《选线设计》第2章-牵引计算.

选线设计第二章牵引计算土木工程学院岳建平牵引计算学习要求了解作用在列车上的力和运动方程式；熟悉单位合力曲线图及其应用运行速度与运行时分计算方法重点掌握牵引质量计算与检算方法牵引计算牵引计算的研究内容研究列车在各种外力的作用下，一系列与行车有关的实际问题，包括列车运行速度和时间牵引质量机车（动车）能耗列车制动距离等问题的计算与解算牵引计算的研究依据力学为基础科学实验运营实践作用在列车上的力牵引力列车运行阻力列车制动力。牵引力定义牵引力是与列车运行方向相同并可由司机根据需要调节的外力牵引力的形成F是依靠轮轨间的黏着产生的由钢轨作用于动轮轮周上的反作用力。F1＝F2＝M/R牵引力牵引力的形成机车（动车）牵引力由钢轨作用于动轮轮周上的切向外力之和，称为轮周牵引力，简称机车（动车）牵引力车钩牵引力（挽钩牵引力）：指机车(动车)用来牵引列车的牵引力，其值等于轮周牵引力减去机车（或动车）全部运行阻力。《牵引计算规程》规定牵引计算中的牵引力F均按动轮轮周牵引力计算。在货物列车牵引质量计算中需要检查车钩牵引力。牵引力牵引力的形成轮周牵引力机车（动车）重力使动轮黏着于钢轨上而产生的作用于动轮轮周上的外力之和，称为轮周牵引力，简称牵引力我国《牵引计算规程》规定：牵引计算中的机车（动车）牵引力F均按动轮轮周牵引力计算。在货物列车牵引质量计算中需要检查车钩牵引力。车钩牵引力（挽钩牵引力）：指机车用来牵引列车的牵引力，其值等于轮周牵引力减去机车全部运行阻力。牵引力黏着牵引力限制F≤Fmax=Fμ（N）Fμ——机车（动车组）黏着牵引力Fμ=1000×Pμ×g×μjPμ——机车（动车组）黏着质量(t);g——重力加速度，(9.81m/s2或近似取10m/s2)V——行车速度(km/h)μj——机车（动车组）计算黏着系数牵引力粘着牵引力限制计算黏着系数国产各型电力机车国产各型内燃机车高速动车组日本（干轨）（湿轨）德国（干轨）（湿轨）V81001224.0j＋V20759.5248.0j＋V＋852.27jV＋856.13jV＋429116.0jV＋429116.07.0j牵引力电力机车牵引性能曲线机车轮周牵引力与运行速度相互关系曲线，通常由试验得到。粘着牵引力：由黏着限制条件计算电动机牵引力：图中1、2、…8-Ⅰ、8-Ⅱ、8-Ⅲ等曲线。表示电力机车牵引电动机功率所决定的牵引力电动机允许电流限制的牵引力——图中AB斜线，表示受电机持续电流发热条件限制的牵引力；持续电流：电机长期运转不致使电机发热温度超过允许值的电流。牵引力电力机车牵引性能曲线牵引力取值及有关参数《牵规》规定：（沿着性能图上所能实现的外特性取值）电力机车牵引力取持续制，韶山3型机车自起动至机车构造速度，牵引力分别取粘着牵引力（CD段）、电动机牵引力（DA段、BE段）和电动机持续电流限制的牵引力（AB段）。最低计算速度与最大牵引力：电机持续电流限制的牵引力曲线的上限与电动机牵引力曲线的交点A点所对应的速度与牵引力称为最低计算速度Vmin与最大计算牵引力Fmax。起动牵引力：取速度为零时的粘着牵引力为起动牵引力，用于校验计算的牵引重量能否在车站启动而使用的牵引力。机车质量P、机车长度LJ，表1-1牵引力参数机型VJmin(km/h)FJmax(kN)Fq(kN)P、P(t)Vg(km/h)LJ(m)韶山143.0301.2487.31389520.4韶山348.0317.847013810021.7韶山451.5431.6649.829210032.8韶山748.0353.3487.313810022.0韶山899.7127.0230.08817717.5电力机车牵引性能参数表牵引力高速动车组牵引特性曲线CRH1动车组特性曲线列车运行阻力定义作用于列车上的阻止列车运行且不能由司机控制的外力，总阻力以W(N)表示，单位质量上所受阻力，称单位阻力，用w0（N/kN）表示。构成阻力基本阻力w0：列车在空旷地段沿平直轨道运行时所遇到的阻力；附加阻力：列车在线路上运行所受到的额外阻力，包括坡道阻力wi、曲线阻力wr、隧道阻力ws。起动阻力wq：列车起动时的阻力。列车运行阻力基本阻力构成基本阻力的的因素轴颈与轴承间的摩擦阻力；车轮与钢轨的滚动摩擦阻力车轮在钢轨上的滑动摩擦阻力轨道不平顺与车轮踏面擦伤等引起的冲击和振动阻力空气阻力计算公式基本阻力值通过试验获取，并用单位基本阻力w0表示试验公式：w0=a+bV+cV2基本阻力的实验条件：速度不小于10km/h,温度不低于-10°C,风速不大于5m/s；基本阻力机车单位基本阻力韶山1、韶山3、韶山4采用公式w0’＝2.25＋0.0190V＋0.000320V2（N/kN）韶山7w0’＝1.40＋0.0038V＋0.000348V2韶山8w0’＝1.02＋0.0035V＋0.000426V2东风4、东风4B、东风4C、东风7D：w0’＝2.28＋0.0293V＋0.000178V2（N/kN）东风8w0’＝2.40＋0.0022V＋0.000391V2（N/kN）东风11w0’＝0.86＋0.0054V＋0.000218V2（N/kN）基本阻力车辆单位基本阻力客车V≤120km/h时，21、22型w0″＝1.66＋0.0075V＋0.000155V2（N/kN）V≤140km/h时，25B、25G型w0″＝1.82＋0.010V＋0.000145V2（N/kN）V≤160km/h时，快速单层客车w0″＝1.61＋0.004V＋0.000187V2（N/kN）快速双层客车w0″＝1.24＋0.0035V＋0.000157V2（N/kN）基本阻力车辆单位基本阻力货车重车：滚动轴承w0″＝0.92＋0.0048V＋0.000125V2（N/kN）滑动轴承w0″＝1.07＋0.0011V＋0.000236V2（N/kN）空车：w0″＝2.23＋0.0053V＋0.000675V2（N/kN）基本阻力高速动车组的基本阻力CRH2：w0″＝1.12＋0.00542V＋0.000146V2（N/kN）CRH2：w0″＝0.88＋0.00744V＋0.000114V2（N/kN）CRH3：w0″＝0.66＋0.00245V＋0.000132V2（N/kN）CRH5：w0″＝0.69＋0.0063V＋0.00015V2（N/kN）基本阻力列车基本阻力与列车平均单位基本阻力列车基本阻力列车平均单位基本阻力w0W0=W0’+W0”=（Pw0’+Gw0”）×g(N)式中，P、G分别为机车质量、车辆质量(t)w0=W0/[（P+G）×g]=（Pw0’+Gw0”）/（P+G）(N/kN)列车运行阻力附加阻力坡道附加阻力曲线附加阻力隧道空气附加阻力附加阻力坡道附加阻力定义列车在坡道上运行时,其重力在平行与轨道方向产生的分力坡道附加阻力的方向列车上坡时，坡道附加阻力方向与列车运行方向相反，阻力是正值；列车下坡时，坡道附加阻力与列车运行方向相同，阻力是负值。坡道附加阻力坡道附加阻力的计算F2=M×g×sinα（kN)i--坡度值(‰);上坡为正,下坡为负.令sinα≈tanα,并将M的单位换算为kg，得：F2=1000M×g×tanα（N)因为：i=(h/l)×1000=1000×tanα,即tanα=i/1000故总的坡道阻力为：Wi=F2=M×g×i（N)单位坡道阻力为：wi=(M×g×i)/（M×g）=i（N/kN)例如：线路设计坡度为4‰,则wi=i=4（N/kN)附加阻力附加阻力曲线附加阻力含义列车在曲线上运行比在直线上运行的阻力大，增大的部分称为曲线附加阻力引起曲线附加阻力的因素1）轮轨间的纵向和横向滑动；2）轮缘与钢轨内侧面的摩擦增加；3）由于侧向力的作用，上、下心盘之间以及轴承有关部分摩擦加剧；附加阻力曲线附加阻力计算式试验公式导出公式600货物列车：wr=——(N/kN)R10.5α货物列车：wr=———(N/kN)LY2000高速旅客列车：wr=——(N/kN)R34.9α高速旅客列车：wr=———(N/kN)LY附加阻力曲线附加阻力货物列车平均单位曲线附加阻力计算LL≤LYLLLY,列车位于n个曲线上:lLyL)(600NqLgRWLr)/(5.10kNNLwlr)/(5.10)/(600kNNgLwtNLLgRwLrLYr或)/(5.10)/(600kNNLwkNNRwyrr或)(600NqLgRWYr附加阻力隧道空气附加阻力计算式22)(*111**)(*)(*LLsLsssLLLCBVGPLAwgGPFhw附加阻力附加阻力换算坡度(当量坡度）与加算坡度附加阻力换算坡度(当量坡度）附加阻力换算坡度加算坡度曲线附加阻力换算坡度为:ir=wr(‰)ij=i+ir+is(‰)隧道附加阻力换算坡度为:is=ws(‰)对应的加算阻力为:wj=wi+wr+ws(N/kN)列车运行阻力列车平均单位阻力w=w0+wj=(P×w0’+G×w0”)/(P+G)+wi+wr+ws(N/kN)列车运行阻力列车平均单位阻力例题客货共线铁路，韶山3型电力机车，机车质量P=138t，牵引质量为2620t，列车长度为500m，车辆均为滚动轴承货车；列车在9‰的上坡道上运行，运行速度为70km/h；求列车处于下列平曲线地段的列车平均单位阻力：1）曲线资料：R=1000m，α=30°；LY=523.6m2）曲线资料：R=600m，α=26°；LY=272.27m解：1、计算列车平均单位基本阻力1）韶山3型机车单位基本阻力：w0’=2.25+0.019V+0.00032V2=2.25+0.019×70+0.00032×702=5.148(N/kN)列车运行阻力列车平均单位阻力例题：解：1、计算列车平均单位基本阻力2)计算车辆单位基本阻力3)计算列车平均单位基本阻力2.加算阻力由于线路上有坡道和曲线，所以应计算相应的坡道附加阻力和曲线附加阻力滚动轴承：w0”=0.92+0.0048V+0.000125V2=0.92+0.0048×70+0.000125×702=1.8685(N/kN)w0=W0/（P+G）=（Pw0’+Gw0”）/（P+G）=(138×5.148+2620×1.8685)/(138+2620)=2.033(N/kN)列车运行阻力列车平均单位阻力例题：2.加算阻力1）单位坡道阻力为：wi=i=9（N/kN)2）单位曲线阻力为：（1）曲线1）：由于曲线长度LY=523.6m列车长度LL=500m，则：wr1=(600/R)=(600/1000)=0.589(N/kN)（2）曲线2）：由于曲线长度LY=272.27m列车长度LL=500m，则：wr2=10.5α/LL=10.5×26/500=0.536(N/kN)3.列车平均单位阻力曲线1):w=w0+wi+wr1=1.994+8.829+0.589=11.412（N/kN)曲线2):w=w0+wi+wr2=1.994+8.829+0.536=11.359（N/kN)列车运行阻力—起动阻力起动阻力机车单位起动阻力:货车单位起动阻力:内燃和电力机车：wq’=5(N/kN)滚动轴承货车：wq”=3.5(N/kN)滑动轴承货车：wq”=（3+0.4iq）(N/kN)式中：iq—起动地段的加算坡度(‰)对于滑动轴承，当wq”的计算结果小于5(N/kN)时，按5(N/kN)计算。列车制动力列车制动力:由司机操纵制动装置产生的，与列车运行方向相反的力。制动力的大小可由司机控制.闸瓦摩擦制动--空气制动空气制动力产生原理闸瓦制动：以机车上装置的空气压缩机产生的压缩空气为动力，推动机车车辆上的制动闸瓦压紧车轮轮箍，由摩擦产生制动。盘形制动：将闸瓦紧装在车轴上的制动盘而引起制动作用，也是一种摩擦制动方式。制动力闸瓦摩擦制动--空气制动动力制动--电阻制动与再生制动，液力制动