第1章电牵引原理.ppt

1、电力牵引和控制，第1章电力牵引原理，1.1牵引基础，轨道车辆依靠车轮和轨道之间的相互作用使车辆运行。因此，轮轨相互作用理论是轨道交通牵引的基础理论，也是区别于其他交通方式的基本特征。牵引基础的主要内容是汽车的牵引特性、调速和制动原理、牵引应用的特点、汽车牵引的运动规律、牵引计算以及所有影响牵引特性的应用技术。牵引力和制动力的形成，牵引力是使列车向前行驶的外力，其方向与行驶方向相同；制动力是阻碍列车运动的外力，其方向与运动方向相反；阻力是外部环境在列车运动过程中施加在车轮或车辆上的力，其方向与运动方向相反。根据物理学原理，滚动运动可以看作是旋转和平移的结合。一方面，轮对围绕中心o旋转，另一方面，

2、轮对向前平移，因此轮对向前运行，即轮向前运行；c点是瞬时中心点，c点相对静止地旋转和平移；菲菲点是相对静止的；产生相对静止点C的现象称为粘着，而菲菲是产生粘着的条件。fi的产生是由于fi平衡了Fi，所以钢轨施加在车轮和钢轨上的力Fi是使车辆行驶的外力，即牵引力。附着力，如果fi不能完全平衡Fi，即Fi fi，两个Fi之间的差异会加速轮对的转动，我们称这种附着力丧失现象为空转；在制动过程中，我们称之为附着损失滑动现象；对轮轨相互作用传力机理的现代研究表明，粘着现象只反映了车轮在钢轨上滚动，而力fi是由车轮与钢轨之间的轻微滑动引起的，称为蠕滑力。粘着系数，为了描述粘着引起的牵引力现象，我们定义了一

3、个参数，粘着系数，用来表示在一定轴重下，移动轮对所能获得的轮周牵引力的大小。即Fi/P，其中P是轮对的轴重，Fi是由附着力引起的牵引力或由轮轨关系引起的蠕滑力。最大附着系数umax的瞬时附着系数，由于影响轮轨关系的因素很多，附着系数是多变量的函数，虽然目前还不能用数学表达式来表示；(p，k，m)，其中：p代表轮对在轨道上的正压力，即正常压力；k代表静摩擦系数；m代表轮轨接触面的长轴与短轴之比；表示轮轨材料的弹性系数。滑移区、附着区、轮轨界面图、影响附着系数的设计因素：(1)轴重和钢轨直径的影响(2)轮对和钢轨材质值的影响(3)轮轨摩擦系数(4)机车运行部件的动态性能(4)列车运行中主要影响附着

4、系数的被动因素环境因素主要指气候和钢轨表面污染；驾驶员使用因素的操作方法、速度、加速度和线路特性；附着系数不是轮轨间力传递关系的表达式，而是轮轨间可传递牵引力的客观表示。任何引起牵引力变化的现象都可以表示为附着系数的变化，因此附着系数是电力牵引控制系统的一个重要参数。附着式电力牵引系统，电力牵引系统的根本目的是通过牵引电机产生动态牵引力使列车向前行驶，牵引力的产生依赖于轮轨间的接触力传递机构；电力牵引系统与提高车辆的附着系数umax无关，而是与实际应用中的平均附着系数有关。电力牵引系统可以提高粘附力的应用附着力控制，使驱动轮对能在各种条件下充分发挥其所施加的牵引力，即充分利用附着力；工作点丢失

5、后，可以尽快重新确定新的稳定工作点；1.2轮轨滚动接触理论是轮轨关系研究的基础，是研究列车运行时轮轨相对运动状态与接触点受力之间的关系；从轮轨滚动接触理论出发，我们可以知道如何在轮轨之间传递力；在一定条件下，轮轨之间能传递多少力；轮轨间附着力的产生和丧失：轮轨间滑动的定义，附着力与牵引力的关系等。为牵引控制系统的牵引控制提供系统评价的理论依据和测量标准。1回顾轮轨接触理论的发展，库仑定律和赫兹理论已被用于轮轨接触车辆的摩擦力传递(附着)机理。在滚动接触的研究中，蠕变的概念最早是由英国的卡特提出的，他应用弹性理论解决了二维弹性体的滚动接触问题，给出了接触点的粘着区和滑动区的划分，并指出当车轮在轨

6、道上运动时，车轮不做纯滚动，而是包含微小的滑动。卡特的理论在20多年没有得到充分发展之后，在20世纪50、60年代，物理学和铁路的研究开始与第一个将自旋概念引入滚动接触研究的剑桥大学约翰逊KL教授结合起来。对轮轨蠕变理论研究的最大贡献是荷兰代尔夫特理工大学的卡尔克JJ教授没有在粘性表面滑动；滑动区域有z切向牵引力；在滑动区域，牵引和滑动之间通常有一个角度；1972年，卡尔克提出了简化理论，引入了表面污染层的弹性参数，缩短了计算时间。1979年，Kalker发表了轮轨接触理论概览，将轮轨位移和牵引力之间的关系与适用于特定条件的基本组成联系起来。DUVOROL计算程序可以处理三维滚动接触问题。目前

7、，世界各国都承认Kalker的研究成果是蠕变理论和粘着控制基础理论的权威著作。2蠕变系统与轮/轨之间的相互作用力，1蠕变现象两种速度与标称速度之差的比值定义为蠕变(假滑移)，2轮/轨界面处的力传递现象，3蠕变速率和附着系数，轮对速度和机车运行速度符合蠕变特性曲线，我们的结论是轮/轨不是纯滚动，而是轻微滑动正是这种轻微滑动导致轮与轨之间的摩擦力传递(牵引力)。在某些轮轨条件下，允许在轮轨之间传递的力具有最大值。如果驱动力超过这个最大值。轮轨的微观滑动将变成宏观滑动，从而从根本上取消了产生传力的基础。因此，在任何时候，在各种工况下，保持轮轨之间的轻微滑动是保持机车牵引力的重要基础。1.3列车运动方程，列车在运行中受到各种外力的影响。作用在列车上的总合力c是机车牵引力f、列车总阻力w和列车总制动力b的代数和，即CFWB FiBiWj m dv/dt ma公式：FFi代表每个车轮组的牵引力之和；BBi代表每个车轮组的制动力之和，WWj代表各种阻力之和，1。列车运行的三种工况，即牵引工况F0、B0和W0，即CFW。如果FW，列车可以加速，如果F0，那么列车此时减速；空转条件F0和B0被称为空转，即没有人为的力施加到列车上。这时，CW，(1)列车