第1章 机车牵引力.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章机车牵引力,1,本章主要内容,牵引力的产生，分类,粘着系数，粘着牵引力,内燃机车牵引力及其牵引特性问题,电力机车牵引力及其牵引特性问题,动车组的牵引特性,2,机车牵引力：由动力传动装置引起的与列车运行方向相同的外力。,牵引力分类：,按能量转换过程，机车牵引力分为：,1,电力机车的受牵引电动机能力限制的牵引力，和受轮轨间粘着能力限制的牵引力；,2,内燃机车的受柴油机功率限制的牵引力和受轮轨间粘着能力限制的牵引力；,按机械功传递过程，机车牵引力分为：,1,车钩牵引力,2,轮周牵引力,3,指示牵引力,3,1,车钩牵引力与轮周牵引力,1),车钩牵引力,机车牵引客、货车辆的纵向力，以,F,g,表示。,4,机车是一种能量转换装置。使机车牵引车辆沿轨道运行的外力肯定来自钢轨和轮周。这个力的产生必需具备下列两个条件：,(1),机车动轮上有动力传动装置传来的旋转力矩。,(2),动轮与钢轨接触并存在摩擦作用。,由动力传动装置引起的，与列车运行方向相同的外力,它是司机可以调节的机车牵引力。,由于它作用于动轮轮周,(,踏面,),所以通常称为轮周牵引力。,2),轮周牵引力,5,轮周牵引力的产生,由于机车本身移动要消耗掉一些牵引力，所以车钩牵引力总比轮周牵引力小，即,F,g,F,W,，或,F,F,g,+,W,F,M,/,R,6,3),指示牵引力,假定机车动力传动装置引起的机械功毫无损失地传到动轮轮周上所得到的机车牵引力。用,F,i,表示。,则轮周牵引力为：,F,F,i,*,i,7,2,轮轨间的摩擦与粘着,1),轮轨间的摩擦,最大静摩擦力,滑动摩擦力,空转,8,2),轮轨间的粘着,纵向和横向滑动。,在铁路牵引和制动理论中，在分析轮轨间纵向力问题时，不用“静摩擦”这个名词，而以“粘着”来代替它。,相应地，在粘着状态下轮轨间纵向水平作用力的最大值就称为粘着力，而把粘着力与轮轨间垂直载荷之比称为粘着系数。,理论粘着系数。,计算粘着系数。,9,轮轨接触表面状态,运行速度,机车转向架构造,环境气候,影响计算粘着系数的因素：,10,粘着系数与运行速度、气候条件间的关系,11,提高粘着力的方法和措施,1,改善轮轨接触面的状态,(1),撒沙,(2),用机械方法来清洁钢轨,2,改善机车走行部性能,(1),使动轮具有相同的轮径，使动轴具有均衡的轴重。,(2),保持走行部的清洁。,3,优化设计：采用无级调速控制，使牵引力变化均匀。,12,3,粘着牵引力,1),定义：是受轮轨间粘着力限制的机车牵引力。,机车粘着牵引力的计算公式：,F,P,f,j,P,g,j,(,kN,),13,2),机车的计算粘着系数的经验公式：,国产电力机车,6K,型电力机车,8G,型电力机车,国产电传动内燃机车,ND,5,型电传动内燃机车,14,机车不同运行速度下的计算粘着系数表,0,10,20,30,40,50,60,国产电力机车,0.360,0.307,0.286,0.275,0.269,0.264,0.261,6K,型电力机车,0.390,0.353,0.327,0.309,0.294,0.283,0.274,8G,型电力机车,0.360,0.310,0.292,0.279,0.270,0.261,0.254,国产电传动内燃机车,0.327,0.269,0.260,0.257,0.255,0.253,0.253,ND,5,电传动内燃机车,0.332,0.321,0.313,0.306,0.300,0.295,0.291,15,3),粘降,定义,：,机车在曲线上运行时，由于钢轨超高及内外侧动轮走行距离不同引起横向和纵向滑动等原因，粘着系数将要减小。,电力机车在曲线半径及小于,600m,时，计算粘着系数,r,j,(0.67+0.00055,R,),内燃机车在曲线半径,R,小于,550m,时，计算粘着系数,r,j,(0.805+0.000355R),例：,求,SS1,型电力机车在半径为,500m,的曲线上以,50km/h,运行时的计算粘着系数。,16,4),粘着牵引特性,定义：机车粘着牵引力与机车速度的关系。,粘着牵引力曲线图,17,4,内燃机车的牵引特性及其计算标准,1),牵引特性：指牵引力随速度变化的曲线，有预期牵引特性和实际牵引特性两种。,预期牵引特性,设计机车时根据理论参数绘制的。,实际牵引特性,以牵引实验为基础，并调查后得到。,18,(1),受粘着条件的限制,(2),受牵引电机允许的最大电流限制,(3),受传动装置功率和性能的限制,(4),受机车最大速度的限制,2),机车牵引特性的有效范围,19,机车牵引特性的有效范围,20,货运内燃机车,DF,4,(,货,),的牵引特性,(1),牵引力限制,（粘着、起动电流）,(2),有级、无级,(3),外包线,(,最大功率,),(4),变化趋势,21,DF,4C,(,货,),型内燃机车牵引特性曲线图,22,客运内燃机车,DF,11,型的牵引特性,23,(1),持续速度,v,c,、,持续电流,I,c,、,持续牵引力,F,c,持续速度：,机车在,全功率,工况下，传动装置可以,长时间连续工作,而,不会过热,的机车,最低,速度。（这个速度下，机车牵引力一般不受粘着牵引力限制。）,持续牵引力：持续速度下,满级位,（柴油机最高转速）的轮周牵引力。,3),对内燃机车的规定,24,3),对内燃机车的规定,(2),计算速度,(,最低,),v,j,和计算牵引力,(,最高,),F,j,计算速度：计算,牵引重量,所依据的速度。,计算牵引力：计算速度下,满级位,（最高柴油机转速）的牵引力。,注意：,1),计算速度不低于持续速度；,2),速度可以上浮。,25,3),对内燃机车的规定,(3),计算起动牵引力,F,q,计算,起动牵引重量,所用的牵引力，按,2.5km/h,计算；,电传动内燃机车，粘着牵引力与起动电流所决定的牵引力的较小者；,液力传动内燃机车，粘着牵引力与全功率牵引力的较小者；,例：,DF4(,货,),的最低计算速度、最大计算牵引力以及计算起动牵引力？,26,3),对内燃机车的规定,(4),牵引力使用系数,F,y,=,F,y,（,y,=0.9,）,(5),牵引力因功率降低的修正,F,x,=,F,p,h,s,27,海拔,(m),500,1000,1500,2000,2500,3000,3500,4000,大气压强,(,kPa,),95.23,89.64,84.32,79.4,74.61,70.22,65.97,62.85,DF,1.000,1.000,0.912,0.866,0.861,DF,4,(,货、客,),1.000,0.933,0.855,0.780,0.707,0.638,0.569,0.503,DF,7D,1.000,0.973,0.926,0.885,0.841,内燃机车牵引力海拔修正系数表,28,环境温度,30,32,34,36,38,40,DF,1.000,0.978,0.975,0.971,0.968,0.964,DF,4,(,客货,),1.000,0.985,0.958,0.930,0.904,0.877,DF,4B,(,客、货,),1.000,0.982,0.952,0.921,0.892,0.864,DF,4c,(,货,),1.000,0.987,0.954,0.920,0.886,0.853,DF,8,、,DF,11,1.000,0.984,0.950,0.913,0.877,0.841,内燃机车牵引力环境温度修正系数表,式中：,t,7,、,t,13,、,t,19,每日,7,、,13,、,19,时的平均外温，,；,29,牵引力因功率降低的修正,例：求,DF,4,货在海拔,2000m,，环境温度为,34,时运行时的牵引力。,F,x,=,F,p,h,=,0.7800.958,F,30,3),对内燃机车的规定,(,续,),(6),多机牵引和补机推送的牵引力修正,多机牵引：,重联操纵：全值,分别操纵：,0.98,补机推送：,0.95,(7),机车计算质量、最高运用速度及全长。,31,机车牵引特性的有效范围,4),内燃机车牵引力取值,32,4),内燃机车牵引力取值,1),由起动电流限制线直接过渡到满手柄级位牵引力曲线。,DF,4B,(,客,),型内燃机车牵引特性曲线图,DF,11,型内燃机车牵引特性曲线图,33,4),内燃机车牵引力取值,DF,4C,(,货,),型内燃机车牵引特性曲线图,ND,5,(,货,),型内燃机车牵引特性曲线图,2),由粘着牵引力曲线或由起动电流限制线经粘着牵引力曲线，过渡到满手柄级位牵引力曲线。,34,SS,l,型电力机车的牵引特性：,5,电力机车的牵引特性及其计算标准,35,电力机车,电力机车牵引力的计算标准如下：,1),计算速度,v,j,和计算牵引力,F,j,(1),粘着制：最高级位满磁场的牵引特性与粘着牵引力曲线的交点所对应的速度和牵引力。,(525A),(2),小时制：以最高级位满磁场牵引特性上小时电流所决定的速度和牵引力作为计算速度和计算牵引力。,(500A),(3),持续制：以最高级位满磁场牵引特性上持续电流所决定的速度和牵引力作为计算速度和计算牵引力。,(450A),36,粘着制,525A,小时制,500A,持续制,450A,37,电力机车牵引力的计算标准,：（续）,2),牵引力使用系数,F,y,=,F,y,（,y,=0.9,）,3),计算起动牵引力,F,q,：,例：,求,SS1,电力机车的起动牵引力,F,q,4),多机牵引和补机推送的牵引力修正,多机牵引：全值,补机推送：,0.95,38,电力机车牵引力取值,1),粘着制：粘着牵引力限制线,不等电流牵引力变化线,(525A-500A),最大削弱磁场手柄级位牵引力曲线。,2),小时制,：粘着牵引力限制线,满磁场手柄级位牵引力曲线,等电流牵引力变化线,(500A),最大削弱磁场手柄级位牵引力曲线。,3),持续值,：粘着牵引力限制线,满磁场手柄级位牵引力曲线,等电流牵引力变化线,(450A),最大削弱磁场手柄级位牵引力曲线。,39,牵引力计算的线性插值法计算法,牵引特性曲线采用离散法输入，某些情况需要计算任意点上列车速度对应的牵引力值。,列车牵引计算规程,对于手柄位的描述是不连续的。,需要根据已有数据，对中间手柄位的数据需要采用线性插值法计算。,40,机车牵引力的线性插值计算图,41,动车组的牵引特性,按牵引动力分布方式分为：,动力集中,动力分散,42,动车组的牵引特性,动力集中,优点：,动力装置中安装在,2,3,节车上，检查维修比较方便；,电气设备的总重量小于动力分散的电动车组。,缺点：,动车的轴重较大，对线路不利；,易受粘着限制。,43,动车组的牵引特性,动力分散,优点：,动力装置分布在列车不同的位置上，能够实现较大的牵引力，加速性能好；,采用动力制动的轮对多，制动减速度大；,轴重小，粘着力运用合理；,编组灵活，经济效益高；,列车中一节动车的牵引动力发生故障对全列车的牵引指标影响不大。,缺点：牵引动力设备数量多，总质量大。,44,动车组的牵引特性,按动力类型分为：,电动车组：由电气化铁路接触网供电，驱动牵引电动机的动车组,按电流制分为：,直流,交流,内燃动车组：用内燃机作动力通过电传动装置或者液力传动装置驱动的动车组,按传动方式分为：,电力传动,液力传动。,45,日本新干线,E1,系动车组牵引力曲线,日本新干线,E1,系动车组单位牵引力曲线,国外动车组,46,日本新干线,500,系电动车组牵引特性曲线,国外动车组,47,德国,ICE1,型电动车组牵引特性曲线,国外动车组,48,蓝箭号（,DJJ1,型）电动车组牵引特性曲线,国内动车组,由株洲电力机车厂、长春客车厂和株洲电力机车研究所共同研制成功。首列动车组于,2001,年,1,月,6,日在广深线上投入运营，命名为“蓝箭”号。,DJJ1,电动车组是动力集中式，编组形式,M+5T+Tc,，定员,421,人。,49,中华之星,（,DJJ2,型）,动车组牵引特性曲线,国内动车组,由株洲电力机车厂、大同电力机车有限责任公司、长春轨道客车股份有限公司、四方机车车辆股份有限公司、株洲电力机车研究所、四方车辆研究所、戚墅堰机车车辆工艺研究所、中国铁道科学研究院、西南交通大学、中南大学等单位联合研制，命名为“中华之星”。动车组是动力集中式，由,2,动,9,拖组成固定编组，,50,大白鲨,DDJ1,动车组牵引特性曲线,国内动车组,由株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所和长春客车厂于,1999,年,4,月研制成功，命名为“大白鲨”号。该动车组的编组形式,1,动,6,拖，动力集中式，采用交直传动。,51,CRH,动车组特性曲线,国内动车组,52,CRH2,动车组,(,日本川崎重工,E2-1000),CRH1,动车组,(,庞巴迪,Regina C2008),CRH5,动车组,(,法国阿尔斯通,),CRH3,动车组,(,北车唐山和西门子，德国,ICE3),53,香港地铁,MTR,动车组特性曲线,国内动车组,54,春城号电动车组,大白鲨号,(,DDJ,1,型电动车组,),蓝箭号,(DJJ,1,型电动车组,),先锋号,(DJF,2,型电动车组,),中华之星号,(,DJJ,2,型电动车组,),中原之星号,(DJF,1,型电动车组,),X2000,摆式电动车组,运营区段,昆明石林,广深线,广深线,京沈客运专线,京沈客运专线,郑州武昌,广深线,动力配置方式,动力分散式,动力集中式,动力集中式,动力分散式,动力集中式,动力分散式,动力集中式,编组方式,M+T+M+T+T+M,M+5T+Tc,M+5T+Tc,2(2M+T),M+9T+M,4(2M+T)+2T,M+5T+Tc,传动方式,交直传动,交直传动,交直交,交直交,交直交,交直交,交直交,动车轴式,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,轴重,(t),动车,18,动车,21,拖车,15.5,动车,19.5,拖车,15.5,15,动车,19.5,拖车,11,12,16.5,动车,25,拖车,18,动车组总重,(t),381,382,391,350,678,924,398,动车组总长,(m),159,170,178,155,282,369,165,定员,608,1140,424,772,1292,399,持续功率,(kW),2160,4000,4800,4800,9600,6400,3260,最高运行速度,(km/h),120,200,200,200,270,160,210,最高试验速度,(km/h),127,223,236,250,321.5,178,持续速度,(km/h),75,127,105,100,110,85,100,持续牵引力,(,kN,),120,108,164,164,314.2,125,117.4,起动牵引力,(,kN,),180,180,211,164,400,215(052.5),160,起动加速度,(m/s,2,),0.33,0.193(0,200),0.22,0.42(0,100),0.44,0.45,恒功速度范围,(km/h),127,200,105,230,100,250,110,300,52.5,160,100,200,几种电动车组主要参数,55,型双层,内燃动车组,NYJ,1,型液力传动内燃动车组,新曙光号,型内燃动车组,神州号,型内燃动车组,金轮号,内燃动车组,普天号,摆式内燃动车组,九江号,北亚号,运营区段,南昌九江,南昌景德镇,南昌玉月山,哈尔滨牡丹江,上海南京,北京天津,兰州玉门,编组方式,M+2T+M,M+4T+M,M+5T+M,M+9T+M,M+10T+M,M+9T+M,M+6T+M,动车轴式,B,0,B,0,B,2,B,2,A1A,A,1A,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,B,0,轴重,动车,18,19,22,18,21,22.5,22.5,18.5,拖车,17,11.4,11.4,16,14.5,动轮直径,(,新,)(mm),915,动车组总重,(t),288,372,384.8,828,929,动车组总长度,(m),100.6,157.2,182,280.6,309.3,定员,542,546,662,1140,1410,最高运行速度,(km/h),120,120,140,180,180,160,160,持续速度,(km/h),30,35,26,73.9,95.2,87.3,60,持续牵引力,(,kN,),235,264,280,291.9,296,2102,285,起动牵引力,(,kN,),270,298.6,2112.6,2150.5,2162.5,2162.5,2110(046),起动加速度,(m/s,2,),0.23,0.49,0.59,（,0,73.9,）,0.214(095.3),几种内燃动车组主要参数,56,DF4(,货,),型内燃机车的牵引特性：,机车牵引计算数据表：,57,DF,4,(,货,),型内燃机车牵引计算主要数据表,计算,质量,P,(t),粘着,质量,P,(t),计算粘着系数,j,最低计算速度,jmin,(km/h),最大计算,牵引力,F,jmax,(,kN,),计算动,轮直径,D,j,(mm),计算起动,牵引力,F,q,(,kN,),计算起,动阻力,q,(N/,kN,),齿轮,传动比,c,最大,速度,g,(km/h),机车,全长,L,j,(m),135,0.248+5.9/(75+20v),20.0,302.1,1013,401.7,5.00,4.50,100,21.1,速度,v,（,km/h,）,10,16.5,20,30,40,50,60,70,80,90,100,轮,周,牵,引,力,F,粘着牵引力,356.9,347.9,手,柄,位,数,8,167,106,70.6,52.5,41.7,34.3,29.4,26.5,22.6,19.6,12,308,V=7.0/365.0,193.3,137.3,103,82.9,68.7,57.9,50,43.2,37.3,15,V=14.0/350.6,279.6,193.3,145.2,115.8,96.6,81.4,68.2,56.4,45.1,16,V=0/401.7,347.9,302.1,216.8,164.8,131.5,108.9,92.2,78.5,65.2,53,单位基本阻力,0,(N/kN),2.59,2.79,2.94,3.32,3.74,4.19,4.68,5.20,5.76,6.36,6.99,燃油,消耗量,(kg/min),手,柄,位,数,8,3.00,3.00,3.00,3.00,3.00,3.00,2.98,2.95,2.90,2.85,2.80,12,5.23,5.23,5.23,5.23,5.27,5.28,5.27,5.18,5.08,4.89,4.70,15,7.29,7.29,7.29,7.29,7.29,7.28,7.23,7.14,6.80,6.40,5.98,16,8.15,8.24,8.28,8.33,8.34,8.33,8.24,7.97,7.55,7.08,6.52,柴油机,空转,手柄位数,n,s,0.1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,燃油消耗量,e,0,(kg/min),0.35,0.38,0.41,0.46,0.52,0.58,0.64,0.70,0.77,0.84,0.92,手柄位数,n,s,12,13,14,15,16,燃油消耗量,e,0,(kg/min),1.01,1.10,1.20,1.34,1.48,58,SS,l,型电力机车的牵引特性：,59,计算,质量,P,(t),粘着,质量,P,(t),计算粘着系数,j,最低计,算速度,jmin,(km/h),最大计算,牵引力,F,jmax,(,kN,),供电,电流制,(,单相,交流,),受电弓处网压,U,w,(V),牵引电动机额定电压,U,d,(V),计算动,能直径,D,j,(mm),计算起动牵引力,F,q,(,kN,),计算起,动阻力,q,(N/,kN,),齿轮,传动比,c,最大,速度,v,g,(km/h),机车,全长,L,j,(m),138,0.24+12/(100+8v),43.0,301.2,50HZ,25000,1500,1200,487.3,5.00,4.63,95,20.4,速度,v,（,km/h,）,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,轮,周,牵,引,力,F,粘着限制牵引力,487.4,415.2,387.4,372.7,363.6,357.4,353.2,运,行,级,位,5,56.4,持 续 制,9,248.2,65.7,43.0,47.9,52.9,57.4,13,13.2/403.9,173.6,71.1,F,301.2,272.7,246.2,224.6,17,387.4,143.2,71.6,21,26.5/377.0,269.8,124.6,75.5,42.2,25,32.6/369.8,203.0,115.8,74.6,46.1,29,38.5/364.9,329.6,172.7,100.1,67.7,47.1,31.4,33m,41.2/363,172.7,100.1,67.7,47.1,31.4,24.5,33-,47.9/272.7,234.9,138.3,93.2,65.7,47.1,39.2,33-,52.9/246.2,174.6,124.6,94.2,71.6,63.8,33-,57.4/224.6,201.0,149.1,115.8,87.3,76.5,SS,1,型电力机车牵引计算主要数据表,60,小结,牵引力的产生，分类,粘着系数，粘着牵引力,内燃机车牵引力及其牵引特性问题,电力机车牵引力及其牵引特性问题,动车组的牵引特性,61,作业,根据下列条件：,1,）按,SS,1,型电力机车、持续制、,33,III,位取值；,2,）,DF,4,(,货,),型内燃机车、海拔,2500m,、环境温度,36,、手柄在,16,位，查表得出机车在不同速度下的牵引力值（包括速度为,0,、,10km/h,及其倍数点、曲线转折点和构造速度点）。,62,