列车牵引计算 陶若冰 18228306600 第三章 列车制动力 一、主要内容 (1)本章介绍制动力的产生方法 (2)讲述闸瓦摩擦系数、闸瓦压力、换算摩擦系数、换算闸瓦 压力 (3)用换算法计算列车制动力的方法 二、要求 •重点掌握用换算法计算多种摩擦材料混用时列车制动力和列车 换算制动率的取值 第一节 概 述 • 一、列车制动力的定义 由制动装置引起的、与列车运行方向相反的、司机可根 据需要控制其大小的外力，称为制动力，用字母B表示 讨论： 列车制动力与机车牵引力一样，同样是钢轨作用于车 轮的外力，所不同的是机车牵引力仅发生在机车的动轮与 钢轨间，而列车制动力则发生在全列车具有制动装置的机 车、车辆的轮轨之间 第一节 概 述 空气制动的分类： 在操纵方式上，列车制动作用按用途可分为两种：常用 制动和紧急制动 1、常用制动 常用制动是正常情况下调控列车速度或停车所施行的制 动，其作用较缓和，而且制动力可以调节，通常只用列车制 动能力的20%至80%，多数情况下，只用50%左右 第一节 概 述 2、紧急制动 紧急制动是紧急情况下为使列车尽快停住而施行的制动， 它不仅用上了全部的制动能力，而且作用比较迅猛。
二、制动力产生的方法 产生列车制动力的方法很多，主要可分为三类： 1．摩擦制动 （1）闸瓦制动：以压缩空气为动力，通过空气制动机将闸 瓦压紧车轮踏面由摩擦产生制动力 第一节 概 述 （2）盘形制动 以压缩空气为动力，通过空气制动机将闸片压紧装在车轴 或车轮上的制动盘产生摩擦形成制动力，从而减轻车轮踏面 的热负荷，延长车轮使用寿命，保证行车的安全 （3）电磁轨道制动 是利用装在转向架的制动电磁铁，通电励磁后，吸压在钢 轨上，制动电磁铁在轨面上滑行，通过磨耗板与轨面的滑动 摩擦产生制动力 第一节 概 述 2．动力制动 依靠机车的动力机械通过传动装置产生的制动力 （1）电阻制动 （2）再生制动 （3）电磁涡流制动 电磁涡流轨道制动（线性电磁涡流制动）和电磁涡流转子 制动（盘式电磁涡流制动） 第一节 概 述 小结： 闸瓦制动、盘形制动、电阻制动、再生制动、电磁涡流转 子制动，都是利用轮轨之间的粘着而转变成制动力，均属于 粘着制动，其制动力要受产生制动力的那些车轴的轮轨间粘 着力的限制 电磁轨道制动和电磁涡流轨道制动不通过轮轨间的粘着起 作用，属于非粘着制动，不受轮轨间粘着极限值的限制。
第一节 概 述 • 三、闸瓦制动力的形成 • 制动力的形成条件 （1）在司机的操纵下，制动缸的空 气压力通过基础制动装置的传递和 扩大，使闸瓦以K（kN）的压力作用于滚动的车轮踏面，引 起与车轮回转方向相反的摩擦力 为轮瓦间摩擦系 数） 第一节 概 述 • （2）轮轨接触点产生一个车轮对钢轨的纵向水平作用力 • 每块闸瓦产生的制动力亦可写成 • 结论： （1） 在不超过轮轨间粘着力的范围内，制动力的大小是 由 和K这两个数值来决定的 （2）列车制动力与机车牵引力一样，也是发生在车轮踏面 与钢轨间的外力 第一节 概 述 （3）机车牵引力仅发生在机车动轮踏面与钢轨间；列车制 动力是发生在全列车具有制动能力的轮轨处所以列车制 动力就有可能比机车牵引力大得多 四、闸瓦制动力的限制 如每轴作用在钢轨上的垂直载荷为q0、轮轨间的粘着系数为 ，每轴上的闸瓦压力为 ，故必须使： 第一节 概 述 滑行的定义： 当闸瓦和车轮的摩擦力增大到大于轮轨间粘着力，车轮就 会被抱死不转而在钢轨上滑行则滑行时的制动力就完全变 成轮轨间的滑动摩擦力 滑行时，虽然闸瓦压力很大，但制 力很小，反而延长了滑行距离，并造成车轮踏面擦伤。
第一节 概 述 易发生滑行的情况 1．当速度v低时，粘着系数 略大，而 随v下降而急剧增加， 故比值 下降易发生滑行，尤其是在快停车时，更易滑 行 2．当轨面状况不好时，粘着系数受其影响而下降，比值 低，易发生滑行 3．紧急制动时，由于闸瓦压力K值大，而使 增大，易滑 行 第二节 闸瓦摩擦系数 • 一、闸瓦摩擦系数及影响因素 1．闸瓦材质和制造工艺 2．闸瓦压力 3．列车运行速度 4．列车制动初速度 除上述几种主要因素外，闸瓦摩擦系数还与气候、接触面 状态等有关 第二节 闸瓦摩擦系数 • 二、改善闸瓦摩擦性能的措施 1．提高铸铁闸瓦中的含磷量 2．采用双侧制动或复式闸瓦 3．采用合成闸瓦 合成闸瓦是用非金属材料（石墨粉、石棉、矿渣、云母、粘土等）和 金属粉末（铸铁粉、铜粉、铅粉和铅锌等氧化物）为填充料，用橡胶或 树脂等粘性材料作为粘结剂，通过加热而成 第二节 闸瓦摩擦系数 • 三、闸瓦摩擦系数的试验公式 中磷闸瓦 高磷闸瓦： 第二节 闸瓦摩擦系数 • 低摩合成闸瓦： 高摩合成闸瓦和闸片： 式中 K—每块闸瓦的闸瓦压力,kN； • v—列车运行速度,km/h； • v0—制动初速度,km/h。
第二节 闸瓦摩擦系数 高磷铸铁闸瓦（以下简称高磷闸瓦）在普通货车和最高速度120km/h 客车（以下简称普通客车）上普遍采用；中磷铸铁闸瓦（以下简称中磷 闸瓦）在少数机车上采用；低摩合成闸瓦在少数机车上和个别普通客车 上使用；高摩合成闸瓦在和部分机车和客货车上使用，高摩合成闸片在 装有盘形制动的客车、动车组上使用新造的最高速度为120km/h的客 车也有采用盘形制动和高摩合成闸片的此外，还有一些机车使用粉末 冶金闸瓦，尚缺正规的摩擦系数公式，其摩擦系数大致相当于高摩合成 闸瓦的80%，近年来新造重载货车和行包快运车辆采用新型高摩合成闸 瓦，其摩擦系数的平均值比原高摩合成闸瓦提高23% 第三节 闸瓦压力 一、闸瓦压力的计算 机车、车辆每块闸瓦的实算闸瓦压力K按下式计算： (KN) 盘形制动每块闸片的实算闸片压力K´按下式计算： (KN) 第三节 闸瓦压力 • 闸片压力 作用在制动盘的平均摩擦半径 上，为了制动力 计算的方便，需要按下式将它换算成车轮踏面上的压力 ： (KN) • 式中 —制动缸直径，mm； —制动缸空气压力 kPa； • —基础制动装置计算传动效率； —制动倍率； • —制动缸数； —闸瓦数； • —制动盘摩擦半径mm； —车辆车轮半径mm。
第三节 闸瓦压力 • 说明： 这些都是与制动机结构有关的参数，对一定机车、车辆来说是固 定值，均可由客货车的制动倍率、制动参数表中查出 （2） 基础制动装置传动效率是实际闸瓦压力与理论计算压力的比值， 机车及客车闸瓦制动均取0.85；客车盘形制动及其踏面制动单元取 0.90；货车闸瓦制动取0.90 第三节 闸瓦压力 （3） ①紧急制动 紧急制动时制动缸空气压力 （kPa） 第三节 闸瓦压力 • ②常用制动 • 常用制动的制动缸压力与列车管减压量r(kPa)有关 • 各型机车 • 客货车三通阀，GK、120型制动机重车位 • 103型制动机重车位、104型制动机 第三节 闸瓦压力 • GK、120型制动机空车位 • 103型制动机空车位 • 二、制动率 • 制动率是闸瓦压力与重力之比，即每kN重力上所具有的闸 瓦压力 • 1．轴制动率 第三节 闸瓦压力 • 2．车辆制动率 • 3．列车制动率 • 是牵引计算中的重要指标，它表示列车所具有的制动能力 • 由于列车中常挂有制动失效的车辆（关门车），故列车制 动率往往小于车辆制动率在制动计算中，关门车的闸瓦 压力不计。
第四节 列车制动力计算的实算法 • 列车制动力B是包括机车和车辆所有起制动作用的闸瓦所 形成的制动力总和 • 设机车和各型车辆每块闸瓦的压力分别为K1、K2、···Kn， 和它们相对应的摩擦系数分别为 、 ··· ，则列车制动力为 • 列车单位制动力 第四节 列车制动力计算的实算法 • 例题：某SS7型电力机车牵引一列30辆的C50型敞车和20辆 G60A型罐车组成的重货物列车，G=3500t，司机施行紧急制 动，列车制动初速v0=60km/h ，求当列车速度降至 v=40km/h时的列车制动力和单位制动力（列车管空气压力 为500kPa） 解：1．按式计算各型车辆每块闸瓦的实算闸瓦压力K SS7型电力机车为双侧制动的六轴电力机车 mm, 由表3-1查出 k Pa, 取0.85，则： 第四节 列车制动力计算的实算法 • C50型敞车紧急制动时每块闸瓦的闸瓦压力K • 代入上式有 第四节 列车制动力计算的实算法 第四节 列车制动力计算的实算法 第五节 列车制动力计算的换算法 • 为了简化后所得到的制动力与实际制动力相等，将原来的 实际闸瓦压力K按制动力等效原则，折算为换算闸瓦压力 Kh，为了简化列车制动力的计算，不管列车中同一种摩擦 材料有多少种实算闸瓦压力值，都采取一个固定实算闸瓦 压力的实算摩擦系数作为标准，这个摩擦系数称为换算摩 擦系数。
• 制动力等效的原则就是： 第五节 列车制动力计算的换算法 • 一、换算摩擦系数 在确定换算摩擦系数时所选用的固定闸瓦压力值是人为 确定的，从理论上完全可以任意采用，但实际上应考虑尽量 与现有各型车辆的实际闸瓦压力相接近我国目前各型车辆 使用的铸铁闸瓦和低摩合成闸瓦压力加权平均值约为25kN， 将K=25kN分别代入公式得出 的计算公式 第五节 列车制动力计算的换算法 第五节 列车制动力计算的换算法 第五节 列车制动力计算的换算法 中磷闸瓦换算摩擦系数表 第五节 列车制动力计算的换算法 二、换算闸瓦压力 因机车车辆的实际闸瓦压力并不等于换算摩擦系数中所取 的固定值因而，以换算摩擦系数 代替实际摩擦系数后，为 保持制动力不变，必须使 第五节 列车制动力计算的换算法 第五节 列车制动力计算的换算法 • 机车车辆每辆换算闸瓦压力（紧急制动） 第五节 列车制动力计算的换算法 三、列车换算制动率 第五节 列车制动力计算的换算法 • 1.列车最低换算制动率的规定 通常所谓的每百吨列车重量换算闸瓦压力数，在采用法定 计量单位后，应改为100g (kN)它反映出列车制动能力 的大小，也是衡量列车制动效能的重要指标。
根据《牵规》规定的车辆每辆换算闸瓦压力以及车辆平均 质量等，推荐货物列车换算制动率的最低值按列车管压力 500kPa和600kPa分别取为0.28和0.30；普通旅客列车换算制 动率的最低值为0.58；快速旅客列车（以高摩合成闸片为基 型）换算制动率取0.32 第五节 列车制动力计算的换算法 2．《牵规》规定在解算货物列车运行时间等一般计算 时，在20‰及其以下的坡道上，允许不计入电力机车换算闸 瓦压力和质量，计算旅客列车的换算制动率时，由于电力机 车换算制动率较客车小，所以必须包括电力机车的换算闸瓦 压力和质量 四、用换算法计算列车制动力 1．紧急制动 第五节 列车制动力计算的换算法 （１）列车总制动力 当列车中制动摩擦材料为同一品种时，共用一个换算摩擦 系数，它与全列车总换算闸瓦压力的乘积就是列车的总制动 力 第五节 列车制动力计算的换算法 第五节 列车制动力计算的换算法 第五节 列车制动力计算的换算法 第五节 列车制动力计算的换算法 例题：SS3型电力机车牵引45辆车（牵引质量3000t），包括 ：标记载重50t、装有GK型制动机的重车25辆、空车5辆；标 记载重50t、装有K2型制动机的货车7辆；标记载重40t、装有 K2型制动机的重车3辆；标记载重30t、装有K1型制动机的货 车5辆。
其中关门车2辆：一辆为标记载重50t、装有K2型制动 机的重车，一辆为标记载重50t、装有GK型制动机的重车 车辆按高磷闸瓦计算，列车管空气压力为500kPa求： （1）每百吨列车重量的换算闸瓦压力； （2）制动初速度v0=80km/h时施行紧急制动，速度降。