第6章机车车辆牵引理论课件.ppt

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1、第二篇 动车组相关理论,第6章 轨道交通车辆牵引理论第7章 轨道交通车辆动力性能分析第8章 轨道交通车辆结构强度设计第9章 轨道交通车辆总体设计,第六章 轨道交通车辆牵引理论,第1节 机车牵引力的产生第2节 列车制动力的产生第3节 列车运动阻力,第1节 机车牵引力的产生,一、机车牵引力的产生原理二、粘着定律三、防车轮空转四、轴重转移,一、机车牵引力的产生原理,设牵引电动机产生的扭矩通过齿轮传动，最后使轮对获得扭矩M。如果机车被悬空，轮对离开钢轨，则该扭矩M作为内力矩，只能使轮对进行旋转运动，而不能使机车进行前进或后退的平移运动。 当机车置于钢轨上，轮对与钢轨成为有压力的接触时，就产生轮对作用于

2、钢轨的力F，力F与转矩M成正比。由力F所引起的钢轨作用于轮对的反作用力Fk。，就是使机车发生平移运动的外力。 将所有各动轮受到的钢轨反作用力加到一起，就得到的这种由钢轨沿机车运行方向加于动轮轮周上的总切向外力称为轮周牵引力。,二、粘着定律,1、基本概念2、粘着定律3、影响粘着系数的因素,1、基本概念,粘着：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”。蠕滑： 在动轮正压力的作用下，轮轨接触处产生弹性形，形成椭圆形的接触面。从微观上看，两接触面是粗糙不平的。由于切向力的作用，动轮在钢轨上滚动时，车轮和钢轨的粗糙接触面产生新弹性变形，接触面间出现微量滑

3、动，即所谓“蠕滑”。 “蠕滑率”：由于蠕滑的存在，动轮的滚动圆周速度将比其前进速度高，用蠕滑率表示蠕滑的大小。,2、粘着定律,3、影响粘着系数的因素,蠕滑系数又称为粘着系数，它是轴重、接触椭圆的长短轴比、泊松比、弹性模数、库伦摩擦系数的函数。影响粘着系数的因素：（1）机车本身(包括结构因素、运行速度等)。（2）轨道。轨面状态影响很大，不良的轨面状态(脏、油、湿、冰膜)能使蠕滑系数下降一半以上 。（3） 外界条件(包括气候、污染及撒砂等)。 由于回旋蠕滑率在一般情况下不大，纵向蠕滑力系数与横向蠕得力系数在数值上的差异也不是很显著，为了简化起见，不考虑回旋蠕滑，并近似地取纵向蠕滑系数等于横向蠕滑系

4、数。下面蠕滑力系数公式适用于小位移范围的：,三、防车轮空转,A、空转的原因B、车轮空转的危害C、防车轮空转的措施,A、空转的原因,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，轮轨间出现相对滑动，粘着状态被破坏。轮轨间出现相对滑动的现象，称为“空转”。,B、车轮空转的危害,（1）空转发生时，牵引力急剧下降，容易造成坡停和运缓；（2）空转发生时，轮轨剧烈摩擦，甚至造成轮箍松弛；（3）牵引电机高速旋转，造成电机损坏甚至电机“扫膛”。,C、防车轮空转的措施,（1）在机车设计时，尽量选择合理的结构参数，使轴载荷转移降至最小以提高粘着重量的利用率。(轴重转移)（2）合理而有控

5、制地撒砂。持别在直线轨道上，轨面条件恶劣时，撤砂可大大提高粘着系数。（3）采用增粘闸瓦，可提高制动时的粘着系数，防止车轮滑行。（4）采用性能良好的防空转装置。,砂箱装置由砂箱、砂箱盖、支架、排石器等组成。每台转向架构架前后四角处设置了4个砂箱，每个砂箱容积为0.1m3，每台机车总砂箱容积为0.8m3。,四、轴重转移,1、定义2、评价指标3、计算实例-DF型内燃机车4、轴重转移的危害5、提高粘着利用率的措施,1、定义,(1)机车轴重转移（locomotive axle load transfer）：机车在牵引工况时机车产生牵引力时，各轴的轴重会发生变化，有的增载，有的减载，这种现象称为牵引力作用

6、下的轴重转移,轴重转移又称轴重再分配。(2)产生原因：牵引力是发生轴重转移的根本原因。轴重转移的数值随牵引力的增大而增大。轴重的转移，某些情况下可以达到原轴重的20或更高。在机车运用中产生牵引力时，由于车钩距轨面有一定的高度，与轮周牵引力不在同一高度，后部列车作用于车钩的拉力与轮周牵引力形成一个力偶，使前转向架减载，后转向架增载。,2、评价指标,3、计算实例-DF型内燃机车轴重转移分析,A.牵引电机工作时产生的力B.牵引电机工作引起的轴重转移C.粘着重量利用率,a.牵引电机工作时产生的力,东风型内燃机车的牵引电动机系采用轴悬式一端经两个抱轴瓦支承于车轴上；另一端通过弹簧吊架悬技于构架上。,b.

7、牵引电机工作引起的轴重转移,c.粘着重量利用率,由此可知，减载最大的是第四轴，其次是第一及第二轴。故机车前进时如发生空转则最大可能首先是第四轴，其次是第一、第二轴。所以决定东风型机车粘着重量利用率的是第四轴。,4、轴重转移的危害,它影响机车黏着重量的利用，限制机车黏着牵引力的发挥。轴重转移是在牵引力作用下引起的，随牵引力增大而增大。当机车牵引列车起动或爬坡时，发挥的牵引力最大，此时轴重转移也最严重。随着机车功率的不断增大，机车重量与功率的比值越来越小，黏着重量的利用问题就更显突出。 对个别驱动的机车轴重减少最大的轮对，将首先发生空转。这样，机车粘着牵引力的最大值，必然受到达个轮对空转的限制。

8、空转发生后，牵引力立即下降，机车走行部、传动机构的正常工作受到影响；牵引电机也可能损坏；轮对和钢轨增加了额外的非正常磨耗。 另外， 个别轮对的轴重增加， 使机车远行中的动作用力增加，并将对钢轨造成破坏。,5、提高粘着利用率的措施,为了减少轴重转移，在结构上采取如下措施。牵引电动机的顺置，即一个转向架各轴的牵引电动机布置方向相同。 转向架布置4个刚度较大的旁承， 对于速度较低的机车，每个转向架布置4个刚度较大的旁承，此时，转向架内的力矩变化会通过4个刚度较大的旁承或刚四性旁承传至车体，不再引起转向架内部的轴重转移；而车体上由于转向架中心距较大，转向架传来的力矩所产生的转向架间的轴重转移就小得多了

9、。货运机车弹性旁承的刚度较大，就是这个原理。低位牵引：降低转向架牵引力向车体传递点距轨面的高度。在制造和维修方面，要注意保持动轮等直径、各牵引电动机相同的特性，以便使各轮对发出相同的牵引力。此外，在电力机车采用前、后转向架电动机分别供电，使轴重减载的前转向架电动机减小电流，而增载的后转向架电动机增大电流。这有可能获得较大的粘着重量利用率（防空转控制器）,第2节 列车制动力的产生,一、列车制动力的形成二、制动力的限制三、 抱死滑行,一、列车制动力的形成,二、制动力的限制,三、 抱死滑行,1、 原因与危害2、 预防措施,原因：制动力的大小可以采用加减闸瓦压力予以调节.但不得大于粘着条件所允许的最大

10、值。否则轮轨产生相对滑动，车轮的制动力变为滑动摩擦力，数值立即减小，车轮被闸瓦.抱死”，轮子在钢轨上继续滑行，这种现象称为.滑行危害：抱死滑行时制动力大为降低，车轮与钢轨的接触面会被擦伤，因此，应尽最避免。,1、 原因与危害,防止滑行的措施：1、在大型货车制动机上设置有空、重车调整装置。2、在盘形制动车辆上设踏面清扫器3、设电子防滑器。,2、 预防措施,（1）JTQS-1型踏面清扫器,产品简介： JTQS-1型踏面清扫器用于机车和车辆的踏面清扫作业，以提高粘着系数，它与盘形制动器配套使用。其突出优点是能自动调整闸瓦托摆角，以适应轮踏面形状。JTQS-1型踏面清扫器结构小巧、作用灵活、安装方便，

11、非常适合于高速机车、动车和低速重载牵引机车使用。主要技术参数：活塞面积 178cm2 工作压力 450kPa 最大闸瓦托摆角 3.5最大活塞行程 115mm闸瓦材料 铸铁/重量 15kg,（2）空重车调整装置,KZW型货车空重车自动调整装置可取代手动空重车转换机构，根据车辆载重在一定范围、无级的调整制动缸压力，明显缩小从空车位之重车位的不同载重状态下的制动率的变化，从而有效的改善车辆的制动性能。可减少混编列车在列车制动时车辆之间的纵向冲击力，减少擦轮事故的发生，减少车轮消耗及车辆维修工作量。,（3）电子防滑器,电子防滑器的主要部件：1. 速度传感器、2.防滑器主机、3. 防滑器充排电磁阀。电子

12、防滑器的原理： 判断：利用轴的转动速度可以在车速从2Km/h至400Km/h的范围内测出并进行分析。通过安装在轴端的速度传感器和测速齿轮测出的轴速与根据真正轴速计算出的速度判据进行比较判断出轮对是否进入滑行状态。 控制： 防滑器充排电磁阀与制动管相连，安装在车下靠近制动缸的位置。防滑器充排电磁阀控制制动缸内压力增减以确保获得最佳的制动力并产生最好的制动效果，以避免滑行的产生。 安全：放风阀内部采用24V电压，双极驱动电路。每个正负极线都有自己的放大器，放大器由监控电路监视以保证安全性。主要的作用：制动时能有效地防止轮对因滑行而造成的踏面擦伤； 制动时能根据轮轨间粘着的变化调节制动力，以充分利用

13、轮轨间的粘着，得到较短的制动距离。,第3节 列车运动阻力,（1）定义与类型（2）基本阻力（3）附加阻力,一、定义与类型,列车运行时，受到的与列车运行方向相反，而且是司机不能控制的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，为了便于计算，将作用在列车上的阻力分为机车和车辆两部分，分别称为机车阻力和车辆阻力。制动力的作用方向虽然也与机车、车辆的运行方向相反.但它是根据需要由司机有意施加的，因而不能列为附加阻力。 阻力分为基本阻力和附加阻力两大类。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。附加阻力只发生在个别情况下。例如，在坡道上运行时的坡道附加阻力，在

14、曲线上运行时有曲线附加阻力，在隧道内运行时有空气附加阻力等。,二、基本阻力,引起基本阻力的因素很多，其中量主要的因素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摩擦和冲击。归纳起来可分为以下五类。 1.轴颈与轴承之间的摩擦 列车运行时，机车车辆所有轮对的轴颈与轴承之间都冷产生摩擦阻力，阻止轮对的转动。 2.车轮与轨面间的滚动摩擦 当车轮滚动时，轨面因挤压而变形.引起附加阻力，即为滚动摩捺阻力。 3.车轮与钢轨间的滑动摩擦 车轮的圆锥形踏面、车轮直径的差异以及某些轮对组装不正确，都将使得车轮在滚动的同时存在纵向和横向的滑动，产生滑动摩擦阻力。 4.冲击和振动 列车运行时，由于钢

15、轨接缝、轨道不平直以及轮轨擦伤等原因，引起轮轨间的冲击和 5.空气阻力 列车运行时，前后两端产生压差阻力，外部衷面产生摩擦阻力，突出部分产生扰动阻力。 上述引起列车基本阻力的五种因素，随着列车速度的高低而有不同的影响。低速时，轴颈与轴承间的摩擦起主要作用，速度提高后，轮轨间滑动摩擦、冲击和振动以及空气阻力的影响逐渐增大。高速时.列车基本阻力则以空气阻力为主。,三、附加阻力,1.坡道附加阻力 列车在坡道上运行时，除了基本阻力以外还有坡道阻力的作用，称为坡道附加阻力。2.曲线附加阻力 机车、车辆在曲线上的运行阻力大于同样条件下直线上的运行阻力，其增大部分叫做曲线附加阻力。 引起曲线附加阻力的因素很

16、多，主要的有: 轮缘与钢轨产生额外摩擦。 在离(向)心力的作用下，车轮向外(内)侧移动.轮轨间产生额外横向滑动。 由于同抽两车轮沿着不同直径的滚动圆浓动，增加了车轮与钢轨间的纵向滑动。 转向架围绕心盘转动时，上下心盘之间的摩擦，轴瓦与轴颈之间的摩擦加剧，都使阻力增加。 3.隧道空气附加阻力 列车进人隧道时，对隧道内的空气产生;中击作用.使列车头部受到突然增大的正面压力。进人遂道后，列车驱使空气移动，造成列车头部的正压与尾端负压的压力差，产生压差阻力。同时.列车的前进运动促进隧道内的空气沿着列车流动.由于机车和车辆外形结构的原因，空气形成紊流，造成空气与列车表面及磷渭表面的摩擦，产生摩擦阻力。以

17、上两项阻力之和称为隧道空气阻力。列车在空旷地段运行也有空气阻力。所谓隧道空气附加阻力，是指隧道内空气阻力与空旷地段空气阻力之差.4.起动阻力是指机车和车辆由静态到动态的综合性阻力。,第4节 列车运行分析,一、列车运行方程式二、列车运行状态三、合力图,一、列车运行方程式,所谓列车运行方程式，就是表示作用在列车上的外力与列车速度变化关系的方程式。,二、列车运行状态,列车有三种运行状态:牵引状态，牵引电动机通电转动，将电能变为机械能，驱动机车使列车运行;惰行状态，牵引电动机不通电，列车靠惯性运行;制动状态，在列车车上加制动力，使列车减速运行。,三、合力图,合力图是表示机车各种工况下作用在列车上的单位合力与速度关系的坐标图。 合力图的应用 1确定合力值2确定均衡速度3判断列车运动趋势,四条曲线是：运行速度线-红色（牵引工况）、浅兰色（惰行工况）、黄色（动力制动工况）、白色（空气制动工况）、黑色（空电联合制动工况）、紫色（负载制动工况）；运行时间线-深兰色（按照操纵示意图的格式绘制）；手柄级位线-浅兰色（转速或级位，呈台阶状。动力制动工况变为黄色）；列车管压力-白色（仅供示意用，没有对应的刻度）；,