列控第02章 动力学基础-2016

2.1 研究列车动力学的目的
研究纵向动力学的基本定律——牛顿第二定律
ma Fi
i 1
n
广义的质点系统：系统内包含有限或 无限个质点，这些质点都具有惯性， 并占据一定的空间；质点之间，质点 与边界之间，以不同的方式连接，或 者附加以不同的约束与物理条件。
前进方向 单质点模型 制动力B 全阻力W 牵引力F
无人驾驶汽车
列车动力学是专门研究列车在线路上运行时的
动态行为特性的科学。
无人驾驶汽车
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2.1 研究列车动力学的目的
纵向动力学（前后） 横向动力学（左右） 垂向动力学（上下）
列车管
三通阀
制动缸
三通阀
制动缸
副风缸
制动缸
三通阀
副风缸 制动缸
三通阀
闸瓦
闸瓦
闸瓦
闸瓦
单独制动阀
自动制动阀 总风缸 空气压缩机 空气压缩机
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列车制动力——摩擦制动
研究内容——纵向力： 研究直接作用于列车、与列车运行方向向
平行的各种外力； 研究这些力与列车运行的关系； 解算一系列与列车运行有关的实际问题；
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高速列车重要的制动方式
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2.2 列车运动过程分析
作用在列车上的力总体分为三类：
列车牵引力F 列车运行阻力W 包括：基本阻力 和附加阻力 列车制动力B
动车组列车
上 海 地 铁
北 京 地 铁
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列车制动
列车制动的实质，是通过制动装置将列车的动能
转换成其它形式的能量并移出列车的过程。
制动方式可分为：
摩擦制动（空气制动）：通过摩擦把动能转变为
θ G
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前进方向 制动力B 全阻力W 牵引力F
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2.2 列车运动过程分析
列车牵引力
列车运行动力的来源，它是与列车运行方向
相同并可根据需要控制的外力。 由牵引机车或动车的动力装置发出的内力， 经传动装置传递，在轮周上形成切线方向力， 再通过轮轨间的黏着产生的、由钢轨反作用于 轮周上的外力，从而使列车发生平移运动。
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内燃机车
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机车类型
铁道车辆系统是一个由多个
部件组成的复杂系统，每个 部件有6个自由度，之间有 复杂的非线性力和几何约束 关系，需根据研究目的建立 各种简化模型。 4
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2.1 研究列车动力学的目的
前进方向 制动力B 全阻力W 牵引力F
Gθ
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2.2 列车运动过程分析
单位
N N
类型
机车牵引力 列车阻力
表示符号
F W
制动命令通过空气传播（传播速度受限）
闸 瓦 制 动
高速列车不采用
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列车制动——摩擦制动
1、 轮对；2、制动盘；3、单元制动缸；4、制动夹钳；5、牵引电机
盘 形 制 动
机车类型
– 电力机车
• 特点
– 热效率高、功率大、速度高、起动快、不污染环境、乘务条件好
– 无需燃料供应，整备一次作业运行距离长，机车利用率高
– 需要供电设备、工程投资大、机车独立性稍差
• 适用范围
– 高速铁路、快速铁路、运煤专线、繁忙干线挤长大坡道、长隧道、 高海拔地区等线路
• 常见型号
– SS1、SS8、SS11、SS6B/SS9G(韶山9改进型电力机车)等
机车类型
机车类型
– 内燃机车
• 特点
– 热效率较高，无需供电设备，机车独立性好 – 需要消耗贵重的液体燃料，机车构造复杂、造价较高，在高温、高 海拔地区牵引功率降低 – 存在一定的环境污染问题
• 使用范围
– 高速铁路、快速铁路、运煤专线、繁忙干线、长大坡道、长隧道地 区等线路。
• 常见型号
– DF4、DF8、 DF11G（东风11Ｇ型内燃机车）等
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列车制动力——动力制动
动力制动——再生制动
将列车动能转换的电能反馈回电网，提供给列
车使用。 既节约能源又减少制动时对环境的污染，并且 基本上无磨耗，因此是一种非常理想的动力制 动方式。 列车的再生制动能力不仅取决于电机的功率， 更取决于线路供电电网的网压。
动车组列车
受电弓 单相 25千伏交流电
整Leabharlann Baidu器 逆变器 直流 单机交流 三相交流
驱动
牵引变压器
动力集中配置 动力分散配置
牵引变流器
三相交流异步 牵引电动机
转向架
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电力机车
韶山9型
韶山9改进型
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列车安全长度
安全余量
被监督运行区域 Train
障碍物 (动态或静态)
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2.1 研究列车动力学的目的
研究列车动力学的目的：
列车速度安全防护方面：研究列车制动特性，
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列车运行控制系统
第二章 列车动力学基础
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热能，分为闸瓦制动和盘形制动；
动力制动（电制动）：制动时将牵引电动机变成
发电机，动能转化为电能。
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列车制动——摩擦制动
机车 车辆
空 气 制 动
空气压缩机
总风缸 司机制动阀
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蒸汽机车
1.凸杆;2.连杆;3.推杆;4.摇杆;5.滑 槽;6.活塞;7.汽缸;8.拉杆
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列车制动——动力制动
动力制动——电阻制动
把列车动能转化的电能加于列车自带的电阻器
中，使电能变为电阻的热能，并最终消散于大 气中。 能提供较稳定的制动力，但车辆底架上需要安 装体积和重量都较大的电阻箱和散热风机。 在高速列车发展初期，由于再生制动技术尚未 成熟，电阻制动成为一种比较主要的制动方式。 随着列车速度的不断提高，列车轻量化成了关 键，因此电阻制动方式被逐渐放弃。
前进方向 制动力B 全阻力W 牵引力F
Gθ
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2.2 列车运动过程分析
列车运行阻力
列车运行中由自然条件产生的与运行方向相反、阻
碍列车运行、不能由司机控制的外力叫做列车运行 阻力。 按照阻力产生的原因，能够将阻力分为两大类： 基本阻力是指在运行中永远存在的阻力。 附加阻力是指个别情况下发生的阻力，如坡道阻 力，曲线阻力，隧道阻力等。
第2章 列车动力学基础
2.1 研究列车动力学的目的 2.2 列车运动过程分析 2.3 列车牵引力 2.4 列车运行阻力 2.5 列车制动力
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2.1 研究列车动力学的目的
机车（或动车）
牵引系统
传动系统 制动系统 执行系统 执行系统
执行系统
执行系统
按机车原动力的类型，牵 引分成以下几类：
蒸汽机车
内燃机车 电力机车 动力组列车
制动方式分成以下几类： 摩擦制动
动力制动
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是确保速度防护控制、间隔控制等功能的前 提。
V 速度
制动减速
S 距离 P P1 P2 行车许可终点 P3 监督 停车点
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列车牵引和制动类型
车辆（或拖车）
传动系统
前进方向 制动力B 全阻力W
阻力之和称为全阻力
Gθ
牵引力F
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2.2 列车运动过程分析
列车制动力
列车运行中与运行方向相反、阻碍列车运行、
司机可以根据需要调节的外力叫做列车制动力。 制动力一个明显的特点就是由人为方法产生 的。 产生制动力的方法可分为摩擦制动（包括闸 瓦制动和盘形制动）、动力制动和电磁制动。
轴盘式 轮盘式
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列车制动——动力制动
动力制动
在制动时将牵引电动机变成发电机，通
过它将列车动能转化为电能。 对电机产生的电能的不同处理方式，形 成了不同方式的动力制动。 高速列车上采用的动力制动形式主要有 电阻制动、再生制动、圆盘涡流制动和线 性涡流制动。
考虑车辆间作用力的多质点模型
θ G
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2.1 研究列车动力学的目的
侧面相撞
在列控研究中，列车抽象为一个有长度的质点。
两车追尾
列车前进方向 列车安全位置 列车长度
机车类型
机车类型
– 蒸汽机车
• 特点
– 热效率很低，无需供电设备，机车独立性好 – 燃料一般为煤炭，存在严重的环境污染问题
• 使用范围
– 我国在1988年停产，仅在次要线路和地方铁路上使用。
• 常见型号
– 上游型、前进型、建设型、解放型、胜利型、人民型、跃进型等
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