算 牵引质量的检算,第三节 牵引质量计算,计算条件 在设计新线时和运营线上，通常按列车在限制上坡道上，以机车的计算速度作等速运行的条件来确定牵引质量 计算方法 坡道上的牵引质量的计算 P160，公式919 按列车在平直道上以最高速度运行时仍有加速度的条件 P161，公式920,牵引质量的计算,各型机车在计算坡道上的货物列车牵引重量,起动条件的限制 车站到发线有效的长度限制 长大下坡道上牵引辆数受制动机充风时间的限制 车钩强度的限制,牵引质量的检算,牵引净载 牵引车辆数 列车长度,牵引净载、牵引辆数及列车长度计算,意义 运行速度和运行时分是铁路的重要运营指标之一 编制列车运行图的基本资料 计算运营支出的基础数据 对牵引动力设备选择及既有铁路提速技术问题分析等十分有用 计算方法 单位合力图（合力曲线图）,第四节 运行速度与运行时间的计算,运行速度与运行时间的计算方法,计算依据 列车运动方程式 计算公式 P163，公式929 P164，公式930,数值解法 根据列车运动方程式的实用公式，采用直接积分法、近似积分法或数值积分法进行计算 图解法 依据绘制的单位合力图制出 和 曲线，计算运行时分,运行速度与运行时间的常用解法,单位合力图 亦称合力曲线图 表示机车在各种工况下作用在列车上的单位合力与速度的关系坐标图 如P164，图9-10所示,单位合力图,单位合力图计算数据表,单位合力图,应用单位合力图计算运行速度,均衡速度法计算往返走行时分,基本假定 假定列车在每一个坡道上运行时，不论坡道长短，也不论进入坡段时的初始速度高低，都按列车在该坡道的均衡速度(或限制速度)作等速运行考虑。,均衡速度法计算往返走行时分,均衡速度法,均衡速度法的分析,当列车重心由一个坡段过渡为另一个时，速度立即发生变化。根据这种假设所绘制的v(s) 曲线如虚线所示。 显然，这两种速度曲线之间是有差别的。但在坡度变化不大时，均衡速度的超过部分(垂直阴影)与不足部分(水平阴影)大体上相互抵消。 只有在车站起动和进站停车时，差别较大。所以在用均衡速度法确定行车时分时，应引入相应的停车附加修正时分。,制动距离 高速列车制动,第五节 制动问题,列车制动距离的计算是研究列车制动问题的核心 基本概念 指自制动开始（移动闸把或机车上监控装置“放风”）到停车（或缓解）列车所行走的距离 计算方法 制动距离 为空走距离 和有效制动距离 之和 规定 铁路技术管理规程规定,制动距离,基本要求 大功率制动方式 高速运行、动能大，需要在规定的时间和距离内减速或停车，需要强大的制动功率 摩擦制动和动力制动均属于粘着制动，粘着制动已充分利用且无法满足高速列车的制动要求时，需要考虑其他制动方式。 常用的制动方式 磁轨制动 线性涡流制动,高速列车制动,基本原理 安装在转向架两侧轮对之间的条形电磁铁通电，励磁后吸在钢轨上，电磁铁极靴压在轨面上滑行，与钢轨摩擦产生制动力 特点 车轮不会磨损擦伤，磁轨能清理钢轨表面，有利改进轮轨粘着条件 重量大，价格高，钢轨易严重磨损 制动效果 制动距离可缩短20%-25%（紧急制动时） 适用条件 紧急制动时的辅助制动方式,磁轨制动,基本原理 类似一台多