列车运行计算与设计课件：列车牵引质量

《列车运行计算与设计》列车牵引质量本讲要点概述牵引质量的计算牵引质量的验算 牵引定数的确定列车牵引质量概述概念与内涵牵引质量：车列的自重与载重之和。目的：确定最佳的牵引质量和列车速度，使得输送能力最大，运输成本最低。列车牵引质量和运行速度是铁路运输中最重要的两个指标，决定着运输能力、运输成本和服务质量。最有利的牵引质量和运行速度，须根据机车类型和线路纵断面并结合各种技术设备因素进行详细的技术经济比较来确定。重载运输2005年国际重载协会理事会提出新的重载铁路标准，要求至少应满足下列3个条件中的2个：①列车牵引质量不少于8000t；②车列中车辆轴重达到或超过27t；③线路长度不少于150km，年计费货运量不低于4000万吨。1967年美国开行4.4万吨货物列车；前苏联开行过4万吨货物列车；澳大利亚开行过净载重为8.2万吨的货物列车。我国重载运输情况我国大秦、神朔铁路已大量开行万吨级重载列车，列车最大重量达3万吨。六大干线已普遍开行5000吨重载列车，部分区段达到5500至6500吨。2004年7月，铁道部重新发布了《铁路主要技术政策》，其中对列车重量等做出的规范包括：旅客列车编组一般不大于20辆，货物列车主要干线应逐步实现牵引定数5000吨。运煤专线可开行1万吨或2万吨的重载货物列车，部分车站到发线有效长度分别为1700米和2700米。快运货物列车重量不大于1500吨。重载铁路路基强度及稳定性问题重载铁路列车牵引问题，必须采用大功率电力或内燃机车，并追求轮轨之间的最佳黏着特性来提高机车的牵引能力。重载列车的协同操作控制问题。对我国来说还存在线路条件复杂问题。7重载运输技术难题(1)“限制坡道”的加算坡度(限制坡度)。(2)平直道上达到最高运行速度时的保有加速度。(3)起动地段的加算坡度。(4)小半径曲线的“粘降”。(5)车站到发线的有效长度。(6)“动能闯坡”的坡顶速度。(7)长大下坡道列车缓解充风时间和制动空走时间。(8)内燃机车通过长大隧道的最低限速。(9)长大坡道列车运行车钩强度分析。限制牵引质量的因素计算验算利用前五项中的一项确定牵引质量，利用其余几项中进行验算。列车牵引质量牵引质量的计算限制坡道

某个区间或区段内对牵引质量起限制作用的坡道。在限制坡道上要保证列车不低于机车计算速度运行。动能坡道：坡前具有提高列车速度的有利条件，列车可以利用动能闯坡，速度渐减但最后不低于机车计算速度通过坡道全长。限制坡道按限制坡度计算（均衡速度）列车能保持vj匀速运行出坡，则表明牵引质量正合适，此时作用于列车上的合力为零即：可得按限制坡度和机车计算速度计算牵引质量的公式为：注意事项:多机牵引或补机推送进行牵引质量计算时，机车牵引力应按各种机车计算标准的规定分别计算和叠加。多机牵引机型计算速度不同时，应以计算速度高的机型为主。计算所得牵引质量应按规定化整为10的整倍数，不足10者舍去。12内燃机车的最低计算速度及最大计算牵引力

机型最低计算速度vjmin(km/h)最大计算牵引力Fjmax(kN)DF18.0190.3DF4(货)20.0302.1DF4(客)24.0251.6DF4B(货)21.8313.0DF4B(客)29.0235.2DF4C(货)24.5301.5DF831.2307.3DF1165.6160.0DF7D16.02×308.7ND522.2360.0ND225.2155.7DF4D(货)24.5341.0例题计算DF4B(货)内燃机车在10‰限制坡道上的货物列车(车辆全部是滚动轴承重货车)的牵引质量。14例题解：DF4B(货)内燃机P=138t，vj=21.8km/h，Fj=313kN。机车的单位基本阻力：

=2.28＋0.00293v＋0.000178v2=2.28＋0.00293×21.8＋0.000178×21.82=3.0(N/kN)

滚动轴承货车的单位基本阻力：

=0.92＋0.0048v＋0.000125v2=0.92＋0.0048×21.8＋0.000125×21.82=1.08(N/kN)15牵引质量可由下式计算得到：例题例题计算SS1双机牵引滚动轴承重货车(两台机车分别操纵)，在10‰限制坡道上的牵引质量。答：SS1电力机车：P=138t，计算速度为43km/h,最大计算牵引力：301.2kN；机车SS1的单位基本阻力：2.25+0.0190*43+0.00032*43*43=3.66N/kN；滚动轴承重货车的单位基本阻力：0.92+0.0048*43+0.000125*43*43=1.36N/kN；=4533.09(t)取整为4530(t)。按平直道最高速度下保有加速度计算为了能在平直道较快地达到最高运行速度，必须使机车在接近和达到最高运行速度时仍有相当的余力，即仍能有一定的加速度a。此时，牵引质量按下式计算：

机车车辆回转质量系数，一般取0.06旅客列车：a=0.01m/s2(vmax=120km/h)a=0.015m/s2(vmax=140km/h)

a=0.02m/s2(vmax=160km/h)a=0.03~0.05m/s2(vmax=200~300km/h)

a=0.06m/s2(vmax≥300km/h)货物列车：a=0.005m/s2(vmax=80～90km/h)

18例题按平直道最高运行速度保有加速度计算DF4(货)内燃机车的牵引质量(车辆全部是滚动轴承重货车)。解：DF4(货)内燃机P=135t，vmax=90km/h，Fg=65kN机车的单位基本阻力：

=2.28＋0.00293v＋0.000178v2=2.28＋0.00293×90＋0.000178×902=3.99(N/kN)

滚动轴承货车的单位基本阻力：

=0.92＋0.0048v＋0.000125v2=0.92＋0.0048×90＋0.000125×902=2.36(N/kN)例题20牵引质量可由下式计算得到：例题起动基本阻力列车起动时的基本阻力比运行时基本阻力大，原因：起动时润滑油被挤出，油膜变薄，润滑油粘度增大，轴颈与轴承间的摩擦阻力增大；起动时车轮需从钢轨凹处抬起，从而增大了阻力；起动时需要有较大的加速力以克服列车的惯性，这个列车静态惯性力也包括在列车起动时的基本阻力之中。机车起动单位基本阻力wq′,电力和内燃机车wq′值均取5N/kN.车辆起动单位基本阻力wq″:滑动轴承货车：wq″=3+0.4iq(N/kN)

iq—起动地点的加算坡度千分数。当计算结果wq″<5N/kN时，应按wq″=5N/kN取值。滚动轴承货车取3.5N/kN。起动基本阻力起动时列车的总阻力:根据能起动的牵引质量为如果Gq<G，牵引质量取Gq，或列车在该车站不停车。按起动地段的坡度计算例题计算DF4B(货)内燃机车牵引的货物列车(车辆全部是滚动轴承重货车)在10‰的加算坡道上的起动牵引质量。解：DF4B(货)内燃机P=138t,=442.2kN。按车站到发线有效长计算列车长度不得超过区段内最短到发线有效长减去30m附加制动距离后的长度。按区段内最短到发线有效长计算的最大牵引质量为：

Gc=69.4t，Lc=14m，Gs=16t，Ls=8.8m。若Ge<G，牵引质量取Ge或禁止该车在该站停车会让。26按小半径曲线“粘降”计算在小半径曲线上，黏着系数降低，机车黏着牵引力也要减小。当黏降后的黏着牵引力Fμr小于机车的计算牵引力Fj，而且，小半径曲线所在的坡道又是坡度较大的上坡道时，牵引质量可能会受到粘降的限制。计算公式：

其中：Fμr按下式计算:（曲线半径小于600m）内燃机车：Fμr＝Fμ(0.805+0.000355R)电力机车：Fμr＝Fμ(0.67+0.00055R)DF8

牵引60辆滑动轴承货车。货车每辆平均重80t。在起动地点，坡道为3‰的上坡，曲线半径为500m。请计算列车最大牵引质量，并判断列车能否起动成功?例题解：DF8内燃机车P=138t，起动牵引力442.2kN，乘以牵引力使用系数0.9后得到最大牵引力取值为397.98kN。由于列车运行在小半径曲线上，会发生粘降现象，粘降后的机车牵引力为：Fμ=Pf*μr=Pμ*g*μj(0.805+0.000355R)=138*9.81*(0.248+5.9/75)*(0.805+0.000355*500)=434.46kN>397.98kN。

因此，仍按起动牵引限制计算。例题解：机车的起动基本阻力：5N/kN；起动地点的加算坡度千分数：iq=3+600/500=4.2N/kN；滑动轴承货车的起动基本阻力：

＝3+0.4iq=4.68N/kN；按5N/kN计算。

=4271(t)取整为4270(t)。因此，列车牵引重量不满足起动地段的加算坡度要求。例题列车牵引质量牵引质量的验算按“动能闯坡”验算特征：坡前线路纵断面有利，可提高列车速度，实现动能闯坡。某个区间或区段内坡度最大的上坡道不一定是限制坡道。但是，按另一个较大的坡度计算所得的牵引质量，列车通过坡度最大的上坡道时能否以不低于vj的速度闯过坡顶，还需要进行“闯坡验算”。通常采用试凑法进行计算。按长大下坡道缓解充风时间及制动空走时间验算施行周期制动时，每次再制动前，全列车各车辆副风缸的空气压强都必须恢复到规定值。这个过程所需要的时间，称为(缓解)充气时间tc

。同时，列车施行制动时还有一个(制动)空走时间tk。为了保证行车安全，列车缓解后速度上升到该坡道限制速度时所经过的增速时间tz应大于上述这两个时间之和，即：tz>tc+tk充气时间tc与制动机类型、列车管减压量r和牵引辆数n有关。增速时间tz按分段累计法计算：近似计算：若不满足，用试凑法确定牵引质量。步骤：1)选择三个牵引质量，分别求出相应的牵引辆数n1、n2、n3；2)求出三个牵引质量相应的增速时间tz1，tz2，tz3；3)求出三个牵引辆数的充风与空走时间和tc1+tk1，tc2+tk2，tc3+tk3；按长大下坡道缓解充风时间及制动空走时间验算4)绘制tz=g(n)和tc+tk＝f(n)曲线，由这两条曲线的交点所对应的横坐标，可找出该长大下坡道上受制动条件限制的最大牵引辆数nmax和最大牵引质量Cmax。内燃机车通过隧道时所排出的高温燃气对乘务员正常作业和身体健康有很大影响。因此《牵规》对内燃机车通过长隧道规定了最低限速：内燃机车通过长度1000m以上隧道的最低速度不得低于vj＋5km/h。按内燃机车隧道最低限速验算列车牵引质量牵引定数的确定牵引定数的确定

为了减少直通货物列车在区段站或编组站的改编作业，提高铁路运输能力，加速车辆周转，需要把一条或几条线路同方向的牵引质量作一个统一的规定，列车牵引区段的标准牵引质量。分析区段内各区间线路纵断面的实质是在充分发挥机车功率和列车动能的情况下，确定限制坡道，计算牵引质量。

绘制吨－公里图吨－公里图(G-S图)是以区间长度S为横坐标，牵引质量G为纵坐标绘制的，每一区间的吨－公里图为一矩形。其面积表示机车在该区间完成的运输工作量(吨公里)。提高牵引质量的措施配置大功率机车。采用双机牵引或补机推送。改造线路，降低坡度，加大曲线半径，延长站线等。在某些车站采取不停车或停车的方式。短时间提高机车牵引力。制定牵引定数的原则相邻区段或邻接线路的牵引定数应尽量统一，否则应考虑区段站或枢纽站改编列车的能力。如果区段站或枢纽站不能胜任每次列车的改编作业，那么就应选定较小的牵引定数。上、下行列车对数的平衡，空、重车流向合理安排等问题，还要考虑整个区段或线路的运输任务和通过能力。制定牵引定数除进行一系列计算