3 第三章 牵引计算解析

牵 引 计 算
3.5 运行速度及运行时间
3.6 能耗计算
电力机车的耗电量计算 内燃机燃油消耗量计算
3.1 概述
列车牵引——主要研究作用于列车上的各种力及这 些力与列车运动的关系。
作用于列车上的外力（牵引力、阻力、制动力）
列车运动和力的关系 与列车运动有关的实际问题的解算方法
运行速度与时间 牵引质量的计算 制动距离的计算 列车能耗的计算
电力机车
内燃机车
3.2.1、牵引力
2.1
牵引力的产生和黏着力
牵引力－－由机车（动车）动力装置产生的扭矩，通过传动装 置在各动轮轮周上形成的切向力，依靠轮轨间黏着力，引起钢 轨作用于各动轮轮周上的反作用力，这是作用于机车（动车） 动轮周上的外力，即机车（动车）上轮周上的牵引力。
动轮不发生空转条件下，所能实 现的最大轮周牵引力通常称为黏着 牵引力 F 。
机车 动车 牵引特性曲线
机车牵引特性曲线 表示机车牵引力与速度之间的关系曲线。
电力机车的轮周牵引力 受下列条件的限制：
1 2
受牵引电动机工作 性能限制； 受轮轨间黏着作用 限制。
内燃机车的轮周牵引力受下列 条件的限制：
1 2 3
受柴油机功率限制；
受传动装置工作性能限制； 受轮轨间黏着作用限制。
轨道交通的运输能力、效率、成本及安全，与轨道交通的许 多部门均有联系。 轨道交通的线网规划 选线设计 行车设备及信号布置 机车的设计及选型 均与 牵引 计算 有关
列车牵引质量的确定 运行速度和运行时间 制动距离 能耗 列车监控 安全规章制度和事故分析
3.2 作用于列车上的力
列车由机车及车列（机车后面拖挂的车辆）构成。 动车－－有动力的车辆为动车； 列车 拖车－－没有动力的车辆为拖车。 列 车 种 类 及 优 缺 点 列车类型（电力机车、内燃机车、蒸汽机车）
优点：热效率高、功率大、速度高、起动快、基本 无污染，乘务员工作条件好，机车利用率高。 缺点：需供电设备（高压输电线、牵引变电所 及接触网），工程投资大，机车独立性稍差。 优点：热效率较高，相比电力机车，不需供电设备， 机车独立性好。 缺点：消耗贵重的液体燃料，且机车构造复杂，造 价较高，在高温、高海拔地区牵引功率低， 污染环境。
哈佛大学图书馆凌晨4点半的景象
德国科技公司发明机器鸟 可自主飞翔降落
德国科技公司发明机器鸟 可自主飞翔降落
第三章 牵引计算
3.1 概述 牵引力（牵引种类和机车类型，牵引力） 阻力（基本阻力，附加阻力） 3.2 作用于列车上的力 制动力（摩擦制动，动力制动、 磁轨制动、线性涡流制动） 3.3 列车运动方程式（列车运动状态分析、列车运动方程式） 牵引质量计算 3.4 牵引质量与功率的计算 牵引净载、牵引辆数及列车长度计算 高速列车的功率计算 单位合力 运行速度和时间的计算公式 行车速度与行车时分的近似计算方法 利用均衡速度法计算运行时分 制动距离
2 机车动车 、车辆 拖车 起动单位基本阻力， N
阻力的产生主要有：
1 2 3
机车、车辆起动时，由于轴颈与轴承间的润滑油在停留 时被挤出，油膜减薄，导致轴颈与轴承间摩擦力增大。 车轮压在钢轨上产生的下凹变形比运行时大，增加了阻力。 起动时，要求列车具有较大的加速力，以克服列车的静态 惯性力，加快列车从低速提高到正常运行速度的进程。
《列车牵引计算规程》中对不同的机车类型的起动单位阻力 有规定。
附 加 阻 力
坡道阻力 曲线阻力 隧道空气附加阻力
F2 1000q g sin h i 1000 1000 tan 0 / 00 l i tan 1000
当坡度很小时，有 sin tan 坡道阻力为
列车阻力 列车运行时，作用在列车上阻止列车运行且不 受司机控制的外力。分为基本阻力和附加阻力。 基本阻力 列车在空旷地段沿平直道运行时所受到的阻力， 它在列车运行时总是存在的。
1 轴颈阻力 由轴颈与轴承间的摩擦而产生。 2 滚动阻力 由车轮踏面与钢轨顶面间的滚动摩擦产生。 3 轨道阻力 钢轨受到车轮压力后，在轮轨接触点前后造成 向上的反向弯曲，从而使车轮实际上是“上坡 滚动”，增加了列车运动的阻力。 4 轮缘阻力 轮对不规则的侧向运动使轮缘贴靠钢轨侧面产 生的力，以及轨道几何形位变异或轮载不均匀 分配引起的冲击振动所损失的动能转化成的力。 5 空气阻力 包括正面压力、列车表面与空气摩擦以及列车 两侧和尾部的涡流产生的力。
单位阻力 即机车、车辆或列车的单位质量所受的阻力。
1 机车动车 、车辆 拖车 运行单位基本阻力， N
列车运行单位基本阻力 0 的一般用下列形式表达
0 A B v C v2
A、B、C为由试验测定的常数；v为列车运行速度。
不同类型的电力机车、内燃机车、货车 重车或空车 和客车的 单位基本阻力的计算公式，可从《列车牵引计算规程》查得：
3.2.2 阻力
基 本 阻 力
各种阻力在不同的列车速度阶段占有不同的比例。
1 2
起动及低速时，几乎没有空气阻力，以轴颈和轴承的摩擦 阻力为主。 速度提高后，轮轨间的滚动摩擦阻力、轨道阻力和空气 阻力逐步提高。
3
高速运行时，则以空气阻力为主。
影响基本阻力的因素极为复杂，包括轴承类型、轴重、车轮与 钢轨材质、线路质量、车轮踏面的形状以及列车的外部形状和列 车运行速度等，难以用理论公式直接计算，通常都采用由试验得 出的试验公式计算。
F 1（t）；
g 重力加速度（m/s2）； j 机车 动车 计算黏着系数。
黏着系数 主要取决于动轮踏面和钢轨材质以及它们的 磨损情况、钢轨表面洁污程度、动轮轴重和运行速度等各种 因素有关。
轮轨接触的典型情况
2.2