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1、2020/9/27,城市轨道交通车辆,1,第三章 城轨车辆牵引计算,2020/9/27,城市轨道交通车辆,2,3-1 概述,轨道车辆牵引计算 用途：研究轨道车辆在外力作用下沿轨道运行状态及其有关问题。 依据：力学、科学实验。 研究内容：确定轨道车辆运行所需的动力。,2020/9/27,城市轨道交通车辆,3,影响轨道车辆运行的力： 牵引力F：由动车的动力传动装置引起的、由钢轨通过粘着作用在动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相同的外力。 阻力W：列车运行过程中由于各种原因自然发生的与列车运行方向相反的外力。 制动力B：由制动装置引起的、由钢轨通过粘着作用在制动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相反的
2、外力。,2020/9/27,城市轨道交通车辆,4,影响列车运行的力,牵引力F,阻力W,制动力B,牵引运行工况,惰行运行工况,制动运行工况,牵引运行工况：C=F-W 惰行运行工况：C=-W 制动运行工况：C=-（W+B）,2020/9/27,城市轨道交通车辆,5,3-2 牵引力,一、牵引力的产生 驱动轮驱动力矩 接触网受电弓变压器牵引电机减速器驱动轮驱动力矩 单个驱动轮对的驱动力 驱动轮驱动力矩驱动轮作用于钢轨的力 所引起的钢轨作用于车轮的反作用力 即为驱动力。,2020/9/27,城市轨道交通车辆,6,所有驱动轮总驱动力 即为牵引力。,2020/9/27,城市轨道交通车辆,7,以一个动轴为隔离
3、体进行受力分析则有： 0变速运动 =0匀速运动 J轮对的转动惯量 轮对的角加速度 若=0则有,2020/9/27,城市轨道交通车辆,8,二、牵引力的限制 如果 则： 驱动轮空转； 轮轨的摩擦力由静摩擦力变为动摩擦力； 动轴加速空转； 使传动装置和走行部件损坏； 轮轨接触面严重擦伤。,2020/9/27,城市轨道交通车辆,9,根据粘着定律，牵引力的限制条件为： 三、粘着系数 定义：表征轮轨间粘着状态好坏的一个系数。 纯滚动时，maxf静,2020/9/27,城市轨道交通车辆,10,影响max的因素： 车轮荷重 线路刚度 动车传动装置 走行部的结构 轮轨的材料及表面状态 车速,2020/9/27,
4、城市轨道交通车辆,11,max的确定 影响max的因数太多，很难准确计算，故用计算粘着系数j来作为计算依据。 电力机车 j=0.24+12/(100+8V) 欧州铁路 j=0.161+7.5/(44+V) 当R600m r=j(0.67+0.00055R),2020/9/27,城市轨道交通车辆,12,3-3 列车阻力,一、概述 阻力 基本阻力：列车在平直道上牵引运行时的阻力； 附力阻力：列车在坡道上、曲线上、隧道里及起动时所增加的阻力 阻力的表示方法 单位基本阻力=列车总阻力/列车总质量 单位附加阻力=列车总附加阻力/列车总质量,2020/9/27,城市轨道交通车辆,13,二、基本阻力 单位基
5、本阻力的计算公式,2020/9/27,城市轨道交通车辆,14,三、附加阻力 坡道阻力：由列车重力产生的沿坡道斜面的分力。 i=Wi/q=i（单位坡道阻力） 曲线阻力：列车通过曲线时增加的阻力。 r=700/R （单位曲线阻力） 隧道空气附加阻力：列车通过隧道时，由活塞效应引起的阻力。单位隧道空气附加阻力用s表示。 s由试验确定 则单位附加阻力为： j=i+r+ s,2020/9/27,城市轨道交通车辆,15,起动附加阻力：列车因停留而产生的附加阻力。 单位起动附加阻力公式： 四、列车总阻力 牵引和惰行运行时，列车总阻力： W=(0+j)G 起动时，列车总阻力： Wq=(0+j+q)G,2020
6、/9/27,城市轨道交通车辆,16,3-4 列车运行所需功率及牵引机电功率估算,一、列车运行特点 影响列车运行所需功率的因素： 起动加速度 最大运行速度 最大坡度 列车编组方式 车辆总质量,2020/9/27,城市轨道交通车辆,17,城轨车辆牵引电机的负载特性：断续式，工作方式为短时重复。 车辆在某一区段内的运行速度曲线。,2020/9/27,城市轨道交通车辆,18,电机牵引特性曲线,电机的额定功率可按起动加速过程、平均加速过程和能量守恒过程进行估算。,2020/9/27,城市轨道交通车辆,19,二、按起动加速过程进行估算 1、起动加速度（a）的概念及取值范围 通常指列车起动过程中，速度从0加
7、速至某一速度之间的平均加速度。 a=V/t=VA/tA 一般情况下 地铁车辆：a=0.91.0m/s2 轻轨车辆：a=0.81.3m/s2,2020/9/27,城市轨道交通车辆,20,2、列车平均起动牵引力F 牵引力F=加速力+阻力 F=9.81G102(1+)a+0+q+i+r 3、列车牵引运行所需功率P P=FVA 4、每台牵引电动机所需功率Pm Pm=P/n/,2020/9/27,城市轨道交通车辆,21,三、按加速到Vmax时的平均加速过程估算 列车所需功率：P=GapVmax 牵引电动机功率：Pm=P/n/ 通常情况下： Vmax80km/h ap=0.4m/s2 Vmax120km/h ap=0.35m/s2,2020/9/27,城市轨道交通车辆,22,四、按“能量守恒”估算 根据能量守恒定律：列车在某区间运行时，其势能与动能之和始终保持不变。 所需动能：Ev=GVmax2/2 所需势能：Eh=9.81Gh 所需时间：t=S/Vav 所需功率：P=2(Ev+Eh)/t P(t/2)=Ev+Eh 每台牵引电机所需额定功率： Pm=P/n/,2020/9/27,城市轨道交通车辆,23,思考题： 影响列车运行的力有哪些，它们与运行工况的关系？ 牵引力是怎样产生的？ 牵引力的限制条件？ 粘着系数的定义？ 列车阻力的种类？ 附加阻力的种类？ 牵引电机额定功率的估算方法？,
