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1、第三章第三章 城轨车辆牵引计算城轨车辆牵引计算7/25/202413 3-1 概述概述轨道车辆牵引计算轨道车辆牵引计算轨道车辆牵引计算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。问题。问题。问题。依据：力学、科学实验。依据：力学、科学实验。依据：力学、科学实验。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。研究内容：确定轨道车辆运行所需的动力。研究内容：确定轨道车辆运行所需的动力。研究内容：确定轨
2、道车辆运行所需的动力。7/25/20242影响轨道车辆运行的力：影响轨道车辆运行的力：影响轨道车辆运行的力：影响轨道车辆运行的力：牵引力牵引力牵引力牵引力F F：由动车的动力传动装置引起的、由钢轨通过由动车的动力传动装置引起的、由钢轨通过由动车的动力传动装置引起的、由钢轨通过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粘着作用在动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相同粘着作用在动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相同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。的外力。的外力。的外力。阻力阻力阻力阻力WW：列车运行过程中由于各种原因自然发生的与列
3、列车运行过程中由于各种原因自然发生的与列列车运行过程中由于各种原因自然发生的与列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。车运行方向相反的外力。车运行方向相反的外力。车运行方向相反的外力。制动力制动力制动力制动力B B：由制动装置引起的、由钢轨通过粘着作用在由制动装置引起的、由钢轨通过粘着作用在由制动装置引起的、由钢轨通过粘着作用在由制动装置引起的、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外力。制动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相反的外力。制动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相反的外力。制动轮的轮周切线方向且与列车运行方向相反的外力。7/25/202
4、43影响列车运行的力影响列车运行的力影响列车运行的力影响列车运行的力牵引力牵引力牵引力牵引力F F阻力阻力阻力阻力WW制动力制动力制动力制动力B B牵引运行工况牵引运行工况牵引运行工况牵引运行工况惰行运行工况惰行运行工况惰行运行工况惰行运行工况制动运行工况制动运行工况制动运行工况制动运行工况牵引运行工况：牵引运行工况：牵引运行工况：牵引运行工况：C=F-WC=F-W惰行运行工况：惰行运行工况：惰行运行工况：惰行运行工况：C=-WC=-W制动运行工况：制动运行工况：制动运行工况：制动运行工况：C=-C=-（W+BW+B）7/25/202443-2 牵引力牵引力一、牵引力的产生一、牵引力的产生一、
5、牵引力的产生一、牵引力的产生驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩接触网接触网接触网接触网受电弓受电弓受电弓受电弓变压器变压器变压器变压器牵引电机牵引电机牵引电机牵引电机减速器减速器减速器减速器驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩单个驱动轮对的驱动力单个驱动轮对的驱动力单个驱动轮对的驱动力单个驱动轮对的驱动力驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩驱动轮驱动力矩驱动轮作用于钢轨的力驱动轮作用于钢轨的力驱动轮作用于钢轨的力驱动轮作用于钢轨的力 所所所所引起的钢轨作用于车轮的反作用力引起的钢轨作用于车轮的反作用力引起的钢轨作用于车轮的反作用力引起的钢轨作用于
6、车轮的反作用力 即为即为即为即为驱动力驱动力。7/25/20245所有驱动轮总驱动力所有驱动轮总驱动力 即为牵引力。即为牵引力。7/25/20246以一个动轴为隔离体进行受力分析则有：以一个动轴为隔离体进行受力分析则有：以一个动轴为隔离体进行受力分析则有：以一个动轴为隔离体进行受力分析则有：00变速运动变速运动变速运动变速运动 =0 =0匀速运动匀速运动匀速运动匀速运动 J J轮对的转动惯量轮对的转动惯量轮对的转动惯量轮对的转动惯量轮对的角加速度轮对的角加速度轮对的角加速度轮对的角加速度若若若若=0=0则有则有则有则有7/25/20247二、牵引力的限制二、牵引力的限制二、牵引力的限制二、牵引
7、力的限制如果如果如果如果则：则：则：则：驱动轮空转；驱动轮空转；驱动轮空转；驱动轮空转；轮轨的摩擦力由静摩擦力变为动摩擦力；轮轨的摩擦力由静摩擦力变为动摩擦力；轮轨的摩擦力由静摩擦力变为动摩擦力；轮轨的摩擦力由静摩擦力变为动摩擦力；动轴加速空转；动轴加速空转；动轴加速空转；动轴加速空转；使传动装置和走行部件损坏；使传动装置和走行部件损坏；使传动装置和走行部件损坏；使传动装置和走行部件损坏；轮轨接触面严重擦伤。轮轨接触面严重擦伤。轮轨接触面严重擦伤。轮轨接触面严重擦伤。7/25/20248根据粘着定律，牵引力的限制条件为：根据粘着定律，牵引力的限制条件为：根据粘着定律，牵引力的限制条件为：根据粘
8、着定律，牵引力的限制条件为：三、粘着系数三、粘着系数三、粘着系数三、粘着系数定义：表征轮轨间粘着状态好坏的一个系数。定义：表征轮轨间粘着状态好坏的一个系数。定义：表征轮轨间粘着状态好坏的一个系数。定义：表征轮轨间粘着状态好坏的一个系数。纯滚动时，纯滚动时，纯滚动时，纯滚动时， maxmaxff静静静静7/25/20249影响影响影响影响 maxmax的因素：的因素：的因素：的因素：车轮荷重车轮荷重车轮荷重车轮荷重线路刚度线路刚度线路刚度线路刚度动车传动装置动车传动装置动车传动装置动车传动装置走行部的结构走行部的结构走行部的结构走行部的结构轮轨的材料及表面状态轮轨的材料及表面状态轮轨的材料及表面
9、状态轮轨的材料及表面状态车速车速车速车速7/25/202410 maxmax的确定的确定的确定的确定 影响影响影响影响 maxmax的因数太多，很难准确计算，故用计算粘着的因数太多，很难准确计算，故用计算粘着的因数太多，很难准确计算，故用计算粘着的因数太多，很难准确计算，故用计算粘着系数系数系数系数 j j来作为计算依据。来作为计算依据。来作为计算依据。来作为计算依据。电力机车电力机车电力机车电力机车 j j=0.24+12/(100+8V)=0.24+12/(100+8V)欧州铁路欧州铁路欧州铁路欧州铁路 j j=0.161+7.5/(44+V)=0.161+7.5/(44+V)当当当当R
10、R600m600m r r=j j(0.67+0.00055R)(0.67+0.00055R)7/25/2024113-3 3-3 列列列列车车阻力阻力阻力阻力一、概述一、概述一、概述一、概述阻力阻力阻力阻力基本阻力：列车在平直道上牵引运行时的阻力；基本阻力：列车在平直道上牵引运行时的阻力；基本阻力：列车在平直道上牵引运行时的阻力；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、隧道里及起动时附力阻力：列车在坡道上、曲线上、隧道里及起动时附力阻力：列车在坡道上、曲线上、隧道里及起动时附力阻力：列车在坡道上、曲线上、隧道里及起动时所增加的阻力所增加的阻力所增加的阻力所增
11、加的阻力阻力的表示方法阻力的表示方法阻力的表示方法阻力的表示方法单位基本阻力单位基本阻力单位基本阻力单位基本阻力=列车总阻力列车总阻力列车总阻力列车总阻力/ /列车总质量列车总质量列车总质量列车总质量单位附加阻力单位附加阻力单位附加阻力单位附加阻力=列车总附加阻力列车总附加阻力列车总附加阻力列车总附加阻力/ /列车总质量列车总质量列车总质量列车总质量7/25/202412二、基本阻力二、基本阻力二、基本阻力二、基本阻力单位基本阻力的计算公式单位基本阻力的计算公式单位基本阻力的计算公式单位基本阻力的计算公式7/25/202413三、附加阻力三、附加阻力三、附加阻力三、附加阻力坡道阻力：坡道阻力：
12、坡道阻力：坡道阻力：由列车重力产生的沿坡道斜面的分力。由列车重力产生的沿坡道斜面的分力。由列车重力产生的沿坡道斜面的分力。由列车重力产生的沿坡道斜面的分力。i i=W=Wi i/q=i/q=i（单位坡道阻力）（单位坡道阻力）（单位坡道阻力）（单位坡道阻力）曲线阻力：曲线阻力：曲线阻力：曲线阻力：列车通过曲线时增加的阻力。列车通过曲线时增加的阻力。列车通过曲线时增加的阻力。列车通过曲线时增加的阻力。r r=700/R =700/R （单位曲线阻力）（单位曲线阻力）（单位曲线阻力）（单位曲线阻力）隧道空气附加阻力：隧道空气附加阻力：隧道空气附加阻力：隧道空气附加阻力：列车通过隧道时，由活塞效应引起
13、的列车通过隧道时，由活塞效应引起的列车通过隧道时，由活塞效应引起的列车通过隧道时，由活塞效应引起的阻力。单位隧道空气附加阻力用阻力。单位隧道空气附加阻力用阻力。单位隧道空气附加阻力用阻力。单位隧道空气附加阻力用s s表示。表示。表示。表示。s s由试验确定由试验确定由试验确定由试验确定则单位附加阻力为：则单位附加阻力为：则单位附加阻力为：则单位附加阻力为：j j=i+i+r+ r+ s s7/25/202414起动附加阻力：起动附加阻力：起动附加阻力：起动附加阻力：列车因停留而产生的附加阻力。列车因停留而产生的附加阻力。列车因停留而产生的附加阻力。列车因停留而产生的附加阻力。单位起动附加阻力公
14、式：单位起动附加阻力公式：单位起动附加阻力公式：单位起动附加阻力公式：四、列车总阻力四、列车总阻力四、列车总阻力四、列车总阻力牵引和惰行运行时，列车总阻力：牵引和惰行运行时，列车总阻力：牵引和惰行运行时，列车总阻力：牵引和惰行运行时，列车总阻力：W=(W=(0 0+j j)G)G起动时，列车总阻力：起动时，列车总阻力：起动时，列车总阻力：起动时，列车总阻力：Wq=(Wq=(0 0+j j+q q)G)G7/25/2024153-4 3-4 列列列列车车运行所需功率及运行所需功率及运行所需功率及运行所需功率及牵牵引机引机引机引机电电功率估算功率估算功率估算功率估算一、列车运行特点一、列车运行特点
15、一、列车运行特点一、列车运行特点影响列车运行所需功率的因素：影响列车运行所需功率的因素：影响列车运行所需功率的因素：影响列车运行所需功率的因素：起动加速度起动加速度起动加速度起动加速度最大运行速度最大运行速度最大运行速度最大运行速度 最大坡度最大坡度最大坡度最大坡度列车编组方式列车编组方式列车编组方式列车编组方式车辆总质量车辆总质量车辆总质量车辆总质量7/25/202416城轨车辆牵引电机的负载特性：断续式，工作方式为短时城轨车辆牵引电机的负载特性：断续式，工作方式为短时城轨车辆牵引电机的负载特性：断续式，工作方式为短时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。重复。重复。重复。
16、车辆在某一区段内的运行速度曲线。车辆在某一区段内的运行速度曲线。车辆在某一区段内的运行速度曲线。车辆在某一区段内的运行速度曲线。7/25/202417电机牵引特性曲线电机牵引特性曲线电机牵引特性曲线电机牵引特性曲线电机的额定功率可按电机的额定功率可按电机的额定功率可按电机的额定功率可按起动加速过程起动加速过程起动加速过程起动加速过程、平均加速过程平均加速过程平均加速过程平均加速过程和和和和能量守能量守能量守能量守恒过程恒过程恒过程恒过程进行估算。进行估算。进行估算。进行估算。7/25/202418二、按起动加速过程进行估算二、按起动加速过程进行估算二、按起动加速过程进行估算二、按起动加速过程进
17、行估算1 1、起动加速度（、起动加速度（、起动加速度（、起动加速度（a a）的概念及取值范围）的概念及取值范围）的概念及取值范围）的概念及取值范围 通常指列车起动过程中，速度从通常指列车起动过程中，速度从通常指列车起动过程中，速度从通常指列车起动过程中，速度从0 0加速至某一速度加速至某一速度加速至某一速度加速至某一速度之间的平均加速度。之间的平均加速度。之间的平均加速度。之间的平均加速度。a=a=V/V/t=Vt=VA A/t /tA A一般情况下一般情况下一般情况下一般情况下地铁车辆：地铁车辆：地铁车辆：地铁车辆：2 2轻轨车辆：轻轨车辆：轻轨车辆：轻轨车辆：2 27/25/2024192
18、 2、列车平均起动牵引力、列车平均起动牵引力、列车平均起动牵引力、列车平均起动牵引力F F牵引力牵引力牵引力牵引力F=F=加速力加速力加速力加速力+阻力阻力阻力阻力F=9.81G102(1+)a+F=9.81G102(1+)a+0 0+q q+i+i+r r 3 3、列车牵引运行所需功率、列车牵引运行所需功率、列车牵引运行所需功率、列车牵引运行所需功率P PP=FVP=FVA A4 4、每台牵引电动机所需功率、每台牵引电动机所需功率、每台牵引电动机所需功率、每台牵引电动机所需功率P PmmP Pmm=P/n/=P/n/7/25/202420三、按加速到三、按加速到三、按加速到三、按加速到V V
19、maxmax时的平均加速过程估算时的平均加速过程估算时的平均加速过程估算时的平均加速过程估算列车所需功率：列车所需功率：列车所需功率：列车所需功率：P=GaP=Gap pV Vmaxmax牵引电动机功率：牵引电动机功率：牵引电动机功率：牵引电动机功率：P Pmm=P/n/=P/n/通常情况下：通常情况下：通常情况下：通常情况下：V Vmaxmax80km/h a80km/h ap p2 2V Vmaxmax120km/h a120km/h ap p2 27/25/202421四、按四、按四、按四、按“ “能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒” ”估算估算估算估算 根据能量守恒定律：列车在某区间运行
20、时，其势能与根据能量守恒定律：列车在某区间运行时，其势能与根据能量守恒定律：列车在某区间运行时，其势能与根据能量守恒定律：列车在某区间运行时，其势能与动能之和始终保持不变。动能之和始终保持不变。动能之和始终保持不变。动能之和始终保持不变。所需动能：所需动能：所需动能：所需动能：E Ev v=GV=GVmaxmax2 2/2/2所需势能：所需势能：所需势能：所需势能：E Eh h所需时间：所需时间：所需时间：所需时间：t=S/Vt=S/Vavav所需功率：所需功率：所需功率：所需功率：P=2(EP=2(Ev v+E+Eh h)/t P(t/2)=E)/t P(t/2)=Ev v+E+Eh h每台
21、牵引电机所需额定功率：每台牵引电机所需额定功率：每台牵引电机所需额定功率：每台牵引电机所需额定功率： P Pmm=P/n/=P/n/7/25/202422思考题：思考题：思考题：思考题：影响列车运行的力有哪些，影响列车运行的力有哪些，影响列车运行的力有哪些，影响列车运行的力有哪些，它们与运行工况的关系？它们与运行工况的关系？它们与运行工况的关系？它们与运行工况的关系？牵引力是怎样产生的？牵引力是怎样产生的？牵引力是怎样产生的？牵引力是怎样产生的？牵引力的限制条件？牵引力的限制条件？牵引力的限制条件？牵引力的限制条件？粘着系数的定义？粘着系数的定义？粘着系数的定义？粘着系数的定义？列车阻力的种类？列车阻力的种类？列车阻力的种类？列车阻力的种类？附加阻力的种类？附加阻力的种类？附加阻力的种类？附加阻力的种类？牵引电机额定功率的估算方法？牵引电机额定功率的估算方法？牵引电机额定功率的估算方法？牵引电机额定功率的估算方法？7/25/202423
