列车运行计算与设计课件：列车运行能耗计算

《列车运行计算与设计》列车运行能耗计算本章要点内燃牵引耗油量计算电力机车耗电量计算铁路牵引供电计算列车牵引节能方法列车牵引能耗计算内燃牵引耗油量计算牵引能耗影响因素能耗是一项重要经济指标，不仅表示运营成本的高低，也反映运输组织工作水平。

能耗影响因素:机车类型;牵引质量;线路条件;列车运行速度;列车控制策略……合理的确定能耗消耗量具有经济意义，以及对促进司机的操纵水平也有积极意义。计算方法内燃机车牵引能耗包括:a.牵引运行燃油消耗量Ey；

b.柴油机空转燃油消耗量E0；

c.电阻制动燃油消耗量Edz；

d.出入段及途中调车作业燃油消耗量Et，由铁路局查定。区段内的燃油消耗的计算公式牵引运行燃油消耗量对应一定工况(手柄位或柴油机转速)和速度的单位时间燃油消耗量

ey

（kg/min），取至两位小数。（查表）最高手柄位或柴油机转速的燃油消耗量打九折，其余手柄位的ey取值不应大于同一速度上述最高手柄位打九折后的的ey值。DF4BDF4(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)1.011.101.201.341.48线性插值计算方法（有级）举例求DF4(货)以手柄位10位、速度75km/h运行时的燃油消耗量。解：手柄位8位75km/h耗油量：

2.95+(2.90-2.95)*(75-70)/(80-70)=2.93kg/min

手柄位12位75km/h耗油量：

5.18+(5.08-5.18)*(75-70)/(80-70)=5.13kg/min

手柄位10位75km/h耗油量：

2.93+(5.13-2.93)*(10-8)/(12-8)=4.03kg/min线性插值计算方法（无级）例：求DF4(货)以手柄位6位、速度75km/h运行时的燃油消耗量。解：手柄位8位75km/h耗油量：2.95+(2.90-2.95)*(75-70)/(80-70)=2.93kg/min手柄位6位75km/h耗油量：2.93*6/8=2.20kg/min举例空转下的内燃机车能耗内燃机车的惰行、空气制动及停站燃油消耗量，按柴油机空转燃油消耗量E0

计算:E0=Σ(e0⊿t)

e0—柴油机空转单位时间燃油消耗量，kg/min（由牵引计算数据表查出）内燃机车柴油机空转第0、1手柄位燃油消耗量

单位：kg/minTypeDFDF4(F）DF4B(F）DF4C(F）DF8型DF11型ND5型e00.390.350.350.370.370.370.19各型内燃机车电阻制动工况的燃油消耗量Ed，按下式计算:

Ed=Σ(ed

⊿t)式中：ed—电阻制动工况单位时间燃油消耗量，kg/min

电阻制动下的内燃机车能耗燃油消耗量计算表格式坡段序号运行工况列车速度(km/h)牵引惰行和空气制动电阻制动能耗(kg)vlv2vp⊿tyeyEy⊿t0e0E0⊿tdzedzE

能耗强度指标货运油耗强度注意事项起动过程中0～10km/h的单位时间燃油消耗量，DF4型机车按3kg/min取算，DF型按2.2kg/min取算。惰行、空气制动的单位时间燃油消耗量e0按柴油机空转第0，1手柄位取算。牵引运行的单位时间燃油消耗量ey，应根据运行速度和手柄位查表或查图计算，运行速度应按每个速度间隔的平均速度取值，而运行时间应处于同一间隔内。机车在高原地区、高温地区采用修正的牵引力Fx时，单位时间燃油消耗量ey也应当按相应的系数λhe和λpe进行修正。温度修正系数温度℃303234363840DF1.0000.9780.9750.9710.9680.964DF4(F,P)1.0000.9850.9580.9300.9040.877DF4B(F,P)1.0000.9750.9490.9240.8980.875DF4C(F)1.0001.0001.0001.0000.9830.896DF8及DF111.0000.9940.9640.9340.9040.878海拔修正系数海拔

H(m)5001000150020002500300035004000大气压强Ph(kPa)95.2389.6484.3279.4074.6170.2265.9761.85DF1.0001.0000.9120.8860.861---DF4(F,p)1.0000.9330.8550.7800.7070.6380.5690.503DF4B(F,P)45GP802-A增压器1.0000.9680.915-----ZN310增压器－－0.9180.8580.7980.7400.6750.615例题DF型内燃机车双机重联牵引3500t的重货物列车运行，运行速度与时分如下，计算燃油消耗量。工况速度间隔(km/h)运行距离(m)运行时分(min)起动0～10270.30牵引8位10～1160.03牵引16位11～201000.41牵引16位20～303180.76牵引8位30～406821.17惰行40～307002.50空气制动30～012002.40答:牵引：Eq=2*(2.2*0.3+2.2*0.03+5.175*0.9*0.41+5.225*0.9*0.76+2.2*1.17)=3.062kg惰行和空气制动：E=2*0.39*（2.5+2.4）=3.822kg列车牵引能耗计算电力机车耗电量计算耗电量计算电力机车耗电量Q通常按牵引运行耗电量Qy(包括自用电量)和惰行、制动及停站时的自用电量Q0以及出入段及途中调车作业耗电量三部分分别进行计算。即Q=Qy+Q0+Qt

电力机车耗电量按“有功电流”计算（电流以A为单位）SS1有功电流曲线图SS4有功电流曲线图未考虑再生能。牵引工况下的耗电量Uw—受电弓处网压，V；Ip—时间间隔内机车的平均有功电流，A；Ip由各型电力机车有功电流曲线或牵引计算数据表查出。最高手柄位或最高负荷的Ip值打九折，其余手柄位的取值不应大于同一速度上述最高手柄位打九折后的的Ip值。Ip0—自用电有功电流，A；牵引运行4轴和6轴机车取6A，8轴机车取7.5A；⊿t—相应工况时间，min；

电力机车的惰行、制动及停站自用电量Q0，按下式计算:

Uw—受电弓处网压，V;IP0—自用电有功电流，A;⊿t—相应工况时间，min。惰行、空气制动及停站时，自用电有功电流取2A；电阻制动时，4轴和6轴机车取10A，8轴机车取13A。惰行等工况下的耗电量耗电量评价指标出入段及途中调车作业耗电量1)出入段作业每小时100kW·h;2)途中调车作业每小时250kW·h。货运电力机车的能耗指标一般采用每万吨公里的耗电量q，按下式计算：

(kWh／(104t·km))例题SS1电力机车（一台）牵引滚动轴承重货车，牵引质量2400t，在加算坡度1.63‰的坡道上以70km/h匀速运行，求运行时的有功电流。解：ij=1.63，v=70km/h时的机车牵引力为：F=[138*(5.15+1.63)]+2400*(1.87+1.63)*9.81*10-3≈91.6kN

由SS1电力机车的机车牵引特性曲线图查的手柄位相当于33-1级，由燃油消耗量曲线图查得Ip=96.2A。列车牵引能耗计算列车牵引供电计算输入：来自牵引供电系统的电能输出:使列车运动的机械能供电计算的目标与思路

计算目标求解各列车的运行能耗求解各列车在不同运行工况下的运行状态供电系统能力评价与配置优化计算思路

列车端（终端）的能耗计算

F供电计算基本原理等效电路：电源负载导线VsRL+-电源负载导线vi通过电路分析可以计算各节点的电压V和电流i。导线存在内阻。VsRL+-电源负荷viRC内阻

在实际的轨道交通供电网络中，存在多个负载（牵引列车）和电源（变电所和制动列车）。Vs1RL+-vi1RC1Vs2+-RC2i2供电计算基本原理

等效供电网络的构建多电源、多负载的等效供电网络时变(列车工况、位置)供电计算与列车运行计算相互影响负荷RL决定于列车工况、速度、牵引手柄、列车节点处的电压电源VTRT+-决定于列车速度和再生制动力等效供电网络的构建供电系统计算与仿真列车运行计算与模拟列车电压电流和牵引力列车速度、位置、工况每个步长供电计算与牵引计算都需进行信息交换与更新供电计算与牵引计算关系仿真结果列车牵引能耗计算列车牵引节能方法牵引能量流向图牵引能耗影响因素列车运行速度、站间距、牵引重量与能耗的关系？线路节能坡设计有条件的区间应设计成节能坡，即遵循“高站位、低区间”的设计原则。节能坡的使用必须与施工方法相结合。节能坡的应用必须结合工程实际，必须与区间线路沿线的地形、地质、地物和桩基等的实际情况相结合。站间距对牵引能耗的影响列车单耗随站间距增加而减少，因为平均每公里的制动次数减少有利于节能。运行速度对牵引能耗影响牵引能耗随运行速度的增加而快速增加。41满载率对牵引能耗影响牵引能耗随满载率的增加而增加，但人公里的单耗反