列车牵引计算教学规划

1、课程设计课程名称机车车辆方向课程设计题目名称 SS4列车牵引计算学 院专 业班 级学 号 学生姓名指导教师2014年6月19日目录摘要20引言.31 .设计任务4.2 .机车基本参数 5.2.1 计算牵引质量5.2.2 校验并确定区间牵引质量 7.2.3 列车换算制动率的计算 7.3合力图.&.3.1 机车各种工况的曲线 8.3.2 绘制合力曲线1.34计算制动距离和运行时间 1.84.1 计算列车制动的距离 1.84.2 运行时间22结束语31.参考文献32本次课程设计主要进行了列车的计算牵引质量，校验了区段牵引质量，以及制动率。利用 matlab画出了机车各工况的单位合力曲线。对化

2、简的线路纵断面进行了运行时间计算及制动 距离的计算。手绘出了绘制列车运行速度线和列车运行时间线。关键词：列车；牵引；制动；计算0引言提高列车牵引质量和运行速度，保证铁路行车安全和尽量节约机车能耗， 是扩大铁路运输 能力提高铁路工作效益的重要内容。为此，必须讲究科学管理和经济操纵，提高运输管理和 列车操纵水平；很好的研究列车的牵引质量，运行速度，制动距离及机车能耗等与哪些因素 有关，怎样在保证行车安全和节能的条件下“多拉快跑”；同时，要让铁路运输管理工作人员及其后备军都有这方面的知识，即会分析也会计算。列车牵引计算正是这方面必须有的，故 进行本次课程设计。1.设计任务SS4型电力机车牵引70辆货

3、车，均为滚动轴承(牵引质量5000t ),其中标记载重50t ,装有 GK型制动机的重车48辆，空车5辆；标记载重25t ,装有120型制动机的重车12辆；标 记载重25t,装有120型制动机空车5辆。车辆按高磷闸瓦计算，列车管受空气压力为500KPa。制动初速度为104Km/h。S3型电力机车电功率 6400KW ,轴式为2 X(Bo Bo),轴重 23t。机车单位阻力 02. 25 0. 0190/0. 00032GV2（n/kn）1.1 求解(1)计算牵引质量，校验并确定区段牵引质量；计算列车换算制动率等。(2)绘制合力表，绘制合力曲线。(3)化简线路纵断面的运行时间及制动距离等。(4)

4、绘制列车运行速度线和列车运行时间线。(5)便知点算程序计算，并计算及绘图，编程语言不限。2.机车基本参数额度工作电压 单相交流50Hz 25kV ;传动方式交一直流电传动；轴 式2X (Bo Bo);机车重量2X92 t ;轴重23t;持续功率2X3200kW ;最高运行速度 100 km/h ;持续速度51.5 km/h ;起动牵引力628kN ;持续牵引力450kN ;电制动方式 加馈电阻制动电制动功率 5300kW ;电制动力 382kN (1050km/h );传动方式双边斜齿减速传动；传 动比88/21 ;2.1 计算牵引质量1)按限制坡度计算限制坡度指的是某区或区段内对牵引质量起限

5、作用的坡道，区间或区段内坡道最大而又 很长的上坡道，列车进入这个坡道后由于坡道阻力很大，速度将连续下降，直至机车计算速度Vj,列车仍未驶出这个坡道，此时，机车速度仍继续下降，则表明牵引重量太大，因为列。若列车能保持Vj匀速运行车以低于Vj的速度运行是不合理的，甚至有可能招致“坡停事故” 出坡，则表明牵引重量正合理，此时作用于列车上的合力为零。计算牵引质量Fjy-(PG-_-，0 P ix) g 10 3(0 ix)10 3其中Fj 计算牵引力,KNP 机车计算重量取 184ty牵引使用系数取0.90 0 计算速度下的机车，车辆单位基本阻力N/KNi x 限制坡道的加算坡度千分数取5.5 %0G

6、 牵引质量，tg 重力加速度（取9.81 由于车辆均为滚动轴承查【1】0 =0.92+0.0048 Vj+0.000125 VjG'""3(0ix)g103(N/KN查表 vj=51.5Km/hFj=431.6KN带入数据有0=4.08N/KN0 =1.50 N/KN3-=5404.8tc Fjy - (P0Pix) g 102.2 校验弁确定区间牵引质量由于题目已经知道牵引质量 G=5000t,现只需要对其进行校验，按启动地段坡度验算牵引质量。查【3】根据题意及电力机车牵引的滚动轴承货物列车演算公式得/'、3Fqq-(P q P iq) g 10iq) g

7、 10其中：Fq 机车计算启动牵引力，KN机车牵引使用系数取0.9启动地点加算坡度千分数取5.5 000机车单位启动基本阻力电力机车取5N/KN车辆单位启动基本阻力滚动轴承货车取3.5 N/KN查【2】Fq=649.8KN代入数据可得：G q=6409.2t>5000t故按限制坡道计算出的牵引质量在能够可靠启动2.3 列车换算制动率的计算查【4】标记载重50t装有GK型制动机的重车每辆车换算闸瓦动力为 250KN标记载重50t装有GK型制动机的空车每辆车换算闸瓦动力为160KN标记载重25t装120型制动机的重车每辆车换算闸瓦动力为 160KN。标记载重25t装有120型制动机的重车每辆

8、车换算闸瓦动力为140KNSS4型重力机车每台换算闸瓦动力 640KN。列车换算制动率总和为：Kh25048160535012175564018515 KN列车总重力为(P G) g =(184+5000) X9.81=50855KN则列车换算制动率为：h=一K0.364（P G g3合力图合力图是表示机车各种工况下作用在列车上的单位合力与速度的关系的坐标图。3.1 机车各种工况的曲线由于列车在不同工况有不同的合力组成形式，所以合力曲线图亦由牵引运行，惰力运行, 空气制动运行和制动力运行四种曲线组成。1）首先计算出合力计算表第一部分：牵引工况速度v由0开始每隔10km/h取一速度带入计算表，v

9、=0和v=10km/h 必须列入，然后每隔10km/h直到机车最大速度v=120km/h 并列出有关的关键点，进行有关各项计算。第一栏：机车牵引力，从HXD3型电力机车计算数据表中查出不同速度下的最大牵引力。第二栏：绘制最大合力曲线时的牵引力 Fy第三栏：机车运行时的单位基本阻力，在阻力计算中，v<10km/h 均按v=10km/h 计算。第四栏：车辆运行时的单位基本阻力，货车为滚动轴承货车- 、 一、 一 » "第五栏：列车运行时的基本阻力，W。（P 0 G 0）g 10第六栏：牵引运动时作用于列车上的合力 C F W。第七栏：牵引运动时作用于列车上的单位合力为(P

10、 G) g第二部分：惰行工况第八栏：惰行时作用于列车上的单位合力为3W0 100(P G) g第三部分：制动工况第九栏：换算摩擦系数 h采用高磷闸瓦,制动初速度为 104km/h查表即可第十栏：列车单位制动力为b 1000 h h第十一栏：常用制动时的列车单位合力 c0 0.5b第十二栏：电阻制动力，可查表得出 第十三栏：在计算小半径曲线众多的长大坡道区段的有关问题时，因机车在小半径曲线上全30.9 Bd 10 d (P G) g力使用动力制动时易产生滑行，为避免滑行，通常不使用最大制动电流，在这种情况下最好 也取0.9的“使用系数”，比较符合实际，故单位电阻制动力为 b 第十四栏：电阻制动力

11、时的列车单位合力 c 0 0.9bd列表有:运动工况栏数K、速度项目0102028.73036.7牵引工况1F (KN)554554517498.7497488.62Fy=0.9F498.6498.6465.3448.8447.3439.7302.250. 00190.0003222.472.472.763.063.113.384“200.920.00480.0001250.980.981.071.161.181.265Wo ( p'-''、0G0)g10 352.5352.5357.4762.4263.4967.90446.0446.0407.8368.4383.83

12、71.86CFy W07731147cC 1038.778.778.027.607.557.31(P G) g惰行803Wo 101.031.031.131.231.251.34工(P G)g况0.3910.1620.1450.1390.1380.1369h制271262动1b1000 h h142.459.2252.8250.6850.4649.57工00况1c0 0.5b72.2330.6427.5426.5726.4826.1211Bd0168.7333.5482.7465.4376.7电2阻1bd30.9 Bd 1003.326.569.499.157.41制3(P G)g动1c00.

13、9bd1.034.027.039.771.258.004运栏、一速度40475051.56070动数工况7F、项目1F (KN)484.8479476.5437372.7320.12Fy=0.9F436.3431.1428.9393.3335.4288.1302.250.00190.00032 23.523.8544.084.545.15引工况4''200.92 0.00480.0001251.311.421.471.51.661.875W0 (P 0 G°) g 10 370.6176.6079.3280.9489.62101.026C F W0365.71354.

14、50349.53312.36245.81187.077C 103 c(P G) g7.196.976.876.144.833.68惰行工况8W0 103 0(P G) g1.391.511.561.591.761.99制9h0.13530.13370.13320.13300.13180.1308动工10b 1000 h h49.2448.6848.4848.4047.9847.61况11c 0 0.5b26.0125.8525.8025.7925.7525.79电1Bd410.4482.7457.8444.5374.7321.8阻制动2133,0.9 Bd 10d (P G) g8.079.4

15、99.008.747.376.3314c 00.9bd1.3910.051.561.598.397.68运动工况栏数X、 速度x项目、73.28090100牵引工况1F (KN)307.8242.5187.5161.32Fy=0.9F277.02218.25168.75145.17302. 250. 00190. 00032 25.365.826.557.354，200.920.00480.0001251.942.12.362.655W。(P 0 G°) g 10 3104.83113.51127.81143.256C F W0172.19104.7440.941.927C 103

16、c (P G) g3.392.060.810.04惰行工8W0 103 0(P G) g2.062.232.512.82况0.1300.1300.1290.1299h制5040动1b 1000 h h47.5147.3347.1246.95工0况1c 0 0.5b25.8225.9026.0726.2911Bd307.1280.7250.2226.5电2阻1-0.9 Bd 103bd二、6.045.524.924.45d (P G g制3动1c 00.9bd7.507.206.946.8343.2 绘制合力曲线。按一定比例将合力表中的机车不同工况下各速度的单位合力值，在直角坐标系中分别标出,

17、连成圆滑的线即可。3.2.1 列出各工况的列车单位合力计算式:C 103牵引工况时c C =(P G) g223_30.9F P (2. 25 0.00190.00032 2) G (0.92 0.00480.000125 2)g 10 3 103(P G)g91. 74F184 (2. 250. 00190.00032 2)5000 (0. 920. 00480.000125 2)5184惰性工况时°_ 3W0 103(P G) g184 (2.250.00190.00032 2)5000 (0. 920.00480.000125 2)1035184制动工况时c0 0.5b =18

18、4 (2. 250. 00190. 00032 2)5000 (0. 920. 00480. 000125 2)5184+ 157电阻制动工况时 c 0 0.9bd184 (2. 250. 00190. 00032 2)5000 (0. 92 0. 00480. 000125 2)51840. 9bd3.2.2利用matlab编制程序并运行绘出列车的单位合力曲线牵引工况时编制程序如下:clcv=0:10:100f=554 554 517 497 484.8 476.5 372.7 320.1 242.5 187.5 161.3c=(91.74*f-184*(2.25+0.019*v+0.000

19、320*vA2)-5000*(0.92+0.0048*v+0.000125*vA2)/5184plot(v,c, ' r-')画出的图形为:惰性工况时编制程序如下：clcv=0:10:120c=-(184*(2.25+0.0019*v+0.00032*vA2)+5000*(0.92+0.0048*v+0.000125*vA2)/5184plot(v,c, ' r-')画出图形为:制动工况时编制程序如下:clc v=0:10:100 q=0.3912 0.1627 0.1451 0.1386 0.1353 0.1332 0.1318 0.1308 0.1300 0

20、.1294 0.1290c=-(138*(1.67+0.0014*v+0.000279*vA2)+5000*(0.92+0.0048*v+0.000125*vA2)/5138+157*q)plot(v,c, ' r-')画出图形为:电阻制动工况时编制程序如下：clcv=0:10:100b=0 3.32 6.56 9.15 8.07 9.00 7.37 6.33 5.52 4.92 4.45c=-(184*(2.25+0.0019*v+0.00032*vA2)+5000*(0.92+0.0048*v+0.000125*vA2)/5184+0.9*b)plot(v,c, '

21、 r-')画出图形为:4计算制动距离和运行时间4.1 计算列车制动的距离SzSz Sk Se其中：Sk 制动空车走距离，mSe有效制动距离，mSk= 0.2780 tk其中：vo 制动初速度，km/htk 空走时间，s 当货物列车常用制动时t为tk= 3.6 0.00176r n 1 0.32 jn为牵引辆数 r为列车管减压量Kpai j 为制动地段加算坡度千分数，上坡度取i j =0而Se 二224.17 v12 v21000 h h c 0其中: ijvi 速度间FB的初速度，km/hV2 速度间FB的末速度，km/hh换算摩擦系数 h 列车换算制动率，取值 0.364c 常用制动

22、系数，紧急制动时取值为1;常用制动根据减压量查表 3-7可得值为0.680列车单位基本阻力ij 制动地段的加算坡度千分数速度间隔取得越小，越接近单位合力实际变化情况，计算结果越精确。但是值取越小，计 算工作量就越大，所以在运用公式进行计算时，为了既保证计算精度又不使计算工作量过大， 所取的速度问FB,不要超过10km /h速度间隔。由此选取速度间隔为10km/h。4.1.1 求空走时间【1】根据题目所知，牵引辆数n=70 ,列车管减压量r=100Kpa ,带入公式可得货物列车常用 制动空走时间：tk = (3.60. 00176 100 70) 1=15.92 (s)4.1.2 求空走距离根据

23、题目所知，制动初速度vo=104km/h 。由公式可得相应的空走距离：Sk = 0.278 104 15.92=459.1 (m)4.1.3 按分段累计法求有效制动距离根据题目所知，制动初速度为104km /h。从制动初速度到零，划分为16个速度间隔，然后按照公式进行计算。先计算第一段为列车从制动初速度至速度达到100 km/h的制动距离，按单位合力表计算或从单位合力曲线上去查，都可得到换算摩擦系数h；列车单位基本阻力分别为" 0=4.08N/KN0=1.50 N/KN 。带入公式可得：4. 17 (10421002)S1 =97.8 ( m )10000. 12890. 3640.

24、 682.88' )卜面继续取速度间隔 10090、9080、8073.2、73.270、7060、6051.5、51.550 、5047、4740、4036.7、36.730、3028.7、28.720、2010、100km/h ,相应 得到下列的结果:S2 =S3 =S4 =S5 =S6 =S7 =S8 =4. 17 (1002902)=228.7 10000. 12920.3640.682. 664. 17 (902802)=205.6 10000. 12970.3640.682. 37- 2_ _24. 17 (8073. 2 )=126.310000. 13030.3640.

25、682. 15=114.810000. 13230. 3640.681. 68 17 (51. 52502)=18.410000. 13310. 3640.681. 58. 17(73.22702)=55 610000. 13070. 3640.682. 02.4.17 (702602)=157710000. 13130. 3640.681.87(m)(m)(m)(m)(m)(m)(m)4. 17 (60251. 52)=35.11. 53(m)S10 =4. 17 (472402)10000. 13440. 3640. 68=73.1 1.45(m)S11 =4. 17 ( 40236 .

26、72)10000. 13570. 3640. 68-=30.21.36(m)S12 =S13 =10000. 13750. 3640. 681.294. 17(30228. 72)4. 17 ( 36 . 72302)=52.8(m)10000. 13894. 170. 364(28. 720. 68202)1.2410000. 14170. 3640. 681. 184. 17(202102)10000. 15130. 3640. 681.084. 17(10202)10000. 19130. 3640. 681.03S14 =48.7S15 =32.5S16 =8.6=8.9(m)(m)(

27、m)(m)c4. 17 (502472)S9 =10000. 13350. 3640.68由此可得:Se=97.8+228.7+205.6+126.3+55.6+157.7+114.8+18.4+35.1+73.1+30.2+52.8+8.9+48.7+32.5+8.6=1295(m)4.1.4求制动距离Sz Sk Se=459.1+1295=1754.1(m)有效制动距离分段计算表速度间隔CKm/h )104110090880773.27060605151.5L 0090003.270.550()h0.12890.12920.12970.13030.13070.13130.13230.133

28、10=v1v222.882.662.372.152.021.871.681.58S97.8228.7205.6126.355.6157.7114.818.4时间间隔Ckm/h )计算项目504747404036.736.7303028.728.7202010100()h0.13350.13440.13570.13730.13890.14170.15130.1913v1v20 =21.531.451.361.291.240.181.081.03S35.173.130.252.88.948.732.58.64.2运行时间【1】(1)列车在第一段运行所需的时间先计算列车自甲站出发主速度达到10km/

29、h的运行时间和运行距离，按单位合力计算，查得ij=0 , v= 100 = 5 (km/h )所对应的列车单位合力 2cnVWWS0io2_ 2、4.17(v2 vi)= 4.17*(10°)=47.548. 77(m)t010_30(v2 vi)_ 30 *(100)8. 77= 34.20 (s)此计算表明：列车在平直道上起车后行驶47.55m 时,速度加速到10 km/h ,所需时间为代入公式可得:20 1034.2s 0继而取速度间隔为1020 km/h ,有丫= 2'= 15 (km/h )所对应的列车单位合8. 778. 02=8.40N/kN2代入公式可得:S1

30、020 =4.17 (2028. 40102)/ 、-=149.01 (m)_ 30(v2 v1) _ 30t1020 =c(2010)8. 40= 35.73(s)卜面继续取速度间隔2028.7、28.730、3036.7、36.740、4047、4750、 5051.5km/h ,相应得到下列的结果:(m)4. 17 ( 28. 72202)S2028.7= 7H=226.25t2028.730 (28. 720)7. 81=33.42 (s)S28.7304.17 (3027. 5728.72)=42.02(m)30 (3028. 7)t28-730=7757=5.15 4. 17 (

31、36. 7302)S3036 7= =250.8330 36.77 . 43(m)t3036.7 =30 (36.730)7.43= 27.05 (s)_ 4. 17 (402S36.740=7-2536. 72)=145.55 (m)t36.74030 (4036. 7)-=13.65 (s)7. 254. 17 (472402)S4047=-=358.64 (m )7. 08t404730 (4740)7. 08= 29.66 (s)S47504. 17 (5026. 92吧=175.31 (m)t475030 (5047)-=13.00 (s)6. 92S5051.5224. 17 (5

32、1. 550 )=号-=97.56 (m)6. 51t 5051.5_ 30 (58.250)6. 51= 6.92 (s)502)/ 、一)=720.15 (m)2_ 4. 17 (51. 52S51.560=5. 49x 30 (58. 250)t 51.560 =5 49=46.47 (s)检查列车在第一段从发车至速度为51.5km/h时所行驶的距离:S1=47.54+149.01+226.25+42.02+250.83+145.55+358.64+175.31+97.56+720.15=2212.87m>1600m这说明，列车速度尚未到60km/h就已经行驶到第一段终点。至于列车

33、驶至该段终点时的速度应用试凑法，假定列车驶至该段终点时的速度为53.0km/h ,于是：c4. 17 (53. 0251. 52)S51.553.0 =105.4(m )6. 2，=30 ' KF列车在第一段所行驶的累计距离为:S1=47.54+149.01+226.25+42.02+250.83+145.55+358.64+175.31+97.56+105.4=15 97.4 (m)比该段长度小2.6m ,作为允许误差，认为最后这个假定是正确的，试凑已完成。而列车行驶完第一段所需时分为:t1 =34.2+35.73+33.42+5.15+27.05+13.65+29.66+13+6.

34、92+7.26=206.05s(2)列车在第二段运行所需的时间列车以速度53km/h驶入第二段，该坡段ij =2 ,单位合力曲线图速度坐标轴应上移 2N/kN ,5360、6070km/h 进此时对应的单位合力仍为正值，列车将继续加速，分别取速度间隔 行计算，得:c 4. 17(60253. 02)S5360=5=930(m)30 * (6053. 0)t 5360 =-=59.21 (s)5.552c 4. 17 ( 702602)S60 70 =2402.88(m )4.262607030 * (7060)4. 262= 132.98 (s)检查列车速度达到70km/h 时，列车所行驶的距

35、离:S2=930+2402.88=3332.88m>2050m70算出的距离比坡段长度超出1282.88m ,实际上列车驶至第二段终点的速度应低于65.31km/h,代km/h 。终点速度的确定仍用试凑法，假定列车驶至第二段终点速度为 入计算，于是得:4. 17 (65. 312602)S6067.1=4T=1105.46 (m)30 (65. 3160)t6067.1 =4,512=63.47 此时，列车在第二段所行驶的累计距离为:S2=930+1105.46=2035.46(m)比该段长度只小14.54m ,也作为允许误差，认为试凑已成功。列车驶完第二段所需的时间:t2=59.21+

36、63.47=122.68(s)(3)列车在第三段运行所需的时间列车以65.31km/h速度驶入ij=-2的第三段时，单位合力曲线图速度坐标轴应下移 2N/kN ,此时对应的单位合力仍为正值,列车将继续加速，分别取速度间隔65.3170、7073.2、73.280 km/h 、8090km/h进行计算可得:S65. 3170 =4. 17 (70265, 312)3. 932=445.94(m)t = 30 (7065. 31)1 65. 31 70 =-八-=23.7 1 (S)3. 932C4.17 ( 73 . 227 02)S7073.2 =345.413. 532(m)7073.230

37、 (73.270)-=17.35 (s)3. 532c4. 17 ( 73 . 22802)S73.280 ="=919.842. 722(m)x 30 (73.270)t 73. 2 80 =222=43.20 (s).S80904. 17 (902802)=2065.35 ( m )1.432.30 (73.270)t 8090 =87.40 (s)1.432此时，列车在第三段所行驶的累计距离为:S3=445.94+345.41+919.84+2065.36=3776.53(m)>2150m算出的距离比坡段长度超出1626.53m ,实际上列车驶至第三段终点的速度应低于90

38、km/h 。终点速度的确定仍用试凑法，假定列车驶至第三段终点速度为82.5 km/h ,代入计算，于是得:c4. 17 (82. 52802)S8082.4 5 =433.26(m)30 (82.580)t 80 82. 5 =-=19.18 (s)1.912此时，列车在第三段所行驶的累计距离为:S3=445.94+345.41+919.84+433.26=2144.45(m)比该段长度只小5.55m ,也作为允许误差，认为试凑已成功。列车驶完第三段所需的时间t3 =19.18+23.71+17.35+43.20=103.44(s)(4)列车在第四段运行所需的时间列车以82.5 km/h速度驶

39、入ij =5.5的第三段时，单位合力曲线图速度坐标轴应上移5.5N/kN，分别取速度间隔82.590km/h , c=1.91-5.5=-3.59 N/KN,此时单位合力为负值,取 82.580、8073.2km/h进行计算可得:4. 17(80282.52)S82 580 =471.88( m )1.915.5x 30 (8082. 5)t82.580=1.915.5=20.89 (s).30 (71.680)t 8071.6 = =91.642. 755. 5此时，列车在第四段所行驶的累计距离为：S4=471.88+1931=2402.88(m)t4=91.64+20.89=112.53(

40、s)(5)列车在第五段运行所需的时间列车以71.6 km/h速度驶入ij =-6的第五段时，单位合力曲线图速度坐标轴应下移 6N/kN ,此时对应的单位合力仍为正值，列车将继续加速，取 71.6103.78km/h进行计算可得：C4. 17 (103. 78271. 62)S71.6103. 78 =3050 (m)1. 716(s)x30 (103. 7871. 6)t 71.6103. 78 =-1=125.13S5=3050mt5=125.13s(6)列车在第六段运行所需的时间由于第六段坡度为1 %0 且长度为3100m ,列车以104km/h速度驶入ij=-1的第六 段。此段列车开始时

41、以104km/h匀速运动1330m ,所用时间为12.79s。剩余1770m为惰 性阶段，取104100km/h 进行计算可得：C 4. 17 (100. 121042)S104100 =-=1765.5(m)2. 881 (100. 1104)t 104100 =62.23 (s)2.881此时，列车在第六段所行驶的累计距离为：S6=1765.5+1330=3095.5(m)t6 =12.79+62.23=75.02(s)比该段长度只小4.5m ,也作为允许误差，认为试凑已成功(7)列车在第七段运行所需的时间由上边已经算出的制动距离可知：空走距离为1650-1295=355(m)Sl00984.17 ( 9821002) =591.87>355m2. 79改