列車運行計算與設計課件：列車牽引力及其計算

列車牽引力及其計算《列車運行計算與設計》本章內容要點2牽引力的形成及分類黏著牽引力內燃機車的牽引特性及其計算方法電力機車的牽引特性及其計算方法動車組的牽引特性牽引力計算的線性插值計算方法列車牽引力的形成及分類列車運行計算與設計牽引力的定義牽引力是由動力傳動裝置引起的與列車運行方向相同的外力，使列車發生運動或加速。特點：由動力傳動裝置引起；與列車運行方向相同；司機可以控制；使列車發生運動或加速的力。內燃機車的工作原理首先柴油機把燃料的化學能轉變為柴油機的輸出功，然后通過傳動裝置將柴油機的輸出功率傳遞給機車動輪，最后依靠輪軌之間的黏著作用產生輪周牽引力。接觸網單相高壓交流電經受電弓進入機車內主變壓器降為低壓交流電，經整流和濾波后向牽引電機提供直流電。牽引電動機將電能轉變為機械能，通過齒輪傳遞給機車動輪，使動輪得到旋轉力矩，最后通過輪軌間的黏著作用產生機車牽引力。電力機車的工作原理7牽引力分類按能量轉換過程，機車牽引力分為：電力機車的受牽引電動機能力限制的牽引力和受輪軌間黏著能力限制的牽引力；內燃機車的受柴油機功率限制的牽引力和受輪軌間黏著能力限制的牽引力。按機械功傳遞過程，機車牽引力分為：

車鉤牽引力；輪周牽引力；

指示牽引力。輪周牽引力Md

表示發動機產生的扭矩；

M

表示作用于車輪的扭矩；F表示輪周牽引力。產生輪周牽引力的必要條件:機車動輪上有動力傳動裝置傳來的旋轉力矩。

動輪與鋼軌接觸并存在摩擦作用。車鉤牽引力車鉤牽引力為機車牽引客、貨車輛的縱向力，以表示，屬于機車和車輛之間相互作用的內力。歐美一些國家以此為計算標準（容易測量）。車輛列vv機車

由于機車本身移動要消耗掉一些牽引力，所以車鉤牽引力總比輪周牽引力小，即:Fg＝F－W′，或F＝Fg+W′車鉤牽引力是使列車發生運動和加速的力嗎？11指示牽引力假定機車動力傳動裝置引起的機械功毫無損失地傳到動輪周上所得到的機車牽引力。用Fi表示。指示牽引力是一個假想的概念。三種牽引力之間的大小?指示牽引力>輪周牽引力>車鉤牽引力F

＝

Fi*ηi我國《牽引計算規程》規定：牽引計算中的機車牽引力均按輪周牽引力計算，牽引質量計算中需要檢查車鉤牽引力。軌軌間的摩擦輪軌間的摩擦最大靜摩擦力與運動狀態無關的常量，理想狀態。

滑動摩擦力空轉

輪周牽引力大于輪軌間黏著力時，動輪接觸點發生相對滑動，機車速度不高，牽引力大幅降低，危害嚴重?；?/p>

制動時，制動力大于輪軌間

的黏著力，輪軌間發生相對

滑動的現象。13輪軌間的黏著車輪踏面形成圓錐形且列車運行存在沖動與振動，導致輪與軌之間會存在縱向和橫向滑動，實際摩擦力遠小于最大靜摩擦力。不是純粹的靜摩擦狀態，而是“靜中有微動”或“滾中有微滑”；在鐵路牽引和制動理論中，在分析輪軌間縱向力問題時，不用“靜摩擦”這個名詞，而以“黏著”來代替它。相應地，在黏著狀態下輪軌間縱向水平作用力的最大值就稱為黏著力，而把黏著力與輪軌間垂直載荷之比稱為黏著系數。黏著系數是大些好還是小一些好？黏著系數理論黏著系數；計算黏著系數（假定輪軌間垂直載荷在運行中固定不變）。15輪軌接觸表面狀態機車轉向架構造（徑向轉向架）運行速度環境氣候線路狀況黏著系數的影響因素黏著系數與運行速度、氣候間的關系16提高黏著牽引力的方法1改善輪軌接觸面的狀態(1)撒砂(2)用機械方法來清潔鋼軌2提高機車走行部質量(1)使動輪具有相同輪徑，使動軸具有均衡的軸重。(2)加強輪對保養，保持走行部的清潔。3優化設計：降低牽引點高度；把多臺電動機在機械上連起來；采用無級調速控制，使牽引力變化均勻等。4加裝空轉保護裝置17黏著牽引力

黏著牽引力是指受輪軌間黏著力限制的機車牽引力，計算公式為：

表示計算黏著系數。國產電力機車6K型電力機車8G型電力機車國產電傳動內燃機車ND5型電傳動內燃機車18速度(km/h)0102030405060國產電力機車0.3600.3070.2860.2750.2690.2640.2616K型電力機車0.3900.3530.3270.3090.2940.2830.2748G型電力機車0.3600.3100.2920.2790.2700.2610.254國產電傳動內燃機車0.3270.2690.2600.2570.2550.2530.253ND5電傳動內燃機車0.3320.3210.3130.3060.3000.2950.291不同運行速度下的計算黏著系數黏著系數一般隨速度增加而降低。19動車組黏著系數變化趨勢20黏著牽引特性機車的黏著牽引特性是指機車黏著牽引力與機車速度的關系。在機車牽引特性圖中以帶有陰影的曲線表示。黏著牽引力曲線21黏著牽引力修正-黏降機車在曲線上運行時，由于外軌超高及內外側動輪走行距離不同引起橫向和縱向滑動等原因，黏著系數將要減小。電力機車在曲線半徑小于600m時，計算黏著系數

μr＝μj(0.67+0.00055R)內燃機車在曲線半徑R小于550m時，計算黏著系數

μr＝μj(0.805+0.000355R)22課堂練習求DF4(貨)在半徑500m的曲線上以速度6km/h運行時的計算黏著牽引力。機車的牽引特性（內燃、電力、動車組）列車運行計算與設計內燃機車24液力傳動內燃機車內燃機車的牽引特性機車的牽引特性是指牽引力隨速度變化的曲線，由機車的性能結構決定，分為預期牽引特性和實際牽引特性兩種。預期牽引特性

設計機車時根據理論參數繪制的。實際牽引特性

以牽引實驗為基礎，并調查后得到。

客運內燃機車DF11型電傳動內燃機車(有級控制/貨物)電傳動內燃機車(有級控制/客運)1)受黏著條件的限制2)受牽引電動機允許的最大電流限制3)受傳動裝置和性能的限制4)受機車構造速度限制牽引特性的實驗測定與有效范圍傳統采用動力計法，運行試驗一般附掛試驗車加負載機車或車輛列，即在被測試對象之外，另加負載調節控制運行速度，因此也可視為加載試驗方法，測得車鉤牽引力，確定機車輪周牽引力。牽引力測試的加速度法。測試關鍵是加速度，測定較小的時間間隔內的速度變化。地點：北京東郊環行道大環，9km。電力機車28與內燃相比優點？29電力牽引比內燃牽引能源利用效率更高；高速化、重載化方面電力機車也更有優勢；電力牽引受牽引供電系統制約，靈活性相對較差，特殊情況下運行困難；由于我國能源結構特征，電力牽引產生間接的環境污染；我國鐵路運輸密度大、強度高，電力牽引是主要發展方向，但也需要保留一定量的內燃牽引。內燃與電力機車運行特性比較SS3&SS4牽引特性曲線SS4SS332習題（查機車牽引特性表）求DF4(貨)以手柄位8位、速度40km/h運行時的牽引力。求DF11以柴油機轉速980r/min、速度50km/h運行時的牽引力。求SS8以手柄位17位、速度60km/h運行時的牽引力。求SS1以手柄位33-1位、速度45.9km/h運行時的牽引力。33動車組牽引特性動車組按動力類型分為電動動車組和內燃動車組兩種，以電動動車組為主。動車組的兩種基本動力配置方式—動力集中式和動力分散式。無級控制動車組牽引力計算與機車牽引力計算基本相同。34動車組特性動力集中優點：動力裝置中安裝在2～3節車上，檢查維修比較方便；電氣設備的總重量小于動力分散的電動車組。缺點：動車的軸重較大，對線路不利；易受黏著限制。(2)動力分散優點：動力裝置分布在列車不同的位置上，能夠實現較大的牽引力，加速性能好；采用動力制動的輪對多，制動減速度大；軸重小，黏著力運用合理；編組靈活，經濟效益高；列車中一節動車的牽引動力發生故障對全列車的牽引指標影響不大。缺點：牽引動力設備數量多，總質量大。電動車組：由電氣化鐵路接觸網供電，驅動牽引電動機的動車組。按電流制又可分為直流和交流。內燃動車組：用內燃機作動力通過電傳動裝置或者液力傳動裝置驅動的動車組。按傳動方式又可分為電力傳動和液力傳動。動車組特性36型雙層內燃動車組NYJ1型液力傳動內燃動車組新曙光號型內燃動車組神州號型內燃動車組金輪號內燃動車組普天號擺式內燃動車組九江號北亞號運營區段南昌－九江南昌－景德鎮南昌－玉月山哈爾濱－牡丹江上海－南京北京－天津蘭州－玉門編組方式M+2T+MM+4T+MM+5T+MM+9T+MM+10T+MM+9T+MM+6T+M動車軸式B0－B0B－2B－2A1A－A1AB0－B0－B0B0－B0B0－B0軸重動車181922～182122.522.518.5拖車1711.411.4≤1614.5動輪直徑(新)(mm)915動車組總重(t)288372384.8828929動車組總長度(m)100.6157.2182280.6309.3定員54254666211401410最高運行速度(km/h)120120140180180160160持續速度(km/h)30352673.995.287.360持續牽引力(kN)2×352×642×802×91.92×962×1022×85起動牽引力(kN)2×702×98.62×112.62×150.52×162.52×162.52×110(0~46)起動加速度(m/s2)0.230.490.59（0～73.9）0.214(0~95.3)幾種內燃動車組主要參數

37春城號電動車組大白鯊號(DDJ1型電動車組)藍箭號(DJJ1型電動車組)先鋒號(DJF2型電動車組)中華之星號(DJJ2型電動車組)中原之星號(DJF1型電動車組)X2000擺式電動車組運營區段昆明－石林廣深線廣深線京沈客運專線京沈客運專線鄭州－武昌廣深線動力配置方式動力分散式動力集中式動力集中式動力分散式動力集中式動力分散式動力集中式編組方式M+T+M+T+T+MM+5T+TcM+5T+Tc2(2M+T)M+9T+M4(2M+T)+2TM+5T+Tc傳動方式交直傳動交直傳動交直交交直交交直交交直交交直交動車軸式B0－B0B0－B0B0－B0B0－B0B0－B0B0－B0B0－B0軸重(t)動車≤18動車≤21拖車≤15.5動車≤19.5拖車≤15.5≤15動車≤19.5拖車≤11～1216.5動車25拖車18動車組總重(t)381382391350678924398動車組總長(m)159170178155282369165定員60811404247721292399持續功率(kW)2160400048004800960064003260最高運行速度(km/h)120200200200270160210最高試驗速度(km/h)127223236250321.5178持續速度(km/h)7512710510011085100持續牽引力(kN)120108164164314.2125117.4起動牽引力(kN)180180211164400215(0~52.5)160起動加速度(m/s2)≥0.330.193(0～200)≈0.220.42(0～100)≥0.44≥0.45恒功速度范圍(km/h)127～200105～230100～250110～30052.5～160100～200幾種電動車組主要參數

38CRH動車組車型參數牽引力計算標準與取值規定（內燃機車）列車運行計算與設計牽引力的計算標準與取值規定1)有級控制、無級控制。2)持續速度：內燃機車在全功率工況下，傳動裝置可以長時間連續工作而不會過熱的機車最低速度。（這個速度下，機車牽引力一般不受黏著牽引力限制）。3)持續牽引力：持續速度下滿級位（最高柴油機轉速）的輪周牽引力。4)計算速度(最低)vj：計算牽引重量所依據的速度。計算速度不低于持續速度；速度可以上浮。5)計算牽引力(最高)Fj

：計算速度下滿級位（最高柴油機轉速）的牽引力。計算速度與計算牽引力計算速度

vjmin(km/h)計算牽引力Fjmax(kN)DF18.0190.3DF4(F)20.0302.1DF4(P)24.0251.6DF4B(F)21.8313.0DF4B(P)29.0235.2DF4C(F)24.5301.5DF831.2307.3DF1165.6160.0DF7D16.02×308.7ND522.2360.0ND225.2155.7DF4D(F)24.5341.05)計算起動牽引力Fq

計算起動牽引重量所用的牽引力，按2.5km/h計算（列車尾部起動時，機車的速度約為2.5km/h）；電傳動內燃機車，黏著牽引力與起動電流所決定的牽引力的較小者；液力傳動內燃機車，黏著牽引力與全功率牽引力的較小者；例題：

DF4(貨)的最低計算速度、最大計算牽引力以及計算起動牽引力？牽引力的計算標準與取值規定不同速度下的牽引力取值電傳動內燃機車分不受黏著牽引力限制和受黏著牽引力限制兩類。液力傳動內燃機車按黏著牽引力和滿手柄級位牽引特性中的較小值。牽引力使用系數Fy=F·λyλy＝0.98)牽引力因功率降低的修正查表

Fx=F·λp·λh·λs

空氣溫度th=（t7+2t13+t19)/4牽引力的計算標準與取值規定海拔(m)5001000150020002500300035004000大氣壓強(kPa)95.2389.6484.3279.474.6170.2265.9762.85DF1.0001.0000.9120.8660.861－－－DF4(貨、客)1.0000.9330.8550.7800.7070.6380.5690.503DF7D1.0000.9730.9260.8850.841內燃機車牽引力海拔修正系數

45環境溫度℃303234363840DF1.0000.9780.9750.9710.9680.964DF4(客貨)1.0000.9850.9580.9300.9040.877DF4B(客、貨)1.0000.9820.9520.9210.8920.864DF4c(貨)1.0000.9870.9540.9200.8860.853DF8、DF111.0000.9840.9500.9130.8770.841內燃機車牽引力環境溫度修正系數式中：t7、t13、t19——每日7、13、19時的平均外溫，℃；9)多機牽引和補機推送的牽引力修正牽引力的計算標準與取值規定例：求DF4(貨)在海拔2500m，環境溫度為36℃的隧道內以手柄位12位、速度50km/h運行時的牽引力。牽引力計算標準與取值規定（電力機車）列車運行計算與設計1）計算速度vj和計算牽引力Fj

牽引力的計算標準與取值規定黏著制525A持續制450A小時制500A黏著制：最高級位滿磁場的牽引特性與黏著牽引力曲線的交點所對應的速度和牽引力。525A小時制：以最高級位滿磁場牽引特性上小時電流所決定的速度和牽引力作為計算速度和計算牽引力。持續制：以最高級位滿磁場牽引特性上持續電流所決定的速度和牽引力作為計算速度和計算牽引力。492)持續電流：電力機車的牽引電機以額定電壓連續長時間工作的最大負荷電流。（防止牽引電機過熱）3)持續速度：電力機車實現持續電流的速度。4)計算起動牽引力Fq

取速度為0時的黏著牽引力（起動牽引力可保持到2.5km/h不變）。5)不同速度下的牽引力取值SS1自起動到41.2km/h受到黏著牽引力限制，0～10km/h范圍內牽引力取10km/h的黏著牽引力。6)牽引力使用系數

Fy=F·λy

7)多機牽引和補機推送的牽引力修正

多機牽引：全值；補機推送：0.95牽引力的計算標準與取值規定電力機車牽引力黏著制525A持續制450A持續制：黏著牽引力

滿磁場手柄級位牽引力

等電流牽引力變化線

(450A)

最大削弱磁場手柄級位牽引力曲線內燃VS電力牽引力計算區別電力機車內燃機車磁場削弱√?計算速度三種方法一種方法海拔與溫度修正?√計算啟動牽引力V=0km/hV=2.5km/h牽引力取值0～10km/h0～2.5km/h51牽引力計算方法（線性插值）列車運行計算與設計53牽引力計算的線性插值法計算法牽引特性曲線采用離散法輸入，某些情況需要計算任意點上列車速度對應的牽引力值?！读熊嚑恳嬎阋幊獭穼τ谑直坏拿枋鍪遣贿B續的。需要根據已有數據，對中間手柄位的數據需要采用線性插值法計算。54線性插值計算方法（有級）55線性插值計算方法（無級）計算質量(t)黏著質量(t)計算速度(km/h)計算牽引力(kN)計算起動牽引力(kN)計算起動阻力(N/kN)最大速度(km/h)機車全長(m)18451431649510032速度v(km/h)0102030405060708090100輪周牽引力FkN黏著牽引力649554517497484476470運行級位42/944/466/23持續制127/46615/92