电传动控制原理学习包.doc

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1、电传动控制原理学习包（作业答案全部要求手写，直接打印平时成绩无效）第一章一 动轮与钢轨间粘着的概念采用电传动方式的机车车辆 由于能量的变换方式方便 又容易控制 因而得到广泛的应用。这种方式由牵引电动机通过传动机构 将电机的转矩传递给机车轮对。这些传送电机能量的机车轮对（车轮）称为动轮对（动轮）。图1.1为机车以速度 v在平直线路上运行时一个动轮对的受力情况（忽略内部各种摩擦阻力）。为了清楚起见 图中将动轮与钢轨分离。 Gi为一个动轮对作用在钢轨上的正压力又称为轮对的轴重。牵引电动机作用在动轮上的驱动转矩M i可以用一对力形成的力偶代替。力Fi和Fi分别作用在轮轴中心的O点和轮轨接触处的O点，其

2、大小为Fi =FiMiRiRi为动轮半径。 在正压力Gi的作用下 车轮和钢轨的接触部分紧压在一起。切向力Fi使车轮上的O点具有向左运动的趋势 由于作用力Gi及轮轨接触处摩擦的作用,车轮和钢轨间产生静摩擦力 , fi为钢轨作用于车轮的力；其反作用力fi为车轮作用于钢轨的力，显然fi=fi。我们将fi称为轮周牵引力。当车轮与钢轨间未产生滑动时,车轮上O点受到两个相反方向的力Fi和fi的作用 而且 fiFi这时, O点保持相对静止,轮轨之间没有相对滑动,在力Fi的作用下,动轮对绕O点作纯滚动. 动轮与钢轨接触处,由于正压力而出现的保持轮轨接触处相对静止、而不相对滑动的现象称为“粘着”。粘着状态下的静

3、摩擦力fi又称为粘着力。 试验研究表明。轮轨间的粘着与静力学中的静摩擦具有十分相似的物理性质。驱动转矩M i产生的切向力Fi增大时,粘着力fi随之增大 并保持与Fi相等。当切向力Fi增大到某一数值时,粘着力fi达到最大值。若使切向力Fi再继续增大，fi反而迅速减小。试验证明,粘着力fi的最大值fimax与动轮对的正压力Gi成正比，即 fimax=uGi 最大粘着力与轮对正压力的比例常数称为粘着系数，用u表示。上式表明，在轴重一定的条件下轮轨间的最大粘着力由轮轨间粘着系数的大小决定。 当轮轨间出现最大粘着力后,若继续加大驱动转矩,切向力Fi将大于最大粘着力，动轮上的O将向左移动 轮轨间出现相对滑

4、动 粘着状态被破坏。动轮由纯滚动变为既有滚动也有滑动。此时对动轮的反作用力fi由静摩擦力变为滑动摩擦力 其值迅速减小；与此同时动轮的转速上升。这种因驱动转矩过大 轮轨间的粘着关系被破坏 使轮轨间出现相对滑动的现象 称为“空转。动轮出现空转时 轮轨将依靠滑动摩擦力传递切向力 这就大大削弱了传递切向力的能力 同时造成动轮踏面的擦伤。因此 机车在牵引运行中，应尽量防止出现动轮的空转.二 机车牵引力计算及限制 1、牵引力的计算机车的轮周力F为机车各动轮的轮周牵引力之和，即F=fi机车牵引力是动轮受驱动转矩作用后形成的。因为驱动转矩是可以控制的。因而机车的牵引力可以受司机控制。2、牵引力的限制条件 牵引

5、力受轮轨间粘着状态限制三、粘着系数与计算粘着系数机车在运行中，动轮与钢轨站的粘着系数受很多因素影响。其中主要的有：（1）动轮踏面与钢轨表面的状态。（2）线路的质量。（3）运行速度的高低。（4）机车有关部件的状态。粘着系数即然与很多因素有关，因而不可能制定一个包括各种因素计算公式。因而牵引计算中采用的粘着系数是经过专门试验制定的，称为计算粘着系数，用，它是机车在通常条件下能够实现的最大粘着系数。铁道部新编制的列车牵引计算规程中规定了各型电力机车和内燃机车计算粘着系数的计算公式(按TB/T 1047-1998规定),可查阅使用.四、 列车制动力的形成1. 概念:列车运行中为了降低运行速度或使列车停

6、车，利用制动装置产生与列车运行方向相反的外力，称为列车制动力。2. 制动方式:列车制动力的方法很多，主要有:(1)闸瓦制动（2）盘形制动。（3）电阻制动。（4）再生制动。（5）液力制动。（6）磁轨制动。（7）涡流制动。五、列车运行阻力1.定义:列车运行时，除前面分析的制动力外，还会受到与列车运行方向相反，而且是司机不能控制的外力。这种阻止列车运行的外力，称为列车阻力，简称阻力，用W表示。由于列车由机车和车辆组成，因而运行阻力也分别由它们产生。2.分类:阻力分为基本阻力和附加阻力两大类。(1)基本阻力是机车和车辆在运行中任何情况下都存在的阻力，用W0表示。引起基本阻力的因素很多，其中最主要的因素

7、是机车车辆部件和机车车辆表面与空气的摩擦以及车轮与钢轨间的相互磨擦和冲击。归纳起来可分为以下五类。a)轴承与轴颈之间的摩擦b)车轮与轨面间的滚动摩擦。c）车轮与轨面间的滑动摩擦。d）冲击振动。e）空气阻力。产生列车基本阻力的原因较多，影响因素复杂。因此列车的基本阻力是根据多次试验所得资料 ，经过分析研究后确定。在列车牵引计算规程中，规定了各型机车车辆单位基本阻力的计算公式,可查阅使用.(2)附加阻力只发生在个别情况下。常见的有:a) 坡道附加阻力:在坡道上运行时的坡道附加阻力Wi，单位坡道附加阻力在数值上等于该坡道坡度千分数,上坡道取正值，下坡道取负值。b) 曲线附加阻力:在曲线上运行时有曲线

8、附加阻力WR，单位曲线附加阻力等于 wr=600/R 或wr=10.5/lrR-曲线半径 lr-曲线长度c) 隧道附加阻力:在隧道内运行时有空气附加阻力WSd)其他附加阻力机车、车辆的阻力公式是在一定的气候 条件下试验得出的。气候条件变化时列车的阻力亦将发生变化 。如空气阻力将随风速和风向发生很大变化；严寒季节将使润滑油粘度增大，增大摩擦阻力。因此，大风或低气温将引起因气候条件产生的附加阻力。目前我国此项试验资料尚不足，未能提供有关此项附加阻力的计算公式，暂时酌情处理。3、加算附加阻力机车、车辆的运行附加阻力，除季节性大风外，都是因线路的平面或纵断面引起的。如前所述列车在坡道上运行时有坡道附加

9、阻力，在曲线上运行时有曲线附加阻力，在隧道内运行时有隧道空气附加阻力。这三种附加阻力有时单独存在，有时两种或三种同时并存。为了计算方便，用加算附加力WJ表示因线路条件产生的附加阻力之和。六、列车运行状态（1)牵引状态（2）惰行状态（3）制动状态七、机车牵引特性机车牵引特性的限界：1、粘着限制2、牵引电动机允许的最大电流限制3、牵引电动机允许的最高电压限制4、整流器输出特性确定的最高电压限制5、牵引电动机功率限制6、最深磁场削弱限制7、机车构造速度的限制。第一章复习题一、填空题：1、采用电传动方式的机车车辆由牵引电动机通过传动机构将（ ）的转矩传递给（ ）。2、当列车通过20的上坡道时所受到的单

10、位坡道附加阻力为（ ）3、列车运行状态有（ ），（ ），（ ）。二、名词解释：1、粘着2、空转3、抱死三 简答：1、列车制动形式有哪些？2、影响基本阻力的因素有哪些？3、隧道附加阻力产生的原因？4、附加阻力分哪几种？5、什么是加算附加阻力？1、 什么是动轮与钢轨间粘着2、 如何求解粘着牵引力3、 什么是空转，如何避免4、 什么是制动力5、 制动力分类6、 什么是运行阻力7、 运行阻力分类8、 什么是基本阻力9、 基本阻力影响因素10、 附加阻力分类11列车运行状态分几种第二章 高速铁路与高速列车学习指导：一、高速铁路的优点和特征1高速铁路的优点自1964年日本新干线投入运营至今，30多年来，高

11、速铁路迅猛发展，其根本原因是由高速铁路的优点和特征所决定的。高速铁路的优点有下列几点。（1）旅行时间短 任何一种运输工具的旅行时间，应为总旅行时间。总旅行时间应包括到达运输工具-站点的辅助时间，即从走出家门到乘坐飞机、铁路列车或汽车到达高速公路，再从飞机、铁路列车或高速公路到达目的地的辅助时间。飞机场远离城市，办理登机手续繁琐，待机时间长；高速公路起点一般设在城市边缘，出口处常堵塞；而铁路车站则处在城市中心，进站乘车非常方便。分析三种运输方式的总旅行时间表明，300 km以下的运距，高速公路具有竞争力；1000 km以上的运距，航空具有吸引力；而高速铁路在1501300 km的运距中，具有相当

12、的竞争力和极大的吸引力，是高速铁路的优势区。（2）运量大目前高速列车最大载客量可达到1300人列以上，开行密度可达到11列小时。按照16小时日运营计算，每天可以运送旅客20万余人。目前航班最大的飞机可乘坐300400人架，两地飞行按20架日计，每日只运送旅客7 0008 000人。（3）土地占用面积小 双线铁路用地宽13.7m，6车道高速公路用地宽37.5m，要完成一条高速铁路相同的运量高速公路要8车道。 法国对TGV高速铁路土地所占面积的统计，法国东南线TGVPSE长400多km，占地面积仅为戴高乐机场的80左右。（4）能源消耗低 以航空、公路、高速铁路三种运输方式比较，一人使用1 kWh能

13、源，其旅行的最长距离分别为1.1、1.7、5.0 km。即高速铁路人公里燃料消耗为汽车的23，飞机的29。（5）对环境污染小 从环境保护的角度看，高速列车使用的是电力牵引，对城市不造成任何污染。况且可以用核电和水电，不会产生任何有害气体。 此外，高速铁路的噪声也比公路小。另外在高速铁路沿线安装隔音墙时，使得所产生噪声的影响大大低于公路。（6）安全可靠 1964年日本开通新干线，30多年以来安全输送旅客30多亿人次，欧洲高速铁路已安全运送旅客5亿人次，除1998年德国ICE发生一次事故外，未发生旅客死亡事故。据统计，全世界公路交通事故每年死亡2530万人：1994年，飞机坠毁47架，1 385人

14、丧生。（7）运行准时，不受气候影响 由于装备了现代化的列车运行控制系统，保证列车在各种气候条件下的安全正点运行。日本新干线平均晚点不超过1min，西班牙AVE：高速列车承诺晚点5min退赔全部票款。（8）社会效益好 高速列车系统的发展有益于地区或城市房地产开发和就业机会的增长。在修建高速铁路的过程中，不论是机车车辆还是基础设施建设都是一种投资过程，这无疑都有益于当地经济发展。法国曾估算过：在一个投资10亿法郎(约16亿人民币)高速铁路项目中，每年可创造3500个就业机会。其中不包括因这3500人购买和消费所带来的就业机会。2高速铁路的运营特点是运行速度高，因而对高速铁路提出了新的要求。表21为

15、几条高速铁路的参数，从表中参数，我们可以得出以下几个特点。（1）选用大曲线半径 在小曲线半径时，高速行驶的列车将对钢轨产生很大的侧压力。因此为将该压力降到允许值以下，高速铁路常采用较大的曲线半径。不得巳时，只好降低列车速度。 常规铁路的曲线半径通常在1 000 m左右，个别地段甚至低于500 m，比表21中所列数值要小得多。（2）选用大坡道 由于高速铁路采用了很大的曲线半径，这样一来，在困难地段势必大大增加线路的投资。采用大坡道就可缓解这一问题。 此外，高速铁路必须是封闭的，与其他交通必须采用立交，因此在城市车站的引入线区段，有时因地形、建筑物等的影响，必须采用大坡道。 选用太坡道是减小隧道长度和数量的重要手段。在高速铁路中，当两列高速列车在隧道中交会时，有很大的压力波产生(见后面高速列车的空气动力学问题)，为减小压力波效应，必须加大两铁路线的间距并增大