列车牵引特性-西南交通大学课程与资源中心

高速受电弓 研究与开发
六 牵引传动与
大 制动系统
平 综合仿真设
台
计平台
牵引传动与 制动系统
关键部件仿 真设计平台
牵引传动与 制动系统 集成制造 平台
牵引传动与 制动系统 综合试验 平台
牵引传动与 制动系统
关键部件试 验平台
高速受电弓 试验平台
3
国家科技支撑计划 -- 综合仿真平台 《 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 》
制
系
统
》
7
1、列车运行过程的数学描述
《 电
❖ 以时间为独立变量的运动方程
力
牵 引
dv c
Βιβλιοθήκη Baidudt
交
流 传
ds v dt
动
控 制
T
J 0 p(t)dt
c
0.00981 1
J
p(t)
T
v
作用于列车上的单位合力（N/kN）
加速度系数
回转质量系数（一般取0.06） 列车能耗(J) 列车单位时间的能耗(kW) 整个行程所用的时间(s) 列车运行速度(m/s)
流 传
的
动 控
❖附加阻力由线路坡道、曲线半径、桥梁隧
制 道等线路条件决定
系
统
》
11
3、列车阻力
《 电 力
W0 (a b v c v2 ) M g
牵 引 交
式中:W0—列车运行基本阻力（N） M—牵引质量（t）
流
v—列车运行速度（km/h）
传
g—重力加速度(m/s2)
动 控
a、b、c—与机械阻力相关的系数
第2章 电力牵引传动系统设计基础
主讲人：冯晓云 教授
Email: fengxy@swjtu.edu.cn 西南交通大学电气工程学院 列车控制与牵引传动研究室
国家科技支撑计划
-中国高速列车关键技术研究及装备研制
《
电
力 ❖ 涵盖了包括高速列车共性基础技术、车体技术、牵引传动 牵 引 与制动、网络控制、牵引供电技术、运输组织方案等铁路
制
系
统
》
6
1、列车运行过程的数学描述
《 电
❖控制相关因素：牵引供电、行车信号、线路
力 断面、限速、列车编组、列车牵引/制动性
牵 能及司机的驾驶经验等
引 交 流
❖控制目标：安全、正点、高速高密度运行、 舒适性、停车精度、能量消耗
传 动 控
❖控制核心问题：针对不同的运行环境实时的 控制列车的牵引力/制动力，达到控制目标
4
主要内容
《 电
2.1列车牵引计算基础
力 牵
2.2牵引供电系统简介
引 交
2.3电力牵引交流传动系统组成与分类
流 传
2.4牵引传动系统容量设计与参数计算
动
控
制
系
统
》
5
2.1 列车牵引控制基础
《 电
❖列车运行过程的数学描述
力 牵
❖列车牵引力与制动力
引 交
❖列车阻力
流 传
❖列车牵引特性
动 控
❖粘着控制
电
车牵引与制动性能最重要的原始数据
力 牵 引 交
恒牵引力起动，恒功率运行
牵引力与功率的关系Fk
Pk 3.6（kN） Vk
流
恒牵引力区
传
准恒牵引力区
动
控
制
系
统
》
16
列车牵引特性曲线设计步骤
《
最高速度
电
牵引力
力
牵
功率
引
交
流
传
动
阻力
控
制
系 1.根据列车起动最大加速度和起动平均加速度的要求确定起动牵引力
交 系统所有技术领域；应用对象明确，将建立具有自主知识 流
传 产权、国际竞争力强、时速达350公里及以上、世界最先进
动 控
的高速列车及配套系统，为京沪高速铁路建设提供强有力
制 的技术和装备保障，使我国高速铁路技术体系达到世界领
系 统
先水平。该项目经费总预算30亿元，支撑计划专项经费10
》 亿元，是目前为止科技部支撑计划支持的最大项目
13
4、列车牵引特性
《 电
❖ 牵引功率的计算：与列车运行最高速度、牵引
力
质量、最高速度时的列车运行阻力和剩余加速
牵
度等有关
引 交 流 传 动
Pk
(M
0
(1 ) M 103 a) vmax
3.6
103
Pd
Pk
Gear
控 制 系 统
PM
Pd N
❖ 牵引电机的功率为总功率除以列车电机的总台
》
统 2.根据起动牵引力与恒功率曲线，求出其相交点即为恒牵引力、恒功率运行的转折点
》 3.将机车牵引功率、最大运行速度代入式Fk
(vmax
)
3.6Pk vk max
求出最高速度时的牵引力。
17
4、 列车牵引特性
《 电 力 牵 引 交 流 传
❖牵引特性的计算：
牵引特性仿真计算
针对相应的线路根据列车运行方程式进行列车 运行模拟仿真，得到运行区段的列车速度—距离曲 线、运行时分、加速度/减速度—时分曲线、能耗 曲线、牵引力曲线、坡道最低运行速度、不同线路 坡度的加速距离和制动距离、故障模拟运行结果等 牵引计算要求的所有参数与曲线。
制 ❖列车阻力通常以单位阻力表示
系
统 》
0 (v)
W0（N M
/
t）
12
4、列车牵引特性
《 电
❖ 用列车轮缘牵引力/制动
力 力与轮缘线速度的关系曲
牵 引
线表示，是计算列车牵引
交 与制动性能最重要的原始
流 传
数据
动 ❖恒牵引力起动，恒功率运
控 制
行
系 ❖牵引力与功率的关系
统 》
Fk
Pk 3.6（kN） Vk
数N
14
铁路运输对列车牵引性能的需求
《
电 力
货运列车要求重载，需要较大的牵引力F-牛顿
牵
引 交
客运列车要求高速，需要较大的速度
V-米/秒
流
传 动
根据功率 P=F×V
控
制
因此无论货运重载还是客运高速，都需要
系
较大的牵引功率，才能满足运输要求
统
》
15
列车牵引特性的计算
《 用列车轮缘牵引力/制动力与轮缘线速度的关系曲线表示，是计算列
系
s
列车行走距离(m)
统 》
t
列车运行时间(s)
8
1、列车运行过程的数学描述
《 电
❖ 推出以距离为变量的运行方程
力
牵
引 交
dv c
ds v
dt 1 ds v
J S p(s) d(s) 0v
流
传
动 控
❖ 列车运动方程的一般描述形式
制 系 统
v
dv ds
(
f
(v)
0 (v)
g(s))
》
9
2、列车牵引力与制动力
2
国家科技支撑计划
-中国高速列车关键技术研究及装备研制
《 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 》
高速列车牵引传动与制动系统
牵引传动系统
制动系统
受电弓
五
大 任
牵引传动与 制动系统仿 真设计技术
务
牵引传动与 制动系统集 成制造技术
牵引传动与 制动系统试 验测试技术
牵引传动与 制动系统新
技术研究
《 电
❖粘着的概念
力 牵
动轮与钢轨接触处，由
引
于正压力而出现的保持
交
轮轨接触处相对静止、
流
而不相对滑动的现象
传
动 控
❖列车牵引力
制 系
动轮轮轴牵引力fi
统 》
列车轮轴牵引力F
10
3、列车阻力
《
电 力
❖分为基本阻力和附加阻力
牵 引 交
❖基本阻力是零部件之间、列车表面与空气 之间、车轮与钢轨之间的摩擦和冲击产生