2第二章铁路能力资料

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列车坡道附加阻力:列车在坡道上运行时,由其重力所产生
的平行于轨道的分力。列车上坡时,阻力是正值;列车下坡时,
阻力是负值。
因单位阻力的定义为单位质量阻力,故坡度单位附加阻力wi为: wi= q·g·i /i·g=i·g (N/t)
式中 i 坡度值(‰); 上坡为正值,下坡为负值。
(2) 曲线附加阻力
① 引起曲线附加阻力的因素 列车在曲线上运行比在直线上运行的阻力大,增大的部分称为曲 线附加阻力。引起曲线附加阻力的因素主要有: a.使轮缘与钢轨之间产生额外摩擦。 b.在离心力作用下,车轮向外(内)侧移动,轮轨间产生额外 横向滑动。 c.由于曲线上内外轨长度不同,增加了车轮与钢轨间的纵向滑动 。 d.上下心盘之间产生的摩擦,轴瓦瓦头与轴颈之间摩擦加剧。 由这些原因增加的阻力与曲线半径、列车运行速度、外轨超高、 轨距加宽量、机车车辆的固定轴距和轴荷载等多因素有关。难于用理 论公式计算,通过采用试验方法,得出与曲线半径R为变量的函数的 试验公式。
压力j,货物列车取j=2.6kN/t ,旅客列车取j=5.2kN/t。 h 换算摩擦系数,因闸瓦材质而异,为行车速度V的函
数,中磷闸瓦可按下式计算:
h

0.356 3.6V 100 14V 100

0.0007(110 V0)
3.电阻制动力计算 (1) 电阻制动原理: (2) 电阻制动特性曲线
w”0=(1.24+0.0035V+0.000157V2 ) g(N/t)
重车:滚动轴承
w”0=(0.92+0.0048V+0.000125V2 ) g(N/t)
滑动轴承
空车:
w”0=(1.07+0.0011V+0.000236V2 ) g(N/t) w”0=(2.23+0.0053V+0.000675V2 ) g(N/t)
牵引质量系指机车牵引的列车质量,也称牵引吨数。一般按 列车在限制坡道上以机车计算速度作等速运行为条件确定牵 引质量;快速线上,有时按列车在平直道上以最高速度运行 并保有一定的加速度余量的条件确定牵引质量。
第二节、列车上的各种作用力
列车纵向力分析是确定牵引质量的基础。 作用于列车上的纵向力有:
机车牵引力, F(N),f(N/t) 列车运行阻力, W, W’,W’’ ,w 列车制动力, B, b
图2-6 韶山3型电力机车电阻制动特 性曲线
图2-7 东风4B型蒸汽机车电阻制动特 性曲线
第三节、牵引质量计算及检查
牵引质量就是机车所牵引的车列质量,也称牵引吨数。在新线设计 以及运营线上,一般情况下均是按列车在限制坡道上以机车的计算速度作 等速运行为条件来确定牵引质量;快速线上,有时按列车在平直道上的最 高速度运行,并保有一定的加速度余量为条件来确定牵引质量。
(2) 机车单位基本阻力 我国常用机车的单位基本阻力试验公式如下。
① 电力机车
韶山1、韶山3、韶山4
w’0=(2.25+0.019V+0.00032V2 ) g(N/t)
韶山8
w’0=(1.02+0.0035V+0.000426V2) g(N/t)
② 内燃机车
东风4(客、货)、东风4B(客、货)、东风4C (客、货)
(2)列车单位制动力计算
列车单位制动力是指平均每吨列车质量的制动力,新线设计时取:
b=1000hh (N/t) 式中 h 列车单位换算闸瓦压力( kN/t ),取值如下:
紧急制动:取全值。列车进站制动:一般取全值的0.5;计算固
定信号机的距离时,取全值的0.8。选线设计时可采用计算单位闸瓦
列车在隧道内运行时,作用于列车上的空气阻力远较 空旷地段为大,增加的空气阻力称为隧道附加空气阻 力。
产生原因:空气受隧道约束,不能向四周扩散,前面 空气压力增大,尾部空气稀薄,空气与列车表面及隧 道表面产生摩擦。
主要影响因素:行车速度、列车长度、列车迎风面积 、隧道长度、隧道净空面积、列车及隧道表面粗糙度 等。
w”0=(1.66+0.0075V+0.000155V2 ) g(N/t)
V≤140km/h 25B、25G型
w”0=(1.82+0.01V+0.000145V2 ) g(N/t)
V≤160km/h 准高速单层车
w”0=(1.61+0.004V+0.000187V2 ) g(N/t)
准高速双层车
② 货车
F是作用于机车上的唯一外力,也就是使机车前进的 牵引力。F是机车重力使动轮粘着于钢轨上而产生的作用 于动轮轮周上的力,故称为轮周牵引力。
我国《列车牵引计算规程》中规定:牵引计算中的 机车牵引力F,均按动轮轮周牵引力计算。机车车钩牵引 力(或称挽钩牵引力)是指机车用来牵引列车的牵引力 ,其值等于轮周牵引力减去机车全部运行阻力。
根据阻力的性质,将阻力分为以下三类:
(1)基本阻力:列车在空旷地段沿平直轨道运行时所遇到的阻力。 在列车运行中总是存在的。
(2) 附加阻力:列车在线路上运行时受到的额外阻力,包括坡道阻 力、曲线阻力、隧道阻力等。附加阻力则随列车运行的线路平、纵断面 情况而定。阻力方向与列车运行方向相反。但坡道阻力则是列车在上坡 时与列车运行方向相反;在下坡道时,与列车运行方向相同。
(4) 列车基本阻力与列车平均单位基本阻力
列车基本阻力W0为机车基本阻力W’0与车辆基本阻力W”0之和
,即
W0= W’0 + W”0 =P w’0 +G w”0 (N)
式中 P、G 机车质量、牵引质量(t),P值见表2-1。 列车平均单位基本阻力w0是列车基本阻力W0与列车质量(P+G
)之比值,即单位列车质量的列车基本阻力。按下式计算:
图2-3 韶山3型电力机车特性曲线
图2-3 东风4B(货)型电力机车特性曲线
(二)列车运行阻力 1.概述
列车运行阻力(列车阻力):列车运行时,作用在列车上的阻止列车运行且
不受人力操纵的外力。列车阻力W=机车阻力W+车辆阻力W。
单位阻力:单位机车或车辆质量所受的阻力,单位为N/t。它乘以机车或 车辆质量(t),即得机车或车辆所受总阻力(N)。
②列车平均单位曲线阻力
设列车长度为Ll,曲线长度为Ly,则 a. 当Ll Ly时,
wr =600g/R(N/t) 或
wr =10.5ag/Ly(N/t)
b. 当Ll > Ly时,
wr =10.5ag/Ll (N/t)
c. 当曲线位于多个曲线上时,
10.5 a
wr Ll g (N/t)
(3) 隧道空气附加阻力
轮踏面形状和误差以及列车外形与尺寸等。单位基本阻力0的形
式为:
表示方法: 难于用理论公式计算,一般采用试验公式计算:
w0=a+bV+cV2(N/t) 式中 常数a、b、c由试验确定,由表2-2查表。
V为列车运行速度(km/h)。 注:我国的基本阻力公式是在运行速度不小于10km/h、外温不 低于-10℃、风速不大于5m/s的条件下试验得出的。
w0 = W0 /(P+G)=(P w’0 +G w”0 )/(P+G)(N/t)
3.附加阻力
附加阻力决定于线路情况(坡道、曲线、隧道)及气候条件(大 风、严寒等)。气候条件引起的附加阻力因目前尚无可靠计算方法, 因此,附加阻力仅计算坡道附加阻力、曲线附加阻力、隧道空气附加 阻力。
(1) 坡道附加阻力
(一)机车牵引力
1.机车牵引的形成 机车牵引力是由机车动力装置传给机车动轮以旋
转力矩,通过动轮与钢轨的相互作用而产生。力的作 用方向与列车运动方向相同,力的大小可由司机根据 需要控制。
图2-1为电力机车(或电传动内燃机车)的传动 部分示意图。机车动轴上装有牵引电动机,通过齿轮 传动装置将转矩传给动轴。图2-2表示蒸汽机车的传 动部分示意图。机车锅炉产生的蒸汽输入汽缸,汽缸 活塞受到蒸汽压力,通过传动机构使动轮获得产生牵 引力所必须的旋转力矩。
w’0=(2.28+0.0293V+0.000178V2 ) g(N/t)
东风8
w’0=(2.40+0.0022V+0.000391V2 ) g(N/t)
东风11
w’0=(2.40+0.0022V+0.000391V2 ) g(N/t)
(3) 车辆单位基本阻力
① 客车
V≤120km/h 21、22型
当的计算结果小于5g(N/t)时,按5g(N/t)计算。
滚动轴承
w”q =3.5g(N/t)
(三)列车制动力
1.概 述 为了使列车减速或停车,必须施行制动。制动力是由司机操纵制动装
置产生的与列车运行方向相反的力。
制动方式
① 机车车辆闸瓦摩擦制动 以机车上装置的空气压缩机产生的压缩空气为动力,推动机车车辆上
(3)起动阻力:列车起动时的阻力。
2.基本阻力
(1) 构成基本阻力的因素
基本阻力构成:轴颈与轴承间的摩擦阻力、车轮与钢轨的滚动摩 擦阻力、车轮在钢轨上的滑动摩擦阻力、轨道不平顺与车轮踏面 等引起的冲击和振动阻力以及空气阻力构成。
影响因素:轴承类型、轴颈与轴承所承受的单位压力、润滑油性 质、轮对转速、轴重、轮轨材料性质、车轮半径、线路质量、车
的制动闸瓦压紧车轮轮箍,由摩擦产生制动,亦称空气制动。还有快速客 车上采用的盘形制动。 ② 机车动力制动
动力制动是由机车产生的制动力,包括: 电阻制动 再生制动 液力制动
2.空气制动力计算 (1) 空气制动原理
空气制动是由机车车辆上装置的制动机实现的。如图2-4。
图2-5 自动制动工作原理 (a)制动机缓解;(b)制动机制动
根据我国试验结果,列车的起动阻力计算采用如下公式, 式中已 包括了起动时的基本阻力及起动附加阻力。
ห้องสมุดไป่ตู้
① 机车单位起动阻力
内燃和电力机车 w’q=5g(N/t)
蒸汽机车
w’q =8g(N/t)
② 货车单位起动阻力
滑动轴承
w”q =(3+0.4iq )g (N/t)
式中 iq 起动地点的加算坡度值(‰)。
计算方法:由试验公式确定,以ws表示。
(4) 附加阻力换算坡度及加算坡度
① 附加阻力换算坡度 曲线附加阻力的换算坡度(当量坡度)为:
ir = wr/g (‰) 隧道附加阻力的换算坡度(当量坡度)为:
is = ws/g (‰) ② 加算坡度 线路纵断面上每一坡段的坡度i与该坡道上的曲线、隧道等附加阻
力换算坡度之和称为加算坡度ii,即 ij=i+ir+is (‰)
对应的单位加算阻力为: wj=wi+wr+ws(N/t)
(5) 起动阻力
产生原因:轴颈与轴承之间润滑油被挤出,油膜减薄;轴箱内温 度降低,油的粘度增大,轴颈与轴承的摩擦阻力增大;钢轨产生 凹形变形比运行时为大,增加滚动阻力;列车起动时的加速力。
3.机车牵引特性曲线
机车牵引特性曲线是表示机车轮周牵引力(纵轴) 与运行速度(横轴)相互关系的曲线,通常由试验得到 。机车牵引性能曲线因牵引种类而异,牵引种类相同时 ,各种机车类型的牵引性能曲线大同小异。我国《牵规 》附录中,列有各类常用机车的牵引性能资料及牵引性 能曲线图。以下按电力、内燃机、蒸汽机车分述如下。
图2-1 电力机车牵引力形成
图2-1 蒸汽机车牵引力形成
2.粘着牵引力的限制
机车粘着牵引力F可表示为:
F=1000.P.g.j (N)
式中 P 机车粘着质量(t) g 重力加速度(m/s2);
j 机车的计算粘着系数。
在操纵机车牵引列车时,必须使机车牵引力不大于黏 着限制的最大牵引力。机车的轮周牵引力不能大于机车所 能产生的粘着牵引力,称为粘着牵引力限制。
第二章 铁路能力
四川交通职业技术学院 道桥系 钟彪
第一节 概述 第二节 列车上的各种作用力 第三节 牵引质量计算及检查 第四节 单位合理曲线图及其应用 第五节 铁路通过能力和输送能力
第一节、 概述
牵引计算是研究列车在各种外力作用下沿轨道运行时的各种 实际问题。包括研究作用在列车上的各种力;研究在这些力 的相互作用下列车的运行情况;研究解决一些实际问题,包 括牵引质量、列车运行速度、运行时间、制动问题等。
(一)牵引质量计算
1.按限制坡度上以机车计算速度等速运行为条件 根据列车运动方程式,列车作等速运行时合力为零。即
F-W=0 或 F=W 设机车计算速度为Vj,对应的计算牵引力为Fi,则列车在限制坡道ix
上的总阻力为:W=P (w’0+gix)+G (w”0+gix) (N),推导得:
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