列车牵引理论

轮轨发生相对滑动时，fi将急剧减小，导致滑动进一步加剧
，动轮将进一步加速旋转——空转现象
粘着力的极限值fimax与轮对的轴重Pi成正比，即： fimax=μ Pi ，比例系数 μ 称为粘着系数，仅与轮轨接触面的状态相关
2019/1/12 电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院 4
第二讲 列车牵引理论
2.3 影响 μmax和μj的因素
影响μmax的因素 影响μj的因素
每个轮对的粘着系数 全部轮对的粘着利用程度
12 μ j 0.24 100 8v 13.6 μj 85 v 27.2 μj 85 v
2019/1/12
第二讲 列车牵引理论
轮轨材质 动轮直径及轴重
空转的危害及防护
因轮对的驱动转矩过大，导致轮轨间的粘着关系被破坏
而出现相对滑动的现象，称为“空转”。
空转的危害
——连滚带爬状态 牵引力下降 轮轨擦伤 制动时情况更为严重 采取空转检测保护措施
空转的防护
改进电机的特性
撒砂
提高驾驶技术 现代 控制技术，粘着控制
2019/1/12
电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院
对传递切向力
2019/1/12 电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院 7
第二讲 列车牵引理论
粘着系数与蠕滑率的关系——粘着-蠕滑特性曲线
通过实验统计得到的曲线
切向力增大导致滑动区面积增
大，滚动区面积减小，表现为 蠕滑率增大 蠕滑率增大到某个值时，粘着 系数达到最大值 μmax 当滚动区面积继续减小时，产 生宏观的滑动——空转
产生牵引力的两个条件：
驱动转矩Mi ——内因
粘着条件 μ 、Pi ——外因 最大牵引力受最大粘着力限制 ： fimax=μmaxPi 机车牵引力： F=∑ fi
2019/1/12
电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院
9
第二讲 列车牵引理论
2.2 机车牵引力的限制条件
机车的牵引力不能超过所有轮对最大粘着力之和
5
第二讲 列车牵引理论
1.5 粘着现象的理论解释
从1699年至今，人们对轮轨接触产生的牵引力机理进行
了研究，目前公认的是荷兰的Kalker教授的蠕滑理论
粘着并不是由于摩擦产生的，粘着系数不等同于摩擦系数 轮周牵引力 fi 是由于轮轨间的蠕滑(creep)产生的 “蠕滑”是指两个接触体形成的接触表面中，对应质点间 的相对变形产生的微量滑动的现象
Fmax≤ ∑ μimaxPi
机车粘着条件下的最大牵引力也可以表示为
Fμ≤ μj Pμ
μj为机车可利用的等效粘着系数——计算粘着系数
Pμ为机车可以利用的总轴重——机车重量P 机车的驱动力大于Fμ时，粘着条件最差的动轮就会产生空 转，机车的牵引力立即下降，会产生滑动、粘着、再滑动 的振荡过程
2019/1/12 电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院 10
可等效为一对力偶FiA、 FiB，分别作用于轴心O和 轮轨接触点C
第二讲 列车牵引理论
FiA的反作用力fi，是 钢轨给轮对的 当fi与FiA平衡时，力 FiB由于没有外力与之 平衡，就使得轮对以 C点为中心发生向前 的滚动 在轮轨接触点C处，当fi与FiA相等时，轮轨处于相对静止状态
2019/1/12 电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院 2
蠕滑的宏观表现是，车轮滚动的线速度大于平移速度，蠕பைடு நூலகம்
滑率σ可用它们的相对差值表示，即
Ri vc
vc 100%
2019/1/12
电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院
6
第二讲 列车牵引理论
蠕滑现象的描述
轮轨接触面是一个椭圆的区域
在力矩Mi作用下，车轮前部分压缩 ，后部拉伸；轨道前部拉伸，后部 压缩；钢轨的前部拉伸，后部压缩 滚动区——接触面的前部，无 相对滑动 滑动区——接触面的后部，有 微小的相对滑动 两个弹性体接触面的变形及微小的滑移，促成了轨道向轮
2019/1/12
电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院
3
1.4 粘着力的特点
Mi（也可以看做FiA ）的增加而增大
第二讲 列车牵引理论
在一定的轮轨接触条件下，轮周牵引力fi 随着电机驱动转矩 当Mi增大到一定值时， fi达到极限值 fimax，并且不再增大
此时，如果继续增大Mi，将会出现FiA >fi的情况，轮轨在接触点处将 出现相对滑动
σ(%)
μ(%) μmax
空转会在过B点后的任意点产生（为什么？）
2019/1/12 电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院 8
2. 机车牵引力、制动力的形成与限制 2.1 机车牵引力形成的内因和外因
第二讲 列车牵引理论
轮对在驱动转矩Mi作用下，如果满足粘着条件，可从轮轨
接触点获得轮周牵引力fi ： fi= Mi/Ri=μPi
1.3 粘着(adhesion)的概念
FiA及FiB 的大小为： Fi A= Mi / Ri
第二讲 列车牵引理论
与之对应，轮周牵引力大小为
fi = Mi / Ri 当fi = FiA时，轮轨接触点C保持相对静止，轮轨之间没有相对 滑动，动轮对作纯滚动运动——“粘着”状态 粘着：轮轨接触点保持相对静止而不发生相对滑动的现象。 粘着的条件：轨道对轮对能够产生与FiA相等的“摩擦力” fi
第二讲 列车牵引理论
1. 轮轨相互作用理论
轮-轨的相互作用，是列车牵引的基础和特点
1.1 轮对的结构
Brake disk 制动盘
Axle 车轴
Wheel 车轮
2019/1/12
电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院
1
1.2 轮对的受力分析
重力Pi（轴重，包括轮对自身重量） 轨道的支撑力Si 电机的驱动转矩Mi
环境因素——摩擦系数
运行速度
(SS系列)
线路垂向刚度
强迫硬性滑动 牵引电机特性差异 动轮直径及其差异 轴重转移
11
(新干线，轨道湿润） (新干线，轨道干燥）
电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院
第二讲 列车牵引理论
速度对μj的影响举例
2019/1/12
电力牵引传动基础——北京交通大学 电气工程学院