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1、列车制动 2014.5 主讲:李占株 第六章 列车制动计算 主要内容: 列车运行阻力和制动力的计算; 制动距离计算; 制动限速计算; 列车所需最小制动率计算; 第一节 制动减速力和常用制动限速 一、列车受力(与运行有关)分析: 牵引工况: 牵引力F和列车运行阻力W; 惰行工况: 列车运行阻力W; 制动工况: 制动力B和列车运行阻力W; 二、列车运行阻力 定义:列车与外界相互作用产生的与列车运 行方向相反、阻碍列车运行的外力。 列车运行阻力,按组成方式,可分为机车运 行阻力和车辆运行阻力。 WW+ W 列车运行阻力,按产生的原因,可分为基本 阻力和附加阻力。 基本阻力:机车、车辆, W0,W0,
2、 W0 附加阻力:列车, Wi , Wr , Ws 定义及分类 列车运行阻力,按作用范围,可分为总阻力 和单位阻力。 (1)总阻力:作用在机车、车辆或列车上 全部重量上的阻力。W kN (2)单位阻力:平均到机车、车辆或列车 每kN重力上的阻力。w N/kN 机车单位阻力 (NkN) 车辆单位阻力 (NkN) 列车阻力主要内容 列车阻力的产生及影响因素 基本阻力 附加阻力 加算坡道 阻力的计算方法 1 基本阻力 概念: 列车在空旷地段沿平直道运行时所受的阻力 。 特点: 在列车运行过程中任何时候都存在。 列车在平直道上运行只有基本阻力。 用下标“0”表示。 成因: 机车、车辆各零部件之间; 机
3、车、车辆表面与空气; 车轮与钢轨之间的摩擦与冲击。 (一)基本阻力的组成 (1) 轴承阻力 (2) 滚动阻力 (3) 滑动阻力 (4) 冲击和振动阻力 (5) 空气阻力 1) 轴承阻力:轴颈部的摩擦阻力 fi 轴摩擦阻力 Qi 轴荷重 r 轴颈半径 R 车轮半径 轴承摩擦系数 (1)轴承类型。滚动、滑动 影响摩擦系数的因素: (2)润滑油的影响。 粘度降低,系数降低 (3)列车运行速度。 随速度升高,系数先 下降后升高 (4)轴颈表面的单位压力:压力增大,系数 降低 影响摩擦系数的因素: 摩擦系数变化曲线 2) 滚动阻力:轮轨间滚动摩擦力 滚动阻力的主因 弹性波 3) 滑动阻力:轮轨间滑动摩擦
4、力 (1)车轮踏面与轨面各接触点的直径不相 等。 (2)同一轮对的两个车轮直径不同。 (3)轮对组装不正确,也要引起车轮在钢 轨上发生纵向和横向滑动。 (4)列车的蛇行运动引起轮轨间产生摩擦阻 力。 4)冲击和振动阻力 接头、轨道不平顺,车轮踏面擦伤 5)空气阻力 空气阻力由列车速度、列车外形和截面积等 因素决定。 Wa = Cxv2/2 Cx 空气阻力系数; 列车最大截面积; 空气密度; v 列车的相对速度。 空气阻力系数与物体形状的关系图 Cx = 1Cx = 1/41/5Cx = 1/20 总阻力的构成 10km/h100km/h240km/h 轴承阻力 滚动阻力 90%30%20% 滑
5、动阻力 冲击和振动阻力 8%30%25% 空气阻力 2%40%55% 总阻力的构成 (二)列车运行中基本阻力的计算 单位基本阻力的计算公式:为列车运行速度 的二次三项式。 w0A+Bv+Cv2 (N/kN) A、B、C为试验测定的常数。 v km/h 1) 机车单位基本阻力公式 (1)电力机车 SSl、SS3、SS4型 w0 =2.25+0.0190v+0.000320v2 SS7型 w0 =1.40+0.0038v+0.000348v2 SS8型 w0 =1.02+0.0035v+0.000426v2 6K型 w0 =3.25+0.0092v+0.000308v2 8G型 w0 =2.55+
6、0.0083v+0.000212v2 (2)内燃机车 DF型: w0 = 2.93+0.0070v+0.000271v2 DF8型: w0 = 2.40+0.0022v+0.000391v2 ND5型: w0 = 1.31+0.0167v+0.000391v2 ND2型: w0 = 2.98+0.0202v+0.000033v2 2) 货车单位基本阻力的计算公式 滚动轴承重货车 w0 0.92+0.0048v+0.000125v2 滑动轴承重货车 w0 1.07+0.0011v+0.000 236v2 油罐重车专列 w0 0.53+0.0121v+0.000 080v2 空货车(不分类型) w
7、0 2.23+0.005 3v+0.000 675v2 空重混编的货车按重量加权平均的方法 计算单位基本阻力。 公式: 3) 客车单位基本阻力的计算公式 客车不分空车、重车,也没有滚承、滑承之分。 公式如下: 21,22型客车 w0 1.66+0.0075v+0.000 155v2 25B、25G型客车: w0 1.82+0.0100v+0.000 145v2 快速单层客车w0 1.61+0.0040v+0.000187v2 快速双层客车w0 1.24+0.0035v+0.000157v2 4)国内动车组单位基本阻力计算公式 先锋号电动车组: 中原之星电动车组: 中华之星高速电动车组: 空气阻
8、力; v 列车速度; 空气密度; A 列车横截面面积; 头车压力阻力系数; 列车侧面气动摩擦系数 d 列车动力直径; l 列车长度。 日本新干线高速列车的空气阻力 需要注意以下问题: (1)基本阻力的试验都是在运行速度不小于 10km/h、外温不低于-10、风速一般不大于 5m/s的条件下进行的。 (2)低速运行时列车阻力变化比较复杂,所以当 v10km/h时,计算基本阻力,规定按 v=10km/h计算。 (3)装载轻浮货物的车辆,凡不足标记载重50 的可按空车,达到标记载重50及其以上的 可按重车计算其单位基本阻力。 (4)对于高速列车及无缝长钢轨的线路,阻力公 式应相应改变。 三、机车、车
9、辆起动单位基本阻力 1) 起动基本阻力的形成原因 (1)停留时,轴颈与轴承间的油量减少,摩擦系 数 增大,阻力增大; (2)列车起动时滚动阻力增大; (3)轴箱温度降低,润滑油粘度增大; (4)加速阻力的存在:克服惯性。 2) 起动单位基本阻力的计算: (1)机车起动单位基本阻力wq,电力和内燃机车 wq值均取5N/kN。 (2)车辆起动单位基本阻力wq: 滑动轴承货车:wq= 3+0.4iq (NkN)式中 iq起动地点的加算坡度千分数。 当计算结果wq Lr,可根据阻力机械功相等的原则计算 ,则有 三、隧道附加空气阻力 1) 隧道内有限制坡道时 ws Ls v2l07 (N/kN) 2)隧
10、道内无限制坡道时 ws 0.00013Ls (N/kN) 四、其他附加阻力 因气候条件引起的阻力 大风 严寒 五、加算附加阻力 定义:用单位加算附加阻力 wj 表示因线路 条件产生的单位附加阻力之和,即: wj = wi + wr + ws (N/kN) 加算坡道的坡度千分数为: ij =i + wr + ws 即 六、计算加算附加阻力注意的问题 1)假设列车为质点时:加算到坡道 A 当曲线长(隧道)坡长 B 曲线长(隧道) 坡长 通用式: 或 2)设列车为质量带时:加算到列车 A 当曲线长(坡道、隧道)列车长 B 曲线长(坡道、隧道) 列车长 Lc列车长 通用式: 六、计算加算附加阻力注意的
11、问题 (六)举例说明 有一列车长1500米,在坡度为6的下坡运行,坡内有一半 径 为500米,曲线长600米,求其附加加算阻力和坡度。 解:因为 其中 i=-6; ws=0.00013Ls=0.000130=0 所以 wj=ijiwr十ws=-6+0.48+0=-5.52(N/kN) 答:加算附加阻力为-5.52N/kN,坡度为5.52 的下坡。 3 列车运行阻力计算 1) 列车运行总阻力 (kN) 2) 列车运行单位阻力 (N/kN) 3) 列车起动总阻力 (kN) 对电力、内燃机车牵引的滚动轴承货车: (kN) 例题 SS3型电力机车牵引G=3500t滚动轴承重 货物列车,求在7上坡道起动
12、时的总 阻力。以及在该坡道上以30km/h的速 度牵引运行时,列车基本阻力、单位基 本阻力、总阻力和单位总阻力为多少? 小结 列车阻力的产生及影响因素 基本阻力 附加阻力 加算坡道 阻力的计算方法 四、列车制动力: 实算法: 闸瓦压力不同,闸瓦摩擦系数也不同 ,如果列车中各种车辆的闸瓦压力不同, 则计算相当繁琐。 换算法: 原理:用一个不随闸瓦压力变化的假定 摩擦系数来代替上式中各种车辆原来的 各个摩擦系数。为了保持制动力计算结 果等效,将各种车辆的闸瓦压力换算成 另一个数值 。 单位制动力b: 换算制动率(紧急) 常用制动系 数,可查表得 到 的取值: 随意确定一个K值(为了减小误差,应取
13、本国客货车紧急制动时算闸瓦压力平均 值,1982年颁布的牵规K值按25KN计 算。 将K值代入公式: 可算得在 不同初速下,各个速度 的 值,通常列成表,供计算时使用。 中磷闸瓦换算摩擦系数表 的确定: 已知,每种制动机所对应的实际K值 已知,实际闸瓦摩擦系数 也可计算得 到(为了计算方便,可忽略速度项)。 则: ,通常也将 计算结果列表,供计算时使用。 五、例题 东风4(货)型内燃机车两台重联,牵引货物 列车,其中有重车50辆、空车25辆。机车计算 重量P135t。车辆标记载重均为50t,自重均 为20t,GK型制动机,列车管定压是500kPa。 求: 1、列车换算制动率; 2、在列车速度为80km/h时,施行常用制动 ,列车管减压分别为60kPa和77kPa,列车速度 为75、55、35、15、5kmh时的单位制动力; 计算步骤: 计算换算闸瓦压力 ; 求紧急制动换算制动率; 查表得常用制动系数 ,求得常用制动换 算制动率 ; 根据运行速度和初速查表得换算闸瓦摩 擦系数。 计算制动力; 求减速力c; 计算结果: 六、常用制动限速: 制动减速力与列车速度有关。