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1、前言在轨道交通的系统建设中，对列车运行过程进行有效的设计和组织是其系统建设的重要任务之一。由于列车运行过程设计许多因素，如何准确，快速的计算出列车在各种不同条件下的运行效果并予以评价是列车运行计算的任务 在铁路列车牵引计算学科中，通过我们本学期的学习，对下面几方面有了一个系统的认识一， 列车牵引力，注意我们研究的是纵向力（分类，形成，黏着牵引力机车牵引特性及取值）二，列车运行阻力（分类和组成，基本阻力，附加阻力及计算）三，列车制动力（分类产生及限制，闸瓦摩擦系数，制动力的计算）四，合力曲线，运动方程及时分解算 重点，基础 （曲线绘制，分析法和作图法，线路纵断面化简）五，列车运行能耗计算（内燃机
2、车耗油量，电力机车耗电量）六，列车制动问题解算（空走距离和有效制动问题限速）七，牵引质量的确定（计算，验算及牵引定数）通过这一系统的认识，我们做本次课程设计，能够根据设计的纵断面确定牵引质量的限值（上限）以及相关检验，据此我们可以确定出真实的编组，于是可以算得制动能力的大小。通过对各型号机车的了解，自行选择某一机型，然后根据前面确定的牵引质量，就可以绘制合力曲线，同时化简坡道，根据这两项就可以用分析法或作图法来做运行时分图。最重要的一点，根据画出的运行时分图可以进行一些简单的合理性分析，来进一次检验对其的分析能力以及掌握能力。该课程设计虽不是很精益求精，但确实将整本书串联起来，通过对此次的课程
3、设计，可以对牵引计算整个过程有个比较深入的理解，再进行合理性分析就能培养自己分析能力和实际问题实际解决的能力，对以后学习高速铁路技术，和大四的毕业设计等内容也会有不小的帮助。目录1设计.42选定已知条件.73整个求解过程.7 3-1根据要求设计线路纵断面图.7 3-2计算牵引重量并且相关检验.93-3编制合力表，绘制合力曲线.123-4 线路纵断面化简表.13 3-5下行（分析法）运行时分的计算.15 3-6上行（作图法）运行时分的计算.27 3-7 计算平均技术速度.28 3-8 计算能耗量.28 3-9 合理性分析.385参考文献.39一 设计设计：根据条件计算并确定列车牵引质量，运行速度
4、，运行时间，能量消耗等，并进行合理性分析。1 、已知条件（1）机型：DF4, DF8, SS1, SS3, SS9，HXD1，CRH2等机车或动车组。（2）线路条件：自行设计运行区间（由起点站运行到终点站进站停车）。需标明相关条件，（比如：速度限制：线路允许速度：100km/h；正线道岔限速：60km/h；侧线道岔限速：45km/h；车站到发现有效长：750m；自然条件：区段海拔均未超过500m，环境温度不高于20摄氏度，无大风。）线路设计：运行区间总长不小于20km(动车组不得小于35km)，原始坡段不少于30个，区间各坡道的最大坡度差不小于千分之二十，列车运行途中至少经过一个车站。曲线地段
5、不少于5处。化简后的坡道数不得少于12个。（3）车辆编组：可根据知悉的实际情况确定，如货物列车组成为：C60型车占80%，自重19吨，载重50吨，换长1.2，GK型制动机；N12型占20%，自重20.5吨，载重60吨，换长1.3，K2型制动。S10型车1辆，自重18吨，K1型制动，换长0.8.2、求解内容（1）按照要求设计线路纵断面图。（2）计算牵引质量，校验并确定区段牵引质量（重点体现动能闯坡部分的应用），计算列车换算制动率和增速时间。（3）编制合力表，绘制合力曲线，并将曲线绘制在下行时分图的左侧，并注明条件。（4） 化简线路纵断面，列出化简计算表。（5）绘制列车运行时分图两张，可以用米格纸
6、手工，也可以使用计算机出土，运行时分图要包括速度线和时间线，以及牵规中所规定的组成元素。取第一比例尺，下行用分析法绘制，上行用作图法绘制。（6） 根据计算的运行时分，计算出平均技术速度。（7） 计算能耗量。（8）根据列车运行时分图，分析运行状况中存在的问题，给出合理性的分析。3 编写计算说明书要求：说明书全文力争简单明了，整洁清晰，层次分明，词语通常，计算部分先列公式后带入参数，各参数要说明代表意义和出处。4. 图纸部分要求：图面整洁，曲线圆滑，符号及绘图标标记应符合铁道部列车牵引计算（TB/T1407-1998）的规定。5. 其他说明（1）计算机出图时，可以使用AutoCAD绘制，也可使用电
7、算自动生成（2）设计以及计算过程用Word2003进行编辑，使用A4纸打印，并与图表一起装订成册，使用程序者需附上源代码。（3）本设计需提交电子文档，设计文档须有前言，目录，参考文献，附录等。二 选定已知条件1,选定的动力形式为SS3,单机牵引，黏着质量为138t，牵引使用系数0.9，最低计算速度为48km/h,构造速度为100km/h,机车全长21.416m,计算最大牵引力为317.8kN等。2,选定的线路条件为 速度限制:线路允许速度:100km/h 正线道岔限速:60km/h 侧线道岔限速:45km/h 自然条件:区间海拔高度均未超过500m,环境温度不高于20摄氏度.无大风. 车站最短
8、到发线有效长为650m3，选定的车辆编组需根据计算的牵引质量确定，见后三 整个求解过程3-1根据要求设计线路纵断面图 实际纵断面编号标高坡度坡长曲线，备注11000800A站299.76-0.8300399.41-0.87400498.82-1.484005110.821210006110.8203007109.8-1.76008108.55-2.5500曲线：R=1100m,总长360m，第一坡段占300m9106.84-1.990010106.84060011138.3410.5280012136.77-4.5350曲线：R=1000m,总长400m，第一坡段占150m13135.74-4
9、.125014136.51.940015138.583.265016139.752.6450曲线：R=500m,总长600m，第一坡段占470m17141.152.850018142.23.530019142.201000B 站20140.63-2.175021139.24-2.3600曲线：R=790m,l=49122139.240500曲线：R=1300m,总长557m，第一坡段占220m23138.61-1.640024136.48-2.585025136.48030026134.36-8.5250曲线：R=300m,总长570m，第一坡段占400m27130.75-9.04002812
10、8.13-7.5350曲线：R=320m,l=30029128.13040030130.693.280031131.494.0200曲线：R=1200m,总长477m，第一坡段占250m32133.522.970033135.862.6900曲线：R=620m,l=70034137.214.530035138.712.560036138.710900C站3-2计算牵引重量以及相关检验 1）按照限制坡道计算牵引重量，下行方向限制坡道为第7个坡道，坡度千分度数为10.5，黏着质量为138t，牵引使用系数0.9，最低计算速度为48km/h,计算最大牵引力为317.8kN，计算黏着系数为0.24+12
11、/(100+8v)。 2.25+0.019v+0.000320=3.9(N/kN)0.92+0.0048v+0.000125=1.44(N/kN)(全按滚承计算)G2275(t) 取10的倍数，为2270t 确定出车辆编组，注意实际编组重量不得大于2270t C63A 自重21 t，载重60t，车辆数11辆，车长14m，K2型制动机 C60自重17t，载重60t，车辆数11辆，车长14.7m，GK型制动机 N12自重22 t，载重30t，车辆数10辆，车长13.2m，K1型制动机2）牵引质量的检算 按到发线有效长检算 Ge69.4 t Lc=14m车站到发线有效长度 650 m =69.4=2
12、967(t)有货物列车的牵引质量去50的整数倍，取值为2950t.比实际编组质量大，该检验合格 按动能闯坡验算 注：这里仅仅是体现，不需严格执行，只需检验出坡时速度依旧大于计算速度就合适，用下行分析法，由动能闯坡实验可得，当列车通过实验坡道（坡度值为12）时的速度 =48km/h，所以动能闯坡实验列车能顺利通过检验坡道。动能闯坡检验通过。用分析法计算，注意必须用原始坡道第一坡段 ij=0,L=800m,真正启动时v=2.5km/h V:2.510km/h v=6.25km/h 对应c=17.32N/KNS2.510km/h=4.17(10-2.5)/17.32=23m t =0.22min V
13、:1020km/h v=15km/h 对应c=15.94N/KNS1020km/h=4.17(20-10)/15.94=78m =101m t =0.31min =0.53min V:2030km/h v=25km/h 对应c=14.83N/KNS2030km/h=4.17(30-20)/14.83=141m =242m t =0.34min =0.87min V:3040km/h v=35km/h 对应c=14.16N/KNS3040km/h=4.17(40-30)/14.16=206m =448m t =0.35min =1.22minV:4047km/h v=43.5km/h 对应c=1
14、3.80N/KNS4047km/h=4.17(47-40)/13.80=184m =632m t =0.25min =1.47min V:4748km/h v=47.5km/h 对应c=12.67N/KNS4748km/h=4.17(48-47)/12.67=31m =663m t =0.04min =1.51min V:4850km/h v=49km/h 对应c=11.69N/KNS4850km/h=4.17(50-48)/11.69=70m =733m t =0.09min t=1.60min此时快要出坡须试凑V:5052km/h v=51km/h 对应c=11.10N/KNS5052km
15、/h=4.17(52-50)/11.10=77m =810m t =0.09min =1.69min 误差10m 可以接受试凑成功 进入下一坡段 第二坡段 ij=-0.8,L=300m, V:5259km/h v=55.5km/h 对应c=10.69N/KNS5259km/h=4.17(59-52)/10.69=303m =313m t =0.33min =2.02min 误差13m 可以接受试凑成功 进入下一坡段第三坡段 ij=-0.87,L=400m, V:5960km/h v=59.5km/h 对应c=9.06+0.87=9.93N/KNS5960km/h=4.17(60-59)/9.9
16、3=50m =63m t =0.05min =2.07minV:6066km/h v=63km/h 对应c=8.38+0.87=9.25N/KNS6066km/h=4.17(66-60)/9.25=340m =403m t =0.32min =2.39min 误差3m 可以接受试凑成功 进入下一坡段第四坡段 ij=-1.48,L=400m, V:6670km/h v=68km/h 对应c=7.11+1.48=8.59N/KNS6670km/h=4.17(70-66)/8.59=264m =267m t =0.23min =2.62minV:7072km/h v=71km/h 对应c=6.05+
17、1.48=7.53N/KNS7072km/h=4.17(72-70)/7.53=157m =424m 误差24m 可以接受试凑成功 进入下一动能坡段第五坡段 ij=12,L=1000m, V:7270km/h v=71km/h 对应c=6.05-12=-5.95N/KNS7270km/h=4.17(70-72)/（-5.95）=199m =223mV:7066km/h v=68km/h 对应c=7.11-12=-4.89N/KNS7066km/h=4.17(66-70)/（-4.89）=464m =687m V:6664km/h v=65km/h 对应c=8.10-12=-3.9N/KNS66
18、64km/h=4.17(64-66)/（-3.9）=278m =965m 误差35m 可以接受试凑成功 此时出坡 速度大于计算速度48km/h 认为闯坡成功具体图形见后附图3）计算列车换算制动力 =160*11+250*11+120*10=5170KN =700KN (P+G)g=22960KNJh =0.268 铁路运输设备中提到，货物列车的列车制动能力不得小于0.28，此处确实是疏漏之处，暂且认为是较老的制动机，制动能力不够，大于0.26就认为是符合要求3-3编制合力表（牵引，惰性，制动三种工况），绘制合力曲线 SS3 型电力机车单机牵引单位合力计算表(牵引重量G=2258t,换算制动率J
19、h=0.268,车辆全是滚动轴承重车,全部是中磷闸瓦)工况2.5102030404748506066708090100牵引1=F1+0.95F2(KN)460.7415.2387.5372.7363.6359.0317.8308.3255.1232.5200.1142.2113.896.12f=103/(P+G)g(N/KN)19.5817.6616.4915.8615.4715.2713.5213.1210.859.898.516.054.844.093w0=2.25+0.019v+0.00032v2 (N/KN)2.472.472.763.113.523.853.904.004.544.9
20、05.155.826.557.354w0=0.92+0.0048v+0.000125v2 (N/KN) 0.980.981.071.181.311.421.441.471.661.781.872.101.362.655w0=(Pw0+Gw0)/(+G) (N/KN) 1.071.071.171.291.441.561.581.621.831.962.062.312.602.926c=f- w0(N/KN) 18.5116.5915.3214.5714.0313.7111.9411.59.027.936.453.742.241.17惰行7c=- w0(N/KN) -1.07-1.07-1.17-
21、1.29-1.44-1.62-1.83-2.06-2.31-2.60-2.92制动8j=0.356(0.4v+100)/(4v+100)(N/KN) 0.330.260.210.180.16-0.140.13-0.120.110.1050.09979 0.5b=500j*h (N/KN)43.8035.4428.6224.2921.28-19.0817.40-16.0714.9914.1013.3610c=-(0.5b+w0)-44.87-36.51-29.79-25.28-22.72-20.70-19.23-18.13-17.30-16.70-16.28注：单位合力曲线图见附图 3-4 线路
22、纵断面化简表 实际纵断面 化简后纵断面加算坡度编号标高坡度坡长曲线，备注坡度坡长校检折算坡度千分度数下行上行11000800A站0800无000299.76-0.8待添加的隐藏文字内容23001.071100Li=300*0.2720000-1.071.07399.41-0.87400Li=400*0.22000498.82-1.48400Li=400*0.4120005110.82121000121000无012-126110.820300-1.372900Li=300*1.3720000.07-1.31447109.8-1.7600Li=600*0.3320008108.55-2.5500
23、R=1100m,总长360m，第一坡段占300mLi=500*1.1320009106.84-1.9900Li=900*0.53200010106.840600Li=600*1.37200011138.3410.5280010.52800无010.5-10.512136.77-4.5350R=1000m,总长400m，第一坡段占150m-4.33600Li=350*0.1720000.4-3.934.7313135.74-4.1250Li=250*0.23200014136.51.94002.812300Li=400*0.9120000.313.12-2.5015138.583.2650Li=
24、650*0.39200016139.752.6450R=500m,总长600m，第一坡段占470mLi=450*0.21200017141.152.8500Li=500*0.01200018142.23.5300Li=300*0.69200019142.201000B站01000无00020140.63-2.1750-1.683400Li=750*9.4220000.19-1.491.8721139.24-2.3600R=790m,l=491Li=600*0.62200022139.240500R=1300m,总长557m，第一坡段占220mLi=500*1.68200023138.61-1.
25、6400Li=400*0.08200024136.48-2.5850Li=850*0.82200025136.480300Li=300*1.68200026134.36-8.5250R=300m,总长570m，第一坡段占400m-8.351000Li=250*0.1520001.70-6.6510.0527130.75-9.0400Li=400*0.65200028128.13-7.5350R=320m,l=300Li=350*0.85200029128.1304002.713900Li=400*2.7120000.232.94-2.4830130.693.2800Li=800*0.49200
26、031131.494.0200R=1200m,总长477m，第一坡段占250mLi=200*1.29200032133.522.9700Li=700*0.18200033135.862.6900R=620m,l=700Li=900*0.11200034137.214.5300Li=300*1.79200035138.712.5600Li=600*0.21200036138.710900C站0900Li=300*1.3720000003-5下行（分析法）运行时分的计算用全局控制，误差不得大于正负50m第一坡段 ij=0,L=800m,真正启动时v=2.5km/h，牵引 V:2.510km/h v
27、=6.25km/h 对应c=17.32N/KNS2.510km/h=4.17(10-2.5)/17.32=23m t =0.22min V:1020km/h v=15km/h 对应c=15.94N/KNS1020km/h=4.17(20-10)/15.94=78m =101m t =0.31min =0.53min V:2030km/h v=25km/h 对应c=14.83N/KNS2030km/h=4.17(30-20)/14.83=141m =242m t =0.34min =0.87min V:3040km/h v=35km/h 对应c=14.16N/KNS3040km/h=4.17(4
28、0-30)/14.16=206m =448m t =0.35min =1.22minV:4047km/h v=43.5km/h 对应c=13.80N/KNS4047km/h=4.17(47-40)/13.80=184m =632m t =0.25min =1.47min V:4748km/h v=47.5km/h 对应c=12.67N/KNS4748km/h=4.17(48-47)/12.67=31m =663m t =0.04min =1.51min V:4850km/h v=49km/h 对应c=11.69N/KNS4850km/h=4.17(50-48)/11.69=70m =733m
29、t =0.09min =1.60min此时快要出坡须试凑V:5052km/h v=51km/h 对应c=11.10N/KNS5052km/h=4.17(52-50)/11.10=77m =810m t =0.09min =1.69min 误差10m 可以接受试凑成功 进入下一坡段 第二坡段 ij=-1.07,L=1100m,牵引 V:5260km/h v=56km/h 对应c=9.87+1.07=10.85N/KNS5260km/h=4.17(60-52)/10.85=344m =354m t =0.37min =2.06min V:6066km/h v=63km/h 对应c=8.38+1.0
30、7=9.45N/KNS6066km/h=4.17(66-60)/9.45=334m =688m t =0.32min =2.38minV:6670km/h v=68km/h 对应c=7.11+1.07=8.18N/KNS6670km/h=4.17(70-66)/8.18=277m =965m t =0.24min =2.62min 此时还差135m，需要试凑，假设V:7072km/h v=71km/h 对应c=6.05+1.07=7.12N/KNS7072km/h=4.17(72-70)/7.12=166m =1135m t =0.14min =2.76min误差31m，可以接受，试凑成功，进
31、入下一坡段第三坡段 ij=12,L=1000m,牵引 V:7270km/h v=71km/h 对应c=6.05-12=-5.95N/KNS7270km/h=4.17(70-72)/（-5.95）=199m =230m t =0.17min =2.93min V:7066km/h v=68km/h 对应c=7.11-12=-4.89N/KNS7066km/h=4.17(66-70)/（-4.89）=464m =694m t =0.41min =3.34min此时还差306m，需要试凑，假设V:6664km/h v=65km/h 对应c=8.10-12=-3.90N/KNS6664km/h=4.1
32、7(64-66)/（-3.90）=278m =972m t =0.26min =3.60min 误差28m，可以接受，试凑成功，进入下一坡段第四坡段 ij=-1.30,L=2900m,继续牵引 V:6466km/h v=68km/h 对应c=8.10+1.30=9.40N/KNS6466km/h=4.17(66-64)/9.40=115m =87m t =0.11min =3.71min V:6670km/h v=68km/h 对应c=7.11+1.30=8.41N/KNS6670km/h=4.17(70-66)/8.41=270m =357m t =0.24min =3.95min V:70
33、80km/h v=75km/h 对应c=4.81+1.30=6.11N/KNS7080km/h=4.17(80-70)/6.11=1024m =1381m t =0.82min =4.77min此时还差1519m，可能要出坡，需要试凑，假设V:8088km/h v=84km/h 对应c=3.02+1.30=4.32N/KNS8088km/h=4.17(88-80)/4.32=1297m =2678m继续试凑，假设V:8089km/h v=84.5km/h 对应c=2.92+1.30=4.22N/KNS8089km/h=4.17(89-80)/4.22=1503m =2884m t =1.07m
34、in =5.84min 误差16m，可以接受，试凑成功，进入下一坡段第五坡段（限制坡道） ij=10.5,L=2800m,继续牵引 V:8980km/h v=84.5km/h 对应c=2.92-10.5=-7.58N/KNS8980km/h=4.17(80-89)/（-7.58）=837m =821m t =0.59min =6.43minV:8070km/h v=75km/h 对应c=4.81-10.5=-5.69N/KNS8070km/h=4.17(70-80)/（-5.69）=1099m =1920m t =0.88min =7.31min V:7066km/h v=68km/h 对应c
35、=7.10-10.5=-3.4N/KNS7066km/h=4.17(66-70)/（-3.4）=667m =2587m t =0.59min =7.90min 此时还差213m，需要试凑，假设 V:6664km/h v=65km/h 对应c=8.10-10.5=-2.4N/KNS6664km/h=4.17(64-66)/（-2.4）=438m 超出，继续试凑 V:6665km/h v=65.5km/h 对应c=8.03-10.5=-2.47N/KNS6665km/h=4.17(65-66)/（-2.47）=221m =2808m t =0.20min =8.10min 误差8m，可以接受，试凑
36、成功，进入下一坡段 第六坡段 ij=-3.93,L=600m,继续牵引 V:6566km/h v=65.5km/h 对应c=8.03+3.93=11.96N/KNS6566km/h=4.17(66-65)/11.96=46m =54m t =0.04min =8.14min V:6670km/h v=68km/h 对应c=7.10+3.93=11.03N/KNS6670km/h=4.17(70-66)/11.03=206m =260m t =0.18min =8.32min 此时还差340m，即将出坡，需要试凑，假设 V:7074km/h v=72km/h 对应c=5.67+3.93=9.6N
37、/KNS7074km/h=4.17(74-60)/9.6=250m =510m没有出坡，继续试凑 V:7075km/h v=72.5km/h 对应c=5.52+3.93=9.45N/KNS7075km/h=4.17(75-70)/9.45=320m =580m t =0.26min =8.58min 误差20m，可以接受，认为试凑成功，进入下一坡段第七坡段 ij=3.12,L=2300m,因下一坡段要通过车站，考虑到限速问题，于是计划先牵引一段后进行惰行缓冲最后必要时可能要制动一段距离 牵引V:7577km/h v=76km/h 对应c=4.52-3.12=1.4N/KNS7577km/h=4
38、.17(77-75)/1.4=906m =886m t =0.71min =9.29min 考虑惰行 V:7770km/h v=73.5km/h 对应c=-2.12-3.12=-5.24N/KNS7770km/h=4.17(70-77)/（-5.24）=819m =1705m 惰行距离大于500m,合适 t =0.67min =9.96min 再进行制动 V:7060km/h v=65km/h 对应c=-18.54-3.12=-21.92N/KNS7060km/h=4.17(60-77)/（-21.92）=144m =1955m t =0.23min =10.19min 此时距离车站345m，注意车站有限速情况，最外方道岔两端加0.5倍的车长，因是正向通过，限速为60KM/H，因最短到发线为650m，故限速范围是左右距站中心0.5*650+0.5*450=550m，
