牵引计算 课堂

1、1,第一章,机车牵引特性,2,本章主要内容,牵引力的产生，分类,粘着系数，粘着牵引力,内燃机车牵引力及其牵引特性问题,电力机车牵引力及其牵引特性问题,动车组的牵引特性,3,机车牵引力：由动力传动装置引起的与列,车运行方向相同的外力,牵引力分类,按能量转换过程，机车牵引力分为,1,电力机车的受牵引电动机能力限制的牵引力,和受轮轨间粘着能力限制的牵引力,2,内燃机车的受柴油机功率限制的牵引力和受轮,轨间粘着能力限制的牵引力,按机械功传递过程，机车牵引力分为,1,车钩牵引力,2,轮周牵引力,3,指示牵引力,4,1,车钩牵引力与轮周牵引力,1,车钩牵引力,机车牵引客、货车辆的纵向力，以,F,g,表,示

2、,5,机车是一种能量转换装置。使机车牵引车辆沿,轨道运行的外力肯定来自钢轨和轮周。这个力,的产生必需具备下列两个条件,1,机车动轮上有动力传动装置传来的旋转力矩,2,动轮与钢轨接触并存在摩擦作用,由动力传动装置引起的，与列车运行方向相同,的外力,它是司机可以调节的机车牵引力,由于它作用于动轮轮周,踏面,所以通常称为轮,周牵引力,2,轮周牵引力,6,轮周牵引力的产生,由于机车本身移动要消耗掉一些牵引力,所以车钩牵引力总比轮周牵引力小，即,F,g,F,W,或,F,F,g,W,F,M,R,7,3,指示牵引力,假定机车动力传动装置引起的机械功毫,无损失地传到动轮轮周上所得到的机车,牵引力。用,F,i,

3、表示,则轮周牵引力为,F,F,i,i,8,2,轮轨间的摩擦与粘着,1,轮轨间的摩擦,最大静摩擦力,滑动摩擦力,空转,9,2,轮轨间的粘着,纵向和横向滑动,在铁路牵引和制动理论中，在分析轮轨间纵向,力问题时，不用“静摩擦”这个名词，而以,粘着”来代替它,相应地，在粘着状态下轮轨间纵向水平作用力,的最大值就称为粘着力，而把粘着力与轮轨间,垂直载荷之比称为粘着系数,理论粘着系数,计算粘着系数,10,轮轨接触表面状态,运行速度,机车转向架构造,环境气候,影响计算粘着系数的因素,11,V,km,h,j,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,0,50,100,150,200,250,300,干燥

4、环境最大值,干燥环境平均值,雨天平均值,霜降天最小值,粘着系数与运行速度、气候条件间的关系,12,提高粘着力的方法和措施,1,改善轮轨接触面的状态,1,撒沙,2,用机械方法来清洁钢轨,2,改善机车走行部性能,1,使动轮具有相同的轮径，使动轴具有均衡的,轴重,2,保持走行部的清洁,3,优化设计：采用无级调速控制，使牵引力变化,均匀,13,14,15,主动防滑,16,3,粘着牵引力,1,定义：是受轮轨间粘着力限制,的机车牵引力,机车粘着牵引力的计算公式,F,P,f,j,P,g,j,kN,17,2,机车的计算粘着系数的经验公式,国产电力机车,6K,型电力机车,8G,型电力机车,国产电传动内燃机车,N

5、D,5,型电传动内燃机车,v,j,8,100,12,24,0,v,j,44,86,8,189,0,v,v,j,006,0,6,50,4,28,0,v,j,20,75,9,5,248,0,v,j,11,800,72,242,0,18,机车不同运行速度下的计算粘着系数表,0,10,20,30,40,50,60,国产电力机,车,0.360,0.307,0.286,0.275,0.269,0.264,0.261,6K,型电力,机车,0.390,0.353,0.327,0.309,0.294,0.283,0.274,8G,型电力,机车,0.360,0.310,0.292,0.279,0.270,0.26

6、1,0.254,国产电传动,内燃机车,0.327,0.269,0.260,0.257,0.255,0.253,0.253,ND,5,电传动,内燃机车,0.332,0.321,0.313,0.306,0.300,0.295,0.291,19,3,粘降,定义,机车在曲线上运行时，由于钢轨超高及内外,侧动轮走行距离不同引起横向和纵向滑动等原因,粘着系数将要减小,电力机车在曲线半径及小于,600m,时，计算粘着系,数,r,j,0.67+0.00055,R,内燃机车在曲线半径,R,小于,550m,时，计算粘着系,数,r,j,0.805+0.000355R,例：求,SS1,型电力机车在半径为,500m,的

7、曲线上以,50km/h,运行时的计算粘着系数,v,j,8,100,12,24,0,20,4,粘着牵引特性,定义：机车粘着牵引力与机车速度的关系,粘着牵引力曲线图,21,4,内燃机车的牵引特性及其计算标准,1,牵引特性：指牵引力随速度变化的曲线,有预期牵引特性和实际牵引特性两种,预期牵引特性,设计机车时根据理论参数绘制的,实际牵引特性,以牵引实验为基础，并调查后得到,22,1,受粘着条件的限制,2,受牵引电机允许的最大电流限制,3,受传动装置功率和性能的限制,4,受机车最大速度的限制,2,机车牵引特性的有效范围,23,机车牵引特性的有效范围,24,货运内燃机车,DF,4,货,的牵引特性,0,60

8、,120,180,240,300,360,420,480,0,20,40,60,80,100,v(km/h,F(kN,8,12,15,16,1,牵引力限制,粘着、起动电流,2,有级、无级,3,外包线,最大功率,4,变化趋势,25,DF,4C,货,型内燃机车牵引特性曲线图,0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,0,20,40,60,80,100,v(km/h,F(kN,696,848,962,1000,n,e,r/min,26,客运内燃机车,DF,11,型的牵引特性,27,1,持续速度,v,c,持续电流,I,c,持续牵引力,F,c,持续速度：机车在,全功率,工

9、况下，传动装,置可以,长时间连续工作,而,不会过热,的机车,最低,速度。（这个速度下，机车牵引力一,般不受粘着牵引力限制。,持续牵引力：持续速度下,满级位,柴油机,最高转速）的轮周牵引力,3,对内燃机车的规定,28,2,计算速度,最低,v,j,和计算牵引力,最高,F,j,计算速度：计算,牵引重量,所依据的速度,计算牵引力：计算速度下,满级位,最高,柴油机转速）的牵引力,注意,1,计算速度不低于持续速度,2,速度可以上浮,29,3,计算起动牵引力,F,q,计算,起动牵引重量,所用的牵引力，按,2.5km/h,计,算,电传动内燃机车，粘着牵引力与起动电流所决定,的牵引力的较小者,液力传动内燃机车，

10、粘着牵引力与全功率牵引力,的较小者,例,DF4,货,的最低计算速度、最大计算牵引力以,及计算起动牵引力,30,4,牵引力使用系数,F,y,F,y,y,0.9,5,牵引力因功率降低的修正,F,x,F,p,h,s,31,海拔,m,500,1000,1500,2000,2500,3000,3500,4000,大气压强,kPa,95.23,89.64,84.32,79.4,74.61,70.22,65.97,62.85,DF,1.000,1.000,0.912,0.866,0.861,DF,4,货、客,1.000,0.933,0.855,0.780,0.707,0.638,0.569,0.503,DF

11、,7D,1.000,0.973,0.926,0.885,0.841,内燃机车牵引力海拔修正系数表,32,环境温度,30,32,34,36,38,40,DF,1.000,0.978,0.975,0.971,0.968,0.964,DF,4,客货,1.000,0.985,0.958,0.930,0.904,0.877,DF,4B,客、货,1.000,0.982,0.952,0.921,0.892,0.864,DF,4c,货,1.000,0.987,0.954,0.920,0.886,0.853,DF,8,DF,11,1.000,0.984,0.950,0.913,0.877,0.841,内燃机车牵

12、引力环境温度修正系数表,4,2,19,13,7,t,t,t,t,h,式中,t,7,t,13,t,19,每日,7,13,19,时的平均外温,33,牵引力因功率降低的修正,例：求,DF,4,货在海拔,2000m,环境温度为,34,时运行时的牵引力,F,x,F,p,h,0.780,0.958,F,34,3,对内燃机车的规定,续,6,多机牵引和补机推送的牵引力修正,多机牵引,重联操纵：全值,分别操纵,0.98,补机推送,0.95,7,机车计算质量、最高运用速度及全长,35,机车牵引特性的有效范围,4,内燃机车牵引力取值,36,4,内燃机车牵引力取值,1,由起动电流限制线直接过渡到满手柄,级位牵引力曲线

13、,0,30,60,90,120,150,180,210,240,270,300,330,360,0,20,40,60,80,100,120,v(km/h,F(kN,696,848,962,1000,n,e,r/min,DF,4B,客,型内燃机车牵引特性曲线图,0,30,60,90,120,150,180,210,240,270,0,20,40,60,80,100,120,140,160,180,n,e,r/min,680,840,980,1000,DF,11,型内燃机车牵引特性曲线图,37,0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,0,20,40,60,80,1

14、00,v(km/h,F(kN,696,848,962,1000,n,e,r/min,DF,4C,货,型内燃机车牵引特性曲线图,0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,0,20,40,60,80,100,120,v(km/h,F(kN,3,5,7,8,ND,5,货,型内燃机车牵引特性曲线图,2,由粘着牵引力曲线或由起动电流限制线经粘着,牵引力曲线，过渡到满手柄级位牵引力曲线,38,SS,l,型电力机车的牵引特性,5,电力机车的牵引特性及其计算标准,0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,0,20,40,60,80

15、,100,v(km/h,F(kN,5,9,13,17,21,25,29,33,33,33,33m,39,电力机车,电力机车牵引力的计算标准如下,1,计算速度,v,j,和计算牵引力,F,j,1,粘着制：最高级位满磁场的牵引特性与粘着牵,引力曲线的交点所对应的速度和牵引力,525A,2,小时制：以最高级位满磁场牵引特性上小时电,流所决定的速度和牵引力作为计算速度和计算,牵引力,500A,3,持续制：以最高级位满磁场牵引特性上持续电,流所决定的速度和牵引力作为计算速度和计算,牵引力,450A,40,粘着制,525A,小时制,500A,持续制,450A,41,电力机车牵引力的计算标准：（续,2,牵引力

16、使用系数,F,y,F,y,y,0.9,3,计算起动牵引力,F,q,例：求,SS1,电力机车的起动牵引力,F,q,4,多机牵引和补机推送的牵引力修正,多机牵引：全值,补机推送,0.95,42,电力机车牵引力取值,1,粘着制：粘着牵引力限制线,不等电流牵引,力变化线,525A-500A,最大削弱磁场手柄级,位牵引力曲线,2,小时制,粘着牵引力限制线,满磁场手柄级,位牵引力曲线,等电流牵引力变化线,500A,最大削弱磁场手柄级位牵引力曲线,3,持续值,粘着牵引力限制线,满磁场手柄级,位牵引力曲线,等电流牵引力变化线,450A,最大削弱磁场手柄级位牵引力曲线,43,牵引力计算的线性插值法计算法,牵引特

17、性曲线采用离散法输入，某些情,况需要计算任意点上列车速度对应的牵,引力值,列车牵引计算规程对于手柄位的描,述是不连续的,需要根据已有数据，对中间手柄位的数,据需要采用线性插值法计算,44,F,V,i,n,k,n,j,n,0,i,f,i,f,1,i,f,0,j,f,j,f,1,j,f,k,f,v,0,v,1,v,F,V,i,n,k,n,0,i,f,i,f,1,i,f,k,f,v,0,v,1,v,机,车,牵,引,力,的,线,性,插,值,计,算,图,j,i,j,k,j,i,j,k,j,j,j,j,i,i,i,i,n,n,n,n,f,f,f,f,v,v,v,v,f,f,f,f,v,v,v,v,f,f,

18、f,f,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,i,k,i,k,i,i,i,i,n,n,f,f,v,v,v,v,f,f,f,f,0,1,1,1,0,1,45,动车组的牵引特性,按牵引动力分布方式分为,动力集中,动力分散,46,动车组的牵引特性,动力集中,优点,动力装置中安装在,2,3,节车上，检查维修比较方便,电气设备的总重量小于动力分散的电动车组,缺点,动车的轴重较大，对线路不利,易受粘着限制,47,动车组的牵引特性,动力分散,优点,动力装置分布在列车不同的位置上，能够实现较大,的牵引力，加速性能好,采用动力制动的轮对多，制动减速度大,轴重小，粘着力运用合理,编组灵活，经济效益高,列

19、车中一节动车的牵引动力发生故障对全列车的牵,引指标影响不大,缺点：牵引动力设备数量多，总质量大,48,动车组的牵引特性,按动力类型分为,电动车组：由电气化铁路接触网供电，驱动牵引电,动机的动车组,按电流制分为,直流,交流,内燃动车组：用内燃机作动力通过电传动装置或者,液力传动装置驱动的动车组,按传动方式分为,电力传动,液力传动,49,日本新干线,E1,系动车组牵引力曲线,日本新干线,E1,系动车组单位牵引力曲线,国外动车组,50,日本新干线,500,系电动车组牵引特性曲线,国外动车组,51,0,50,100,150,200,250,v/km.h,1,0,100,200,300,400,牵制,k

20、N,引动,力力,300kN,9.6MW,8MW,上：新线，最大供电电流,1000A,中：改造线，最大供电电流,800A,下：旧线，最大供电电流,600A,牵引特性曲线,制动特性曲线,速度,德国,ICE1,型电动车组牵引特性曲线,国外动车组,52,蓝箭号,DJJ1,型）电动车组牵引特性曲线,国内动车组,F(kN,V(km/h,0,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200,220,240,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200,220,240,B(kN,0,由株洲电力机车厂、长春客车厂,和株洲电力机车研究所共同研制,成功。首列动车组于,

21、2001,年,1,月,6,日在广深线上投入运营，命名,为“蓝箭”号,DJJ1,电动车组是,动力集中式，编组形式,M+5T+Tc,定员,421,人,53,0,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200,220,240,260,280,300,320,340,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200,220,240,F(kN,V(km/h,中华之星,DJJ2,型,动车组牵引特性曲线,国内动车组,由株洲电力机车厂、大同电力机车,有限责任公司、长春轨道客车股份,有限公司、四方机车车辆股份有限,公司、株洲电力机车研究所、四方,车辆研究所、戚墅堰机

22、车车辆工艺,研究所、中国铁道科学研究院、西,南交通大学、中南大学等单位联合,研制，命名为“中华之星,动车组是动力集中式，由,2,动,9,拖组成固定编组,54,大白鲨,DDJ1,动车组牵引特性曲线,国内动车组,F(kN,V(km/h,0,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200,220,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200,A,B,C,D,E,F,由株洲电力机车厂、株洲电力机车,研究所和长春客车厂于,1999,年,4,月研制成功，命名为“大白鲨”号,该动车组的编组形式,1,动,6,拖,动力集中式，采用交直传动,55,CRH,动车组特

23、性曲线,国内动车组,56,CRH2,动车组,日本川崎重工,E2-1000,CRH1,动车组,庞巴迪,Regina C2008,CRH5,动车组,法国阿尔斯通,CRH3,动车组,北车唐山和西门子，德国,ICE3,57,香港地铁,MTR,动车组特性曲线,国内动车组,58,春城号电动车,组,大白鲨号,DDJ,1,型电动车,组,蓝箭号,DJJ,1,型电动车,组,先锋号,DJF,2,型电动车,组,中华之星号,DJJ,2,型电动车组,中原之星号,DJF,1,型电动车,组,X2000,摆式电动车组,运营区段,昆明石林,广深线,广深线,京沈客运专线,京沈客运专线,郑州武昌,广深线,动力配置方式,动力分散式,动

24、力集中式,动力集中式,动力分散式,动力集中式,动力分散式,动力集中式,编组方式,M+T+M+T+T,M,M+5T+Tc,M+5T+Tc,2(2M+T,M+9T+M,4(2M+T)+2T,M+5T+Tc,传动方式,交直传动,交直传动,交直交,交直交,交直交,交直交,交直交,动车轴式,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,轴重,t,动车,18,动车,21,拖车,15.5,动车,19.5,拖车,15.5,15,动车,19.5,拖车,11,12,16.5,动车,25,拖车,18,动车组总重,t,381,382,391,350,6

25、78,924,398,动车组总长,m,159,170,178,155,282,369,165,定员,608,1140,424,772,1292,399,持续功率,kW,2160,4000,4800,4800,9600,6400,3260,最高运行速度,km/h,120,200,200,200,270,160,210,最高试验速度,km/h,127,223,236,250,321.5,178,持续速度,km/h,75,127,105,100,110,85,100,持续牵引力,kN,120,108,164,164,314.2,125,117.4,起动牵引力,kN,180,180,211,164,4

26、00,215(052.5,160,起动加速度,m/s,2,0.33,0.193(0,200,0.22,0.42(0,100,0.44,0.45,恒功速度范围,km/h,127,200,105,230,100,250,110,300,52.5,160,100,200,几种电动车组主要参数,59,型双层,内燃动车组,NYJ,1,型液力传动内燃动车组,新曙光号,型内燃动车组,神州号,型内燃动车组,金轮号,内燃动车组,普天号,摆式内燃动,车组,九江号,北亚号,运营区段,南昌九江,南昌景德镇,南昌玉月山,哈尔滨牡,丹江,上海南京,北京天津,兰州玉门,编组方式,M+2T+M,M+4T+ M,M+5T+ M

27、,M+9T+ M,M+10T+M,M+9T+ M,M+6T+ M,动车轴式,B,0,B,0,B,2,B,2,A1A,A1A,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,轴重,动车,18,19,22,18,21,22.5,22.5,18.5,拖车,17,11.4,11.4,16,14.5,动轮直径,新,(mm,915,动车组总重,t,288,372,384.8,828,929,动车组总长度,m,100.6,157.2,182,280.6,309.3,定员,542,546,662,1140,1410,最高运行速度,km/h,120,120,140,180,180,160,160,持续速

28、度,km/h,30,35,26,73.9,95.2,87.3,60,持续牵引力,kN,2,35,2,64,2,80,2,91.9,2,96,2,102,2,85,起动牵引力,kN,2,70,2,98.6,2,112.6,2,150.5,2,162.5,2,162.5,2,110(046,起动加速度,m/s,2,0.23,0.49,0.59,0,73.9,0.214(095.3,几种内燃动车组主要参数,60,DF4,货,型内燃机车的牵引特性,0,60,120,180,240,300,360,420,480,0,20,40,60,80,100,v(km/h,F(kN,8,12,15,16,机车牵引

29、计算数据表,61,DF,4,货,型内燃机车牵引计算主要数据表,计算,质量,P,t,粘着,质量,P,t,计算粘着系数,j,最低计算速度,jmin,km/h,最大计算,牵引力,F,jmax,kN,计算动,轮直径,D,j,mm,计算起动,牵引力,F,q,kN,计算起,动阻力,q,N/kN,齿轮,传动比,c,最大,速度,g,km/h,机车,全长,L,j,m,135,0.248+5.9/(75+20v,20.0,302.1,1013,401.7,5.00,4.50,100,21.1,速度,v,km/h,10,16.5,20,30,40,50,60,70,80,90,100,轮,周,牵,引,力,F,粘着牵

30、引力,356.9,347.9,手,柄,位,数,8,167,106,70.6,52.5,41.7,34.3,29.4,26.5,22.6,19.6,12,308,V=7.0/365.0,193.3,137.3,103,82.9,68.7,57.9,50,43.2,37.3,15,V=14.0/350.6,279.6,193.3,145.2,115.8,96.6,81.4,68.2,56.4,45.1,16,V=0/401.7,347.9,302.1,216.8,164.8,131.5,108.9,92.2,78.5,65.2,53,单位基本阻力,0,N/kN,2.59,2.79,2.94,3.3

31、2,3.74,4.19,4.68,5.20,5.76,6.36,6.99,燃油,消耗量,kg/min,手,柄,位,数,8,3.00,3.00,3.00,3.00,3.00,3.00,2.98,2.95,2.90,2.85,2.80,12,5.23,5.23,5.23,5.23,5.27,5.28,5.27,5.18,5.08,4.89,4.70,15,7.29,7.29,7.29,7.29,7.29,7.28,7.23,7.14,6.80,6.40,5.98,16,8.15,8.24,8.28,8.33,8.34,8.33,8.24,7.97,7.55,7.08,6.52,柴油机,空转,手柄位数,n,s,0.1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,燃油消耗量,e,0,kg/min,0.35,0.38,0.41,0.46,0.52,0.58,0.64,0.70,0.77,0.84,0.92,手柄位数,n,s,12,13,14,15,16,燃油消耗量,e,0,kg/min,1.01,1.10,1.20,1.34,1.48,62,SS,l,型电力机车的牵引特性,0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,0,20,40,60,80,100,v(km/h,F(kN,