列车制动计算

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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， W0

2、 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； 机车、车辆表面与

3、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：轮轨间滑动摩擦力,(1)车轮踏面

4、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 = 1,Cx = 1/41/5,Cx = 1/20,总阻力的构成,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

5、+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+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+0.00

6、0391v2 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) w0“ 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

7、，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,

8、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

9、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 5NkN时，应按wq=5NkN取值。 滚动轴承货车取3.5NkN。 滑动轴承货车和滚动轴承货车取值不同？,2 附加阻力,组成： 坡道附加阻力 曲线附加阻力 隧道附加阻力,i = BC/AC i = BC/ACl0001000tan 由于很小，所以i = 1000tan 1000sin 坡道单位附加阻力： wi =Wi/

10、q = qsin 1000/q =1000sin I 注： 坡度千分数即为单位坡道阻力 坡道阻力分正负。上坡为正；下坡为负 例如：坡度为6的上坡，则 wi=6N/KN； 坡度为6的下坡，则wi=-6N/KN.,一、坡道附加阻力,二、曲线附加阻力,1) 产生的原因： (1) 由于离心力和外轨超高，车轮沿钢轨的横向滑动及轮缘挤压钢轨的摩擦加剧。 (2) 曲线内外钢轨半径不等，使车轮沿钢轨的纵向滑动增加。 (3) 车体不断转动，转向架内部的摩擦加剧。,2) 计算公式: wr= A/R (N/kN) 我国标准轨距曲线附加单位阻力的计算公式为： wr = 600/R (N/kN) 如果已知曲线的中心角a

11、及弧长(即曲线长度)Lr，则 Lr =L-(L1+L2)/2或Lr =Ll,注：以上公式只限于列车长度Lc Lr的情况 若Lc 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

12、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

13、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

14、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）,的取值： 随意确定一个K值（为了减小误差，应取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，

15、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。 在一定的速度下，如果制动减速力为0，则这个速度称为均衡速度。 均衡速度实质上是一种受列车制动能力和常用制动减压量制约的一种限制速度，称为“常用制动限速”，其值取决于坡道的加算坡度、列车制动能力和常用制动时的减压量r。,第二节 制动距离及其计算,一、制动距离的定义： 制动距离就是从司机将制动阀手柄置于制动位的瞬间至列车停车 的瞬间为止列车所运行的距离。它是综合反映制动装置性能和实际制 动效果的主要技术指标。 二、制动过程的特点： 1、各车辆制动动作不一致；每辆车压力不是瞬间达到最大。 2、闸瓦压力随制动过程变化。 假设条件： (1)从0t后，全列车压力从0瞬间达到最大。 (2)在一定范围内，不计列车阻力，列车作