机车牵引力课件

第一章

机车牵引力1第一章

机车牵引力1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2本章主要内容牵引力的产生，分类2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Fg表示。41车钩牵引力与轮周牵引力1)车钩牵引力4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Fg＝F－W′，或F＝Fg+W′F＝M/R6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Fi表示。则轮周牵引力为：F＝Fi*ηi73)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82轮轨间的摩擦与粘着1)轮轨间的摩擦82)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。92)轮轨间的粘着纵向和横向滑动。9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：10轮轨接触表面状态影响计算粘着系数的因素：10粘着系数与运行速度、气候条件间的关系

11粘着系数与运行速度、气候条件间的关系11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。12提高粘着力的方法和措施1改善轮轨接触面的状态123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：

Fμ＝Pf·μj＝Pμ·g·μj(kN)133粘着牵引力1)定义：是受轮轨间粘着力限制的机车牵引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ND5型电传动内燃机车

142)机车的计算粘着系数的经验公式：国产电力机车14机车不同运行速度下的计算粘着系数表0102030405060国产电力机车

0.3600.3070.2860.2750.2690.2640.2616K型电力机车

0.3900.3530.3270.3090.2940.2830.2748G型电力机车

0.3600.3100.2920.2790.2700.2610.254国产电传动内燃机车

0.3270.2690.2600.2570.2550.2530.253ND5电传动内燃机车

0.3320.3210.3130.3060.3000.2950.29115机车不同运行速度下的计算粘着系数表01020304050603)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μr＝μj(0.67+0.00055R)内燃机车在曲线半径R小于550m时，计算粘着系数μr＝μj(0.805+0.000355R)例：求SS1型电力机车在半径为500m的曲线上以50km/h运行时的计算粘着系数。163)粘降定义：机车在曲线上运行时，由于钢轨超高及内外侧动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174)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。184内燃机车的牵引特性及其计算标准1)牵引特性：指牵引(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19(1)受粘着条件的限制2)机车牵引特性的有效范围19机车牵引特性的有效范围20机车牵引特性的有效范围20货运内燃机车DF4(货)的牵引特性(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21货运内燃机车DF4(货)的牵引特性(1)牵引力限制21DF4C(货)型内燃机车牵引特性曲线图

22DF4C(货)型内燃机车牵引特性曲线图22客运内燃机车DF11型的牵引特性23客运内燃机车DF11型的牵引特性23(1)持续速度vc、持续电流Ic、持续牵引力Fc持续速度：机车在全功率工况下，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24(1)持续速度vc、持续电流Ic、持续牵引力Fc3)对内燃3)对内燃机车的规定(2)计算速度(最低)vj和计算牵引力(最高)Fj

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。253)对内燃机车的规定(2)计算速度(最低)vj和计算牵引3)对内燃机车的规定(3)计算起动牵引力Fq

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，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？263)对内燃机车的规定(3)计算起动牵引力Fq263)对内燃机车的规定(4)

牵引力使用系数Fy=F·λy（λy=0.9）(5)牵引力因功率降低的修正

Fx

=F·λp·λh·λs

273)对内燃机车的规定(4)牵引力使用系数Fy=F·λ海拔(m)5001000150020002500300035004000大气压强(kPa)95.2389.6484.3279.474.6170.2265.9762.85DF1.0001.0000.9120.8660.861－－－DF4(货、客)1.0000.9330.8550.7800.7070.6380.5690.503DF7D1.0000.9730.9260.8850.841内燃机车牵引力海拔修正系数表

28海拔(m)5001000150020002500300035环境温度℃303234363840DF1.0000.9780.9750.9710.9680.964DF4(客货)1.0000.9850.9580.9300.9040.877DF4B(客、货)1.0000.9820.9520.9210.8920.864DF4c(货)1.0000.9870.9540.9200.8860.853DF8、DF111.0000.9840.9500.9130.8770.841内燃机车牵引力环境温度修正系数表式中：t7、t13、t19——每日7、13、19时的平均外温，℃；29环境温度℃303234363840DF1.0000.9780牵引力因功率降低的修正例：求DF4货在海拔2000m，环境温度为34℃时运行时的牵引力。Fx

=F·λp·λh

=0.780×0.958F30牵引力因功率降低的修正例：求DF4货在海拔2000m，环境温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。313)对内燃机车的规定(续)(6)多机牵引和补机推送的牵引机车牵引特性的有效范围4)内燃机车牵引力取值32机车牵引特性的有效范围4)内燃机车牵引力取值324)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。DF4B(客)型内燃机车牵引特性曲线图DF11型内燃机车牵引特性曲线图334)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4)内燃机车牵引力取值DF4C(货)型内燃机车牵引特性曲线图ND5(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。344)内燃机车牵引力取值DF4C(货)型内燃机车牵引特性曲SSl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

35SSl型电力机车的牵引特性：5电力机车的牵引特性及其计电力机车电力机车牵引力的计算标准如下：1)计算速度vj和计算牵引力Fj

(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)36电力机车电力机车牵引力的计算标准如下：36粘着制525A小时制500A持续制450A37粘着制小时制持续制37电力机车牵引力的计算标准：（续）2)牵引力使用系数Fy=F·λy（λy=0.9）3)计算起动牵引力Fq：例：求SS1电力机车的起动牵引力Fq

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

38电力机车牵引力的计算标准：（续）2)牵引力使用系数Fy=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。39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牵引力计算的线性插值法计算法牵引特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。40牵引力计算的线性插值法计算法牵引特性曲线采用离散法输入，某

机车牵引力的线性插值计算图41机车牵引力的线性插值计算图41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42动车组的牵引特性按牵引动力分布方式分为：42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。43动车组的牵引特性动力集中43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。44动车组的牵引特性动力分散44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。45动车组的牵引特性按动力类型分为：45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46日本新干线E1系动车组牵引力曲线日本新干线E1系动车组单位日本新干线500系电动车组牵引特性曲线国外动车组47日本新干线500系电动车组牵引特性曲线国外动车组47德国ICE1型电动车组牵引特性曲线国外动车组48德国ICE1型电动车组牵引特性曲线国外动车组48蓝箭号（DJJ1型）电动车组牵引特性曲线国内动车组由株洲电力机车厂、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。49蓝箭号（DJJ1型）电动车组牵引特性曲线国内动车组由株洲电中华之星（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，50中华之星（DJJ2型）动车组牵引特性曲线国内动车组由株洲电大白鲨DDJ1动车组牵引特性曲线国内动车组由株洲电力机车厂、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。

51大白鲨DDJ1动车组牵引特性曲线国内动车组由株洲电力机车厂CRH动车组特性曲线国内动车组52CRH动车组特性曲线国内动车组52CRH2动车组(日本川崎重工E2-1000)CRH1动车组(庞巴迪ReginaC2008)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)53CRH2动车组(日本川崎重工E2-1000)CRH1动车组香港地铁MTR动车组特性曲线国内动车组54香港地铁MTR动车组特性曲线国内动车组54春城号电动车组大白鲨号(DDJ1型电动车组)蓝箭号(DJJ1型电动车组)先锋号(DJF2型电动车组)中华之星号(DJJ2型电动车组)中原之星号(DJF1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+MM+5T+TcM+5T+Tc2(2M+T)M+9T+M4(2M+T)+2TM+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B0－B0B0－B0B0－B0B0－B0B0－B0B0－B0B0－B0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≤11～1216.5动车25拖车18动车组总重(t)381382391350678924398动车组总长(m)159170178155282369165定员60811404247721292399持续功率(kW)2160400048004800960064003260最高运行速度(km/h)120200200200270160210最高试验速度(km/h)127223236250321.5178持续速度(km/h)7512710510011085100持续牵引力(kN)120108164164314.2125117.4起动牵引力(kN)180180211164400215(0~52.5)160起动加速度(m/s2)≥0.330.193(0～200)≈0.220.42(0～100)≥0.44≥0.45恒功速度范围(km/h)127～200105～230100～250110～30052.5～160100～200几种电动车组主要参数

55春城号电动车组大白鲨号蓝箭号先锋号中华之星号中原之星号X20型双层内燃动车组NYJ1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+MM+4T+MM+5T+MM+9T+MM+10T+MM+9T+MM+6T+M动车轴式B0－B0B－2B－2A1A－A1AB0－B0－B0B0－B0B0－B0轴重动车181922～182122.522.518.5拖车1711.411.4≤1614.5动轮直径(新)(mm)915动车组总重(t)288372384.8828929动车组总长度(m)100.6157.2182280.6309.3定员54254666211401410最高运行速度(km/h)120120140180180160160持续速度(km/h)30352673.995.287.360持续牵引力(kN)2×352×642×802×91.92×962×1022×85起动牵引力(kN)2×702×98.62×112.62×150.52×162.52×162.52×110(0~46)起动加速度(m/s2)0.230.490.59（0～73.9）0.214(0~95.3)几种内燃动车组主要参数

56型双层NYJ1型液力传动内燃动车组新曙光号神州号金轮号普天号DF4(货)型内燃机车的牵引特性：机车牵引计算数据表：57DF4(货)型内燃机车的牵引特性：机车牵引计算数据表：5DF4(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Pμ(t)计算粘着系数μj最低计算速度νjmin(km/h)最大计算牵引力Fjmax(kN)计算动轮直径Dj(mm)计算起动牵引力Fq(kN)计算起动阻力ωq´(N/kN)齿轮传动比μc最大速度νg(km/h)机车全长Lj(m)1350.248+5.9/(75+20v)20.0302.11013401.75.004.5010021.1速度v

（km/h）1016.52030405060708090100轮周牵引力F粘着牵引力356.9347.9手柄位数816710670.652.541.734.329.426.522.619.612308V=7.0/365.0193.3137.310382.968.757.95043.237.315V=14.0/350.6279.6193.3145.2115.896.681.468.256.445.116V=0/401.7347.9302.1216.8164.8131.5108.992.278.565.253单位基本阻力ω0´(N/kN)2.592.792.943.323.744.194.685.205.766.366.99燃油消耗量(kg/min)手柄位数83.003.003.003.003.003.002.982.952.902.852.80125.235.235.235.235.275.285.275.185.084.894.70157.297.297.297.297.297.287.237.146.806.405.98168.158.248.288.338.348.338.247.977.557.086.52柴油机空转手柄位数ns0.1234567891011燃油消耗量e0(kg/min)0.350.380.410.460.520.580.640.700.770.840.92手柄位数ns1213141516燃油消耗量e0(kg/min)1.011.101.201.341.4858DF4(货)型内燃机车牵引计算主要数据表计算粘着计算粘着SSl型电力机车的牵引特性：59SSl型电力机车的牵引特性：59计算质量P(t)粘着质量Pμ(t)计算粘着系数