列车运行计算与设计课件：列车牵引力及其计算

列车牵引力及其计算《列车运行计算与设计》本章内容要点2牵引力的形成及分类黏着牵引力内燃机车的牵引特性及其计算方法电力机车的牵引特性及其计算方法动车组的牵引特性牵引力计算的线性插值计算方法列车牵引力的形成及分类列车运行计算与设计牵引力的定义牵引力是由动力传动装置引起的与列车运行方向相同的外力，使列车发生运动或加速。特点：由动力传动装置引起；与列车运行方向相同；司机可以控制；使列车发生运动或加速的力。内燃机车的工作原理首先柴油机把燃料的化学能转变为柴油机的输出功，然后通过传动装置将柴油机的输出功率传递给机车动轮，最后依靠轮轨之间的黏着作用产生轮周牵引力。接触网单相高压交流电经受电弓进入机车内主变压器降为低压交流电，经整流和滤波后向牵引电机提供直流电。牵引电动机将电能转变为机械能，通过齿轮传递给机车动轮，使动轮得到旋转力矩，最后通过轮轨间的黏着作用产生机车牵引力。电力机车的工作原理7牵引力分类按能量转换过程，机车牵引力分为：电力机车的受牵引电动机能力限制的牵引力和受轮轨间黏着能力限制的牵引力；内燃机车的受柴油机功率限制的牵引力和受轮轨间黏着能力限制的牵引力。按机械功传递过程，机车牵引力分为：

车钩牵引力；轮周牵引力；

指示牵引力。轮周牵引力Md

表示发动机产生的扭矩；

M

表示作用于车轮的扭矩；F表示轮周牵引力。产生轮周牵引力的必要条件:机车动轮上有动力传动装置传来的旋转力矩。

动轮与钢轨接触并存在摩擦作用。车钩牵引力车钩牵引力为机车牵引客、货车辆的纵向力，以表示，属于机车和车辆之间相互作用的内力。欧美一些国家以此为计算标准（容易测量）。车辆列vv机车

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′车钩牵引力是使列车发生运动和加速的力吗？11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周上所得到的机车牵引力。用Fi表示。指示牵引力是一个假想的概念。三种牵引力之间的大小?指示牵引力>轮周牵引力>车钩牵引力F

＝

Fi*ηi我国《牵引计算规程》规定：牵引计算中的机车牵引力均按轮周牵引力计算，牵引质量计算中需要检查车钩牵引力。轨轨间的摩擦轮轨间的摩擦最大静摩擦力与运动状态无关的常量，理想状态。

滑动摩擦力空转

轮周牵引力大于轮轨间黏着力时，动轮接触点发生相对滑动，机车速度不高，牵引力大幅降低，危害严重。滑行

制动时，制动力大于轮轨间

的黏着力，轮轨间发生相对

滑动的现象。13轮轨间的黏着车轮踏面形成圆锥形且列车运行存在冲动与振动，导致轮与轨之间会存在纵向和横向滑动，实际摩擦力远小于最大静摩擦力。不是纯粹的静摩擦状态，而是“静中有微动”或“滚中有微滑”；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“黏着”来代替它。相应地，在黏着状态下轮轨间纵向水平作用力的最大值就称为黏着力，而把黏着力与轮轨间垂直载荷之比称为黏着系数。黏着系数是大些好还是小一些好？黏着系数理论黏着系数；计算黏着系数（假定轮轨间垂直载荷在运行中固定不变）。15轮轨接触表面状态机车转向架构造（径向转向架）运行速度环境气候线路状况黏着系数的影响因素黏着系数与运行速度、气候间的关系16提高黏着牵引力的方法1改善轮轨接触面的状态(1)撒砂(2)用机械方法来清洁钢轨2提高机车走行部质量(1)使动轮具有相同轮径，使动轴具有均衡的轴重。(2)加强轮对保养，保持走行部的清洁。3优化设计：降低牵引点高度；把多台电动机在机械上连起来；采用无级调速控制，使牵引力变化均匀等。4加装空转保护装置17黏着牵引力

黏着牵引力是指受轮轨间黏着力限制的机车牵引力，计算公式为：

表示计算黏着系数。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18速度(km/h)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0.3320.3210.3130.3060.3000.2950.291不同运行速度下的计算黏着系数黏着系数一般随速度增加而降低。19动车组黏着系数变化趋势20黏着牵引特性机车的黏着牵引特性是指机车黏着牵引力与机车速度的关系。在机车牵引特性图中以带有阴影的曲线表示。黏着牵引力曲线21黏着牵引力修正-黏降机车在曲线上运行时，由于外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，黏着系数将要减小。电力机车在曲线半径小于600m时，计算黏着系数

μr＝μj(0.67+0.00055R)内燃机车在曲线半径R小于550m时，计算黏着系数

μr＝μj(0.805+0.000355R)22课堂练习求DF4(货)在半径500m的曲线上以速度6km/h运行时的计算黏着牵引力。机车的牵引特性（内燃、电力、动车组）列车运行计算与设计内燃机车24液力传动内燃机车内燃机车的牵引特性机车的牵引特性是指牵引力随速度变化的曲线，由机车的性能结构决定，分为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。

客运内燃机车DF11型电传动内燃机车(有级控制/货物)电传动内燃机车(有级控制/客运)1)受黏着条件的限制2)受牵引电动机允许的最大电流限制3)受传动装置和性能的限制4)受机车构造速度限制牵引特性的实验测定与有效范围传统采用动力计法，运行试验一般附挂试验车加负载机车或车辆列，即在被测试对象之外，另加负载调节控制运行速度，因此也可视为加载试验方法，测得车钩牵引力，确定机车轮周牵引力。牵引力测试的加速度法。测试关键是加速度，测定较小的时间间隔内的速度变化。地点：北京东郊环行道大环，9km。电力机车28与内燃相比优点？29电力牵引比内燃牵引能源利用效率更高；高速化、重载化方面电力机车也更有优势；电力牵引受牵引供电系统制约，灵活性相对较差，特殊情况下运行困难；由于我国能源结构特征，电力牵引产生间接的环境污染；我国铁路运输密度大、强度高，电力牵引是主要发展方向，但也需要保留一定量的内燃牵引。内燃与电力机车运行特性比较SS3&SS4牵引特性曲线SS4SS332习题（查机车牵引特性表）求DF4(货)以手柄位8位、速度40km/h运行时的牵引力。求DF11以柴油机转速980r/min、速度50km/h运行时的牵引力。求SS8以手柄位17位、速度60km/h运行时的牵引力。求SS1以手柄位33-1位、速度45.9km/h运行时的牵引力。33动车组牵引特性动车组按动力类型分为电动动车组和内燃动车组两种，以电动动车组为主。动车组的两种基本动力配置方式—动力集中式和动力分散式。无级控制动车组牵引力计算与机车牵引力计算基本相同。34动车组特性动力集中优点：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；易受黏着限制。(2)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，黏着力运用合理；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。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。按电流制又可分为直流和交流。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。按传动方式又可分为电力传动和液力传动。动车组特性36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

37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

38CRH动车组车型参数牵引力计算标准与取值规定（内燃机车）列车运行计算与设计牵引力的计算标准与取值规定1)有级控制、无级控制。2)持续速度：内燃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黏着牵引力限制）。3)持续牵引力：持续速度下满级位（最高柴油机转速）的轮周牵引力。4)计算速度(最低)vj：计算牵引重量所依据的速度。计算速度不低于持续速度；速度可以上浮。5)计算牵引力(最高)Fj

：计算速度下满级位（最高柴油机转速）的牵引力。计算速度与计算牵引力计算速度

vjmin(km/h)计算牵引力Fjmax(kN)DF18.0190.3DF4(F)20.0302.1DF4(P)24.0251.6DF4B(F)21.8313.0DF4B(P)29.0235.2DF4C(F)24.5301.5DF831.2307.3DF1165.6160.0DF7D16.02×308.7ND522.2360.0ND225.2155.7DF4D(F)24.5341.05)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（列车尾部起动时，机车的速度约为2.5km/h）；电传动内燃机车，黏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，黏着牵引力与全功率牵引力的较小者；例题：

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？牵引力的计算标准与取值规定不同速度下的牵引力取值电传动内燃机车分不受黏着牵引力限制和受黏着牵引力限制两类。液力传动内燃机车按黏着牵引力和满手柄级位牵引特性中的较小值。牵引力使用系数Fy=F·λyλy＝0.98)牵引力因功率降低的修正查表

Fx=F·λp·λh·λs

空气温度th=（t7+2t13+t19)/4牵引力的计算标准与取值规定海拔(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

45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式中：t7、t13、t19——每日7、13、19时的平均外温，℃；9)多机牵引和补机推送的牵引力修正牵引力的计算标准与取值规定例：求DF4(货)在海拔2500m，环境温度为36℃的隧道内以手柄位12位、速度50km/h运行时的牵引力。牵引力计算标准与取值规定（电力机车）列车运行计算与设计1）计算速度vj和计算牵引力Fj

牵引力的计算标准与取值规定黏着制525A持续制450A小时制500A黏着制：最高级位满磁场的牵引特性与黏着牵引力曲线的交点所对应的速度和牵引力。525A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。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。492)持续电流：电力机车的牵引电机以额定电压连续长时间工作的最大负荷电流。（防止牵引电机过热）3)持续速度：电力机车实现持续电流的速度。4)计算起动牵引力Fq

取速度为0时的黏着牵引力（起动牵引力可保持到2.5km/h不变）。5)不同速度下的牵引力取值SS1自起动到41.2km/h受到黏着牵引力限制，0～10km/h范围内牵引力取10km/h的黏着牵引力。6)牵引力使用系数

Fy=F·λy

7)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牵引力的计算标准与取值规定电力机车牵引力黏着制525A持续制450A持续制：黏着牵引力

满磁场手柄级位牵引力

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内燃VS电力牵引力计算区别电力机车内燃机车磁场削弱√˟计算速度三种方法一种方法海拔与温度修正˟√计算启动牵引力V=0km/hV=2.5km/h牵引力取值0～10km/h0～2.5km/h51牵引力计算方法（线性插值）列车运行计算与设计53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。54线性插值计算方法（有级）55线性插值计算方法（无级）计算质量(t)黏着质量(t)计算速度(km/h)计算牵引力(kN)计算起动牵引力(kN)计算起动阻力(N/kN)最大速度(km/h)机车全长(m)18451431649510032速度v(km/h)0102030405060708090100轮周牵引力FkN黏着牵引力649554517497484476470运行级位42/944/466/23持续制127/46615/92