第3章-轨道车辆牵引计算

第三章城轨车辆牵引计算10/31/20231城市轨道交通车辆§3-1概述轨道车辆牵引计算用途：研究轨道车辆在外力作用下沿轨道运行状态及其有关问题。依据：力学、科学实验。研究内容：确定轨道车辆运行所需的动力。10/31/20232城市轨道交通车辆影响轨道车辆运行的力：牵引力F：由动车的动力传动装置引起的、由钢轨通过粘着作用在动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相同的外力。阻力W：列车运行过程中由于各种原因自然发生的与列车运行方向相反的外力。制动力B：由制动装置引起的、由钢轨通过粘着作用在制动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相反的外力。10/31/20233城市轨道交通车辆影响列车运行的力牵引力F阻力W制动力B牵引运行工况惰行运行工况制动运行工况牵引运行工况：C=F-W惰行运行工况：C=-W制动运行工况：C=-（W+B）10/31/20234城市轨道交通车辆§3-2牵引力一、牵引力的产生驱动轮驱动力矩接触网——受电弓——变压器——牵引电机——减速器——驱动轮驱动力矩单个驱动轮对的驱动力驱动轮驱动力矩——驱动轮作用于钢轨的力——所引起的钢轨作用于车轮的反作用力即为驱动力。10/31/20235城市轨道交通车辆所有驱动轮总驱动力即为牵引力。10/31/20236城市轨道交通车辆以一个动轴为隔离体进行受力分析则有：ε≠0变速运动ε=0匀速运动J——轮对的转动惯量ε——轮对的角加速度若ε=0则有10/31/20237城市轨道交通车辆二、牵引力的限制如果则：驱动轮空转；轮轨的摩擦力由静摩擦力变为动摩擦力；动轴加速空转；使传动装置和走行部件损坏；轮轨接触面严重擦伤。10/31/20238城市轨道交通车辆根据粘着定律，牵引力的限制条件为：三、粘着系数定义：表征轮轨间粘着状态好坏的一个系数。纯滚动时，μmax≈f静10/31/20239城市轨道交通车辆影响μmax的因素：车轮荷重线路刚度动车传动装置走行部的结构轮轨的材料及表面状态车速10/31/202310城市轨道交通车辆μmax的确定影响μmax的因数太多，很难准确计算，故用计算粘着系数μj来作为计算依据。电力机车μj=0.24+12/(100+8V)欧州铁路μj=0.161+7.5/(44+V)当R＜600mμr=μj(0.67+0.00055R)10/31/202311城市轨道交通车辆§3-3列车阻力一、概述阻力基本阻力：列车在平直道上牵引运行时的阻力；附力阻力：列车在坡道上、曲线上、隧道里及起动时所增加的阻力阻力的表示方法单位基本阻力=列车总阻力/列车总质量单位附加阻力=列车总附加阻力/列车总质量10/31/202312城市轨道交通车辆二、基本阻力单位基本阻力的计算公式10/31/202313城市轨道交通车辆三、附加阻力坡道阻力：由列车重力产生的沿坡道斜面的分力。ωi=Wi/q=±i（单位坡道阻力）曲线阻力：列车通过曲线时增加的阻力。ωr=700/R（单位曲线阻力）隧道空气附加阻力：列车通过隧道时，由活塞效应引起的阻力。单位隧道空气附加阻力用ωs表示。ωs由试验确定则单位附加阻力为：ωj=ωi+ωr+ωs10/31/202314城市轨道交通车辆起动附加阻力：列车因停留而产生的附加阻力。单位起动附加阻力公式：四、列车总阻力牵引和惰行运行时，列车总阻力：W=(ω0+ωj)G起动时，列车总阻力：Wq=(ω0+ωj+ωq)G10/31/202315城市轨道交通车辆§3-4列车运行所需功率及牵引机电功率估算一、列车运行特点影响列车运行所需功率的因素：起动加速度最大运行速度最大坡度列车编组方式车辆总质量10/31/202316城市轨道交通车辆城轨车辆牵引电机的负载特性：断续式，工作方式为短时重复。车辆在某一区段内的运行速度曲线。10/31/202317城市轨道交通车辆电机牵引特性曲线电机的额定功率可按起动加速过程、平均加速过程和能量守恒过程进行估算。10/31/202318城市轨道交通车辆二、按起动加速过程进行估算1、起动加速度（a）的概念及取值范围通常指列车起动过程中，速度从0加速至某一速度之间的平均加速度。a=△V/△t=VA/tA一般情况下地铁车辆：a=0.9~1.0m/s2轻轨车辆：a=0.8~1.3m/s210/31/202319城市轨道交通车辆2、列车平均起动牵引力F牵引力F=加速力+阻力F=9.81G[102(1+γ)a+ω0+ωq+i+ωr]3、列车牵引运行所需功率PP=FVA4、每台牵引电动机所需功率PmPm=P/n/η10/31/202320城市轨道交通车辆三、按加速到Vmax时的平均加速过程估算列车所需功率：P=GapVmax牵引电动机功率：Pm=P/n/η通常情况下：Vmax≥80km/hap=0.4m/s2Vmax≥120km/hap=0.35m/s210/31/202321城市轨道交通车辆四、按“能量守恒”估算根据能量守恒定律：列车在某区间运行时，其势能与动能之和始终保持不变。所需动能：Ev=GVmax2/2所需势能：Eh=9.81Gh所需时间：t=S/Vav所需功率：P=2(Ev+Eh)/tP(t/2)=Ev+Eh每台牵引电机所需额定功率：Pm=P/n/η