列車運(yùn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)課件：列車運(yùn)行能耗計(jì)算

《列車運(yùn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)》列車運(yùn)行能耗計(jì)算本章要點(diǎn)內(nèi)燃牽引耗油量計(jì)算電力機(jī)車耗電量計(jì)算鐵路牽引供電計(jì)算列車牽引節(jié)能方法列車牽引能耗計(jì)算內(nèi)燃牽引耗油量計(jì)算牽引能耗影響因素能耗是一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不僅表示運(yùn)營成本的高低，也反映運(yùn)輸組織工作水平。

能耗影響因素:機(jī)車類型;牽引質(zhì)量;線路條件;列車運(yùn)行速度;列車控制策略……合理的確定能耗消耗量具有經(jīng)濟(jì)意義，以及對(duì)促進(jìn)司機(jī)的操縱水平也有積極意義。計(jì)算方法內(nèi)燃機(jī)車牽引能耗包括:a.牽引運(yùn)行燃油消耗量Ey；

b.柴油機(jī)空轉(zhuǎn)燃油消耗量E0；

c.電阻制動(dòng)燃油消耗量Edz；

d.出入段及途中調(diào)車作業(yè)燃油消耗量Et，由鐵路局查定。區(qū)段內(nèi)的燃油消耗的計(jì)算公式牽引運(yùn)行燃油消耗量對(duì)應(yīng)一定工況(手柄位或柴油機(jī)轉(zhuǎn)速)和速度的單位時(shí)間燃油消耗量

ey

（kg/min），取至兩位小數(shù)。（查表）最高手柄位或柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的燃油消耗量打九折，其余手柄位的ey取值不應(yīng)大于同一速度上述最高手柄位打九折后的的ey值。DF4BDF4(貨)型內(nèi)燃機(jī)車牽引計(jì)算主要數(shù)據(jù)表計(jì)算質(zhì)量P(t)粘著質(zhì)量Pμ(t)計(jì)算粘著系數(shù)μj最低計(jì)算速度νjmin(km/h)最大計(jì)算牽引力Fjmax(kN)計(jì)算動(dòng)輪直徑Dj(mm)計(jì)算起動(dòng)牽引力Fq(kN)計(jì)算起動(dòng)阻力ωq′(N/kN)齒輪傳動(dòng)比μc最大速度νg(km/h)機(jī)車全長Lj(m)1350.248+5.9/(75+20v)20.0302.11013401.75.004.5010021.1速度v

（km/h）1016.52030405060708090100輪周牽引力F粘著牽引力356.9347.9手柄位數(shù)816710670.652.541.734.329.426.522.619.612308V=7.0/365.0193.3137.310382.968.757.95043.237.315V=14.0/350.6279.6193.3145.2115.896.681.468.256.445.116V=0/401.7347.9302.1216.8164.8131.5108.992.278.565.253單位基本阻力ω0′(N/kN)2.592.792.943.323.744.194.685.205.766.366.99燃油消耗量(kg/min)手柄位數(shù)83.003.003.003.003.003.002.982.952.902.852.80125.235.235.235.235.275.285.275.185.084.894.70157.297.297.297.297.297.287.237.146.806.405.98168.158.248.288.338.348.338.247.977.557.086.52柴油機(jī)空轉(zhuǎn)手柄位數(shù)ns0，1234567891011燃油消耗量e0(kg/min)0.350.380.410.460.520.580.640.700.770.840.92手柄位數(shù)ns1213141516燃油消耗量e0(kg/min)1.011.101.201.341.48線性插值計(jì)算方法（有級(jí)）舉例求DF4(貨)以手柄位10位、速度75km/h運(yùn)行時(shí)的燃油消耗量。解：手柄位8位75km/h耗油量：

2.95+(2.90-2.95)*(75-70)/(80-70)=2.93kg/min

手柄位12位75km/h耗油量：

5.18+(5.08-5.18)*(75-70)/(80-70)=5.13kg/min

手柄位10位75km/h耗油量：

2.93+(5.13-2.93)*(10-8)/(12-8)=4.03kg/min線性插值計(jì)算方法（無級(jí)）例：求DF4(貨)以手柄位6位、速度75km/h運(yùn)行時(shí)的燃油消耗量。解：手柄位8位75km/h耗油量：2.95+(2.90-2.95)*(75-70)/(80-70)=2.93kg/min手柄位6位75km/h耗油量：2.93*6/8=2.20kg/min舉例空轉(zhuǎn)下的內(nèi)燃機(jī)車能耗內(nèi)燃機(jī)車的惰行、空氣制動(dòng)及停站燃油消耗量，按柴油機(jī)空轉(zhuǎn)燃油消耗量E0

計(jì)算:E0=Σ(e0⊿t)

e0—柴油機(jī)空轉(zhuǎn)單位時(shí)間燃油消耗量，kg/min（由牽引計(jì)算數(shù)據(jù)表查出）內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)空轉(zhuǎn)第0、1手柄位燃油消耗量

單位：kg/minTypeDFDF4(F）DF4B(F）DF4C(F）DF8型DF11型ND5型e00.390.350.350.370.370.370.19各型內(nèi)燃機(jī)車電阻制動(dòng)工況的燃油消耗量Ed，按下式計(jì)算:

Ed=Σ(ed

⊿t)式中：ed—電阻制動(dòng)工況單位時(shí)間燃油消耗量，kg/min

電阻制動(dòng)下的內(nèi)燃機(jī)車能耗燃油消耗量計(jì)算表格式坡段序號(hào)運(yùn)行工況列車速度(km/h)牽引惰行和空氣制動(dòng)電阻制動(dòng)能耗(kg)vlv2vp⊿tyeyEy⊿t0e0E0⊿tdzedzE

能耗強(qiáng)度指標(biāo)貨運(yùn)油耗強(qiáng)度注意事項(xiàng)起動(dòng)過程中0～10km/h的單位時(shí)間燃油消耗量，DF4型機(jī)車按3kg/min取算，DF型按2.2kg/min取算。惰行、空氣制動(dòng)的單位時(shí)間燃油消耗量e0按柴油機(jī)空轉(zhuǎn)第0，1手柄位取算。牽引運(yùn)行的單位時(shí)間燃油消耗量ey，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行速度和手柄位查表或查圖計(jì)算，運(yùn)行速度應(yīng)按每個(gè)速度間隔的平均速度取值，而運(yùn)行時(shí)間應(yīng)處于同一間隔內(nèi)。機(jī)車在高原地區(qū)、高溫地區(qū)采用修正的牽引力Fx時(shí)，單位時(shí)間燃油消耗量ey也應(yīng)當(dāng)按相應(yīng)的系數(shù)λhe和λpe進(jìn)行修正。溫度修正系數(shù)溫度℃303234363840DF1.0000.9780.9750.9710.9680.964DF4(F,P)1.0000.9850.9580.9300.9040.877DF4B(F,P)1.0000.9750.9490.9240.8980.875DF4C(F)1.0001.0001.0001.0000.9830.896DF8及DF111.0000.9940.9640.9340.9040.878海拔修正系數(shù)海拔

H(m)5001000150020002500300035004000大氣壓強(qiáng)Ph(kPa)95.2389.6484.3279.4074.6170.2265.9761.85DF1.0001.0000.9120.8860.861---DF4(F,p)1.0000.9330.8550.7800.7070.6380.5690.503DF4B(F,P)45GP802-A增壓器1.0000.9680.915-----ZN310增壓器－－0.9180.8580.7980.7400.6750.615例題DF型內(nèi)燃機(jī)車雙機(jī)重聯(lián)牽引3500t的重貨物列車運(yùn)行，運(yùn)行速度與時(shí)分如下，計(jì)算燃油消耗量。工況速度間隔(km/h)運(yùn)行距離(m)運(yùn)行時(shí)分(min)起動(dòng)0～10270.30牽引8位10～1160.03牽引16位11～201000.41牽引16位20～303180.76牽引8位30～406821.17惰行40～307002.50空氣制動(dòng)30～012002.40答:牽引：Eq=2*(2.2*0.3+2.2*0.03+5.175*0.9*0.41+5.225*0.9*0.76+2.2*1.17)=3.062kg惰行和空氣制動(dòng)：E=2*0.39*（2.5+2.4）=3.822kg列車牽引能耗計(jì)算電力機(jī)車耗電量計(jì)算耗電量計(jì)算電力機(jī)車耗電量Q通常按牽引運(yùn)行耗電量Qy(包括自用電量)和惰行、制動(dòng)及停站時(shí)的自用電量Q0以及出入段及途中調(diào)車作業(yè)耗電量三部分分別進(jìn)行計(jì)算。即Q=Qy+Q0+Qt

電力機(jī)車耗電量按“有功電流”計(jì)算（電流以A為單位）SS1有功電流曲線圖SS4有功電流曲線圖未考慮再生能。牽引工況下的耗電量Uw—受電弓處網(wǎng)壓，V；Ip—時(shí)間間隔內(nèi)機(jī)車的平均有功電流，A；Ip由各型電力機(jī)車有功電流曲線或牽引計(jì)算數(shù)據(jù)表查出。最高手柄位或最高負(fù)荷的Ip值打九折，其余手柄位的取值不應(yīng)大于同一速度上述最高手柄位打九折后的的Ip值。Ip0—自用電有功電流，A；牽引運(yùn)行4軸和6軸機(jī)車取6A，8軸機(jī)車取7.5A；⊿t—相應(yīng)工況時(shí)間，min；

電力機(jī)車的惰行、制動(dòng)及停站自用電量Q0，按下式計(jì)算:

Uw—受電弓處網(wǎng)壓，V;IP0—自用電有功電流，A;⊿t—相應(yīng)工況時(shí)間，min。惰行、空氣制動(dòng)及停站時(shí)，自用電有功電流取2A；電阻制動(dòng)時(shí)，4軸和6軸機(jī)車取10A，8軸機(jī)車取13A。惰行等工況下的耗電量耗電量評(píng)價(jià)指標(biāo)出入段及途中調(diào)車作業(yè)耗電量1)出入段作業(yè)每小時(shí)100kW·h;2)途中調(diào)車作業(yè)每小時(shí)250kW·h。貨運(yùn)電力機(jī)車的能耗指標(biāo)一般采用每萬噸公里的耗電量q，按下式計(jì)算：

(kWh／(104t·km))例題SS1電力機(jī)車（一臺(tái)）牽引滾動(dòng)軸承重貨車，牽引質(zhì)量2400t，在加算坡度1.63‰的坡道上以70km/h勻速運(yùn)行，求運(yùn)行時(shí)的有功電流。解：ij=1.63，v=70km/h時(shí)的機(jī)車牽引力為：F=[138*(5.15+1.63)]+2400*(1.87+1.63)*9.81*10-3≈91.6kN

由SS1電力機(jī)車的機(jī)車牽引特性曲線圖查的手柄位相當(dāng)于33-1級(jí)，由燃油消耗量曲線圖查得Ip=96.2A。列車牽引能耗計(jì)算列車牽引供電計(jì)算輸入：來自牽引供電系統(tǒng)的電能輸出:使列車運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能供電計(jì)算的目標(biāo)與思路

計(jì)算目標(biāo)求解各列車的運(yùn)行能耗求解各列車在不同運(yùn)行工況下的運(yùn)行狀態(tài)供電系統(tǒng)能力評(píng)價(jià)與配置優(yōu)化計(jì)算思路

列車端（終端）的能耗計(jì)算

F供電計(jì)算基本原理等效電路：電源負(fù)載導(dǎo)線VsRL+-電源負(fù)載導(dǎo)線vi通過電路分析可以計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的電壓V和電流i。導(dǎo)線存在內(nèi)阻。VsRL+-電源負(fù)荷viRC內(nèi)阻

在實(shí)際的軌道交通供電網(wǎng)絡(luò)中，存在多個(gè)負(fù)載（牽引列車）和電源（變電所和制動(dòng)列車）。Vs1RL+-vi1RC1Vs2+-RC2i2供電計(jì)算基本原理

等效供電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建多電源、多負(fù)載的等效供電網(wǎng)絡(luò)時(shí)變(列車工況、位置)供電計(jì)算與列車運(yùn)行計(jì)算相互影響負(fù)荷RL決定于列車工況、速度、牽引手柄、列車節(jié)點(diǎn)處的電壓電源VTRT+-決定于列車速度和再生制動(dòng)力等效供電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建供電系統(tǒng)計(jì)算與仿真列車運(yùn)行計(jì)算與模擬列車電壓電流和牽引力列車速度、位置、工況每個(gè)步長供電計(jì)算與牽引計(jì)算都需進(jìn)行信息交換與更新供電計(jì)算與牽引計(jì)算關(guān)系仿真結(jié)果列車牽引能耗計(jì)算列車牽引節(jié)能方法牽引能量流向圖牽引能耗影響因素列車運(yùn)行速度、站間距、牽引重量與能耗的關(guān)系？線路節(jié)能坡設(shè)計(jì)有條件的區(qū)間應(yīng)設(shè)計(jì)成節(jié)能坡，即遵循“高站位、低區(qū)間”的設(shè)計(jì)原則。節(jié)能坡的使用必須與施工方法相結(jié)合。節(jié)能坡的應(yīng)用必須結(jié)合工程實(shí)際，必須與區(qū)間線路沿線的地形、地質(zhì)、地物和樁基等的實(shí)際情況相結(jié)合。站間距對(duì)牽引能耗的影響列車單耗隨站間距增加而減少，因?yàn)槠骄抗锏闹苿?dòng)次數(shù)減少有利于節(jié)能。運(yùn)行速度對(duì)牽引能耗影響牽引能耗隨運(yùn)行速度的增加而快速增加。41滿載率對(duì)牽引能耗影響牽引能耗隨滿載率的增加而增加，但人公里的單耗反