牵引计算-三制动力

第三章列车制动力 一 制动的一般概念 1 制动 人为地施加于运动物体 使其减速 含防止其加速 或停止运动或施加于静止物体 保持其静止状态 这种作用被称为制动作用 简称 制动 2 缓解 对已经施行的列车 解除或减弱其制动作用 均可称之为 缓解 3 制动装置 为使列车能施行制动和缓解而安装于列车上的由一整套零部件组成的装置 称为制动装置 由制动装置产生的与列车运行方向相反的外力 称为 制动力 制动装置一般可分三大组成部分 1 制动机 产生制动原动力并受司机进行操纵和控制的部分 通常包括从制动软管连接器至制动缸的一整套机构 2 基础制动装置 即制动装置中用于传递 扩大制动力的一整套杆件连接装置 3 手制动机 即制动装置中以人力作为产生制动力的原动力部分 列车制动装置见图片 二 制动力 定义 由制动装置引起的与列车运行方向相反的外力 比列车运行阻力大的多 在列车制动减速过程中 起主要作用的是列车制动力 本章内容 制动力的分类 产生及限制闸瓦摩擦系数闸瓦压力的计算列车制动力的计算实算法换算法二次换算法动力制动 一 制动力分类1 按制动方式 1 摩擦制动闸瓦制动盘形制动 2 动力制动 电阻 再生 3 电磁制动 磁轨 涡流 1制动力的分类 产生及限制 摩擦制动 闸瓦制动 盘形制动 1 制动缸 2 拉环 3 水平杠杆 4 缓解 5 制动块 6 制动盘 7 中间拉杆 8 水平杠杆拉杆 9 转臂 盘形制动的特点 优点 可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗 可按制动要求对制动盘和闸片进行选择 制动盘可以在旋转时具有半强迫通风的作用 以改善散热性能 适用于高速列车 制动平稳 噪声小 不足 车轮踏面没有闸瓦的磨刮 将使轮轨粘着恶化 制动盘使簧下重量及冲击振动增大 运行中消耗牵引功率 2 按盘安装的位置可分为轴盘式和轮盘式 轴盘式制动盘装在轴上 采用锻钢盘毂作为车轴与铸铁盘之间的过渡零件 在铸铁盘的螺栓连接处要加装弹性套 轮盘式制动盘装在轮上 在车底空间紧张的动车上采用 动力制动 电阻制动 在制动时将牵引电动机改变为发电机发电 并将电流通往专门设置的电阻器 采用强迫通风 使电阻器发生的热量消于大气 从而产生制动作用 再生制动 也是将牵引电动机变为发电机 不同的是 它将电能反馈回电网使用 经济合算 技术复杂 而且它只能用于电网供电的电力机车和电动车组 电磁制动 磁轨制动 摩擦式轨道电磁制动 优点 制动力不受粘着的限制 不足 对钢轨磨损太大 滑动摩擦力小 电磁制动 涡流制动 1 轨道涡流制动 又称线性涡流制动或涡流式轨道磁制动 把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间 制动时利用电磁铁与钢轨相对运动使钢轨感应出涡流 产生电磁吸力作为制动力 把列车动能转化为热能 消散于大气 优点 不受粘着限制 没有磨耗问题 缺点 消耗电能多 约为磁轨制动的10倍 电磁铁发热量大 只能作为高速列车紧急制动时的一种辅助制动方式 2 旋转涡流制动 又称涡流式圆盘制动 在牵引电动机轴上装金属盘 制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转 盘的表面被感应出涡流 产生电磁吸力并发热消散于大气 从而起制动作用 特点 受粘着限制 消耗的电能多 1制动力的分类 产生及限制 一 制动力分类2 按用途可分为两种 1 常用制动 在正常情况下为调节或控制列车速度包括进站停车所施行的制动 制动力 20 80 2 紧急制动 在紧急情况下为使列车尽快停住所施行的制动 制动力 100 空气制动原理图 1 空气压缩机2 总风缸3 总风缸管4 制动阀5 列车管6 三通阀7 制动缸8 副风缸9 紧急制动阀 二 制动力的产生 二 制动力的产生制动一般是在牵引力为零的情况下进行的 制动力是由闸瓦摩擦力作用而引起的 是钢轨作用在车轮轮周上的与列车运行方向相反的外力 其大小可根据建立的力矩平衡方程式 M 0求得 K k R BL R I 两个条件 1 转动惯量忽略不计 2 轮子与钢轨处于静摩擦或粘着状态 则 制动力在数值上就等于闸瓦摩擦力 即 BL K k kN 制动力要受到轮轨间粘着条件的限制 即 Bmax k K max Q kN 分析几种情况 1当轨面状况不好时 粘着系数下降 易滑行 2紧急制动时 由于闸瓦压力K值大 易滑行 3当速度v低时 粘着系数 略大 而 k随v下降而急剧增加 故比值 k下降易发生滑行 尤其是在将要停车时 更易滑行 三 制动力的限制 低速和空车情况容易出现 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 2闸瓦摩擦系数 一 闸瓦摩擦系数的主要影响因素 1 闸瓦的材质 铸铁闸瓦 磷升高 系数高合成闸瓦2 列车运行速度 速度高 系数低3 闸瓦压强 压强大 系数低4 制动时的初速度 初速高 系数低 1 提高铸铁闸瓦中的含磷量2 采用双侧制动3 采用合成闸瓦 重量小 耐磨 车轮磨耗小 二 改善 提高 闸瓦摩擦性能的措施 中磷闸瓦 三 闸瓦实算摩擦系数的计算公式 高摩合成闸瓦和盘形制动闸片 高磷闸瓦 3闸瓦压力的计算 基础制动装置示意图 制动缸 缓解弹簧 活塞 制动杠杆 闸瓦 车轮 一 闸瓦压力的计算公式 机车 车辆每块闸瓦的实算闸瓦压力K的计算公式为 说明 基础制动装置的传动效率 z和制动缸空气压强Pz z Ks KL z与机车 车辆所处状态 静止 运行 以及基础制动装置复杂程度和保养状态有关 按规定 机车 客车闸瓦制动 z 0 85 客车盘形制动及其踏面制动单元 货车闸瓦制动 z 0 90 二 基础制动装置的传动效率 z 制动缸的空气压强主要与制动机型式和列车管减压量r有关 制动缸空气压强 1 机车制动缸中空气压强 pz 2 5r kPa 2 客车及货车制动缸中的空气压强 L3 GL3 Kl K2型制动机及GK型制动机的重车位pz 3 25r 100 kPa GK型制动机的空车位pz 1 78r 50 kPa 104型和103型制动机重车位pz 2 6r kPa 103型制动机空车位pz 1 36r kPa 三 常用制动时制动缸的空气压强Pz 单车试验时rmin 40kPa列车状态下rmin 50kPa制动机的副风缸与制动缸压强相等时 列车管定压力500kPa时rmax 140kPa列车管定压为600kPa时rmax 170kPa 说明 列车管有效减压范围 四 紧急制动时制动缸的空气压强 例 闸瓦压力的计算 有一C50型敞车 四轴单侧闸瓦制动 制动机为GK型 有一个制动缸 直径为356mm 制动倍率为8 35 列车的管空气压力为500kPa 求紧急制动时空 重车位的闸瓦压力 4列车制动力的计算 列车中各制动轴产生制动力的总和 称为列车制动力B B K k kN 列车制动力常按单位制动力进行计算 并以b表示计算列车制动力B或单位制动力b有三种方法 实算法 换算法和二次换算法 B K k K1 k1 K2 k2 Kn kn kN 同理 列车单位制动力b 1000 K1 k1 K2 k2 Kn kn P G g N kN 一 列车制动力的实算法 例 制动力的实算法 SS7型电力机车牵引一列30辆的C50型敞车和20辆G60A型罐车组成的重货物列车 制动机为GK型 G 3500t 司机施行紧急制动 列车制动初速V0 60km h 求当速度降至V 40km h时的列车制动力B和单位制动力b 列车管空气压力为500kPa 中磷闸瓦 紧急制动时制动缸的空气压强 原理 假定闸瓦摩擦系数与闸瓦压强无关 用一个不随闸瓦压强变化的换算摩擦系数 h来代替实算摩擦系数 k 又将实算闸瓦压力K修正成换算闸瓦压力Kh 即Kh h K k因此B K k Kh h h Kh kN 二 列车制动力的换算法 1 换算摩擦系数换算摩擦系数 h是将K固定为某一数值代入实算摩擦系数公式中求得的 货车重车位平均K 33 5kN 货车空车位平均K 19 5kN 货车空 重车位平均K 26 5kN 考虑到全国客车每块闸瓦的实算闸瓦压力平均为20kN 故换算摩擦系数的K值按25kN计算中磷闸瓦 带入K为 高磷铸铁闸瓦 高摩合成闸瓦 盘形制动合成闸片 1 换算摩擦系数 中磷铸铁闸瓦换算摩擦系数表 高摩合成闸瓦换算摩擦系数表 高摩合成闸片换算摩擦系数表 2 换算闸瓦压力 简化初速 中磷闸瓦 计算公式 高磷闸瓦 运用中的机车 车辆每辆换算闸瓦压力 kN 运用中的机车 车辆每辆换算闸瓦压力 kN 列车单位制动力为 N kN 为列车换算制动率 是列车换算闸瓦压力与列车所受重力之比 是反映列车制动能力的参数 三 列车单位制动力与列车换算制动率 考虑两点 1 对于任意列车管减压量的常用制动 其列车换算制动率的计算公式 hc h c c 1 常用制动系数 常用制动系数表 c 2 列车换算制动率的规定 1 每百吨列车重量的换算闸瓦压力 100 hg2 运营列车换算制动率的通用值 A 货车 500kPa和600kPa分别取0 28和0 30B 普通旅客列车 闸瓦 h 0 58C 快速旅客列车 盘形制动 h 0 323 紧急制动 全值 h 进站制动 0 5 h 信号机距离 0 8 h 例 制动力换算法 DF11型内燃机车牵引15辆客车 牵引重量为800t 车辆制动机为L3型 按中磷闸瓦计算 管定压为600kPa 求 1 每百吨列车重量的换算闸瓦压力 2 V0 110km h时实施紧急制动 当速度降至35km h时的列车制动力和单位制动力 3 常用制动管减压量为120kPa时的列车单位制动力 运用中的机车 车辆每辆换算闸瓦压力 kN 运用中的机车 车辆每辆换算闸瓦压力 kN 常用制动系数表 c 例3 5SS3型机车牵引4000t的货物列车 编组50辆 其中GK 120型制动机重车位44辆 空车位3辆 关门车3辆 列车管压力500kPa 采用高磷闸瓦 速度V0 78km h时施行紧急制动 计算速度降到V 74km h时的列车总制动力和单位制动力 并计算同样条件下常用制动减压100kPa的单位制动力 解 1 紧急制动列车总制动力从表3 8变出机车换算闸瓦压力为700kN 车辆换算闸瓦压力 重车位每辆250kN 空车位每辆160kN 列车总换算闸瓦压力 Kh 700 44 250 3 160 12180kN 高磷闸瓦换算摩擦系数按 3 24 式计算列车总制动力B h Kh 0 162 12180 1957 0kN2 紧急制动列车单位制动力列车换算制动率列车单位制动力b 1000 h h 1000 0 162 0 30 48 6N kN3 常用制动列车单位制动力 由表3 10查出 c为0 68 b 1000 h h c 48 6 0 68 33 05N kN 多种摩擦材料并存时列车制动力的计算 公式 B h1 Kh1 h2 Kh2 h3 Kh3 hi Khi kN b 1000 hi hi N kN 例 多种摩擦材料并存时列车制动力的计算 SS8型电力机车牵引15辆双层快速客车 牵引重量为900t 客车基础制动装置为盘形制动高摩合成闸片加踏面制动中磷闸瓦 列车管定压600KPa 分别计算当速度V0 110km h施行紧急制动和减压量80kPa时的常用制动 速度降到90km h时的单位制动力 其中 SS8型电力机车的换算摩擦系数按高摩合成闸瓦的80 取值 原理 在假定 与K无关的基础上 再次假定 与材质无关 即用 b来代替 h 用Kb代替Kh因此 Kb b Kh h即 Kb Kh h b Kh x式中x h b 各种闸瓦 或闸片 的等效 二次换算 系数 列车制动力 B b Kb b Kh x kN 单位制动力 b 1000 b b N kN 四 不同材质闸瓦混编的列车制动力计算的等效法 二次换算法 不同基型时各种闸瓦 或闸片 等效二次换算系数表达式 不同基型时各种闸瓦 或闸片 等效二次换算系数取值 例 制动力二次换算法 SS8型电力机车牵引15辆双层快速客车 牵引重量为900t 客车基础制动装置为盘形制动高摩合成闸片加踏面制动中磷闸瓦 列车管定压600KPa 分别计算当速度V0 110km h施行紧急制动和减压量80kPa时的常用制动 速度降到90km h时的单位制动力 其中 SS8型电力机车的换算摩擦系数按高摩合成闸瓦的80 取值 三种制动力计算方法的比较 5动力制动 动力制动性能 高速时 制动力随速度的降低而增大 低速时 制动力随速度的降低而减小 特点 在长大下坡道上 采用动力制动可使列车安全地以较大速度行驶 提高线路通过能力 使用动力制动减速 可节省车轮和闸瓦间的磨耗 电阻制动原理 电力机车和内燃机车的电阻制动是利用直流电机的可逆原理 在制动工况时 使牵引电动机变为发电机 由轮对驱动 将列车的动能转换成电能 再通过制动电阻转变成热能后散逸掉 电阻制动的工作范围 1 最大励磁电流限制2 粘着限制3 最大制动电流限制4 最大整流限制5 机车最大速度限制 电阻制动的特性曲线 1 DF4型内燃机车电阻制动的调节与特性曲线 电阻制动的特性曲线 2 SSl型电力机车电阻制动的调节与特性曲线 说明 1 不能在停车制动时单独利用