火车知识

(一)什么是机车牵引力。

机车拉列车必须有牵引力。机车牵引力有以下几种：

(1)指示牵引力：假定内燃机车柴油机功率为4000马力，如果它毫无损失地传到动轮上以牵引列车。也就是说机车牵引力为4000马力，这个牵引力既指示牵引力。它是一个假想的概念机车牵引力。

(2)轮周牵引力：实际作用于机车轮周上的牵引力。电力机车的轮周牵引力受两个因素限制：牵引电动机的能力大小和轮轨间粘着力大小的限制。想加大机车牵引力，必须设计大功率的牵引电机和提高机车的粘着力。现在机车的牵引电机已由单机21OKW→410KW→600KW。为进一步将功率加大，已将真流电机改设计为交流电机，为加大牵引电机功率留下大的空间。但提高粘着力必须加大机车轴重和粘着系数。轴重提高已到23吨。因受钢轨的承重限制，已接近极限，另一途径就是提高轮轨间粘着系数。内燃机车的轮周牵引力受三个因素限制：柴油机功率大小，传动装置(发电机或液力变扭器，齿轮箱等)能力和轮轨间粘着力的限制(亦即轮轨间粘着系数)轮周牵引力小于指示牵引力。

(二)机车粘着力(FM)作用于轮周上的切线力大于轮轨间粘着力时，车轮要发生空转。在不发生空转的前提条件下，所能实现的最大轮周牵引力为粘着牵引力。粘着牵引力由三个因素组成：机车计算重量、计算粘着系数和重力加速度。由此可以看到各型机车的轮周牵引力均受到粘着力的限制。

(三)计算粘着力系数，该系数受机车构造因素(机车轴重和牵引力分配不均，运行中轴重重新分配和轴重增减、牵引力波动，轮轴间纵向和横向滑动等不利因素影响和轮轨间表面清洁状况以及机车运行速度等影响)。粘着系数一般有一定公式计算(该公式由实验得来)。但粘着条件不好，如刮风、下雨、下雪、结霜、油污染线路、小曲线半径线路等。可以用撒砂来改善。其他办法是改进机车走行部结构，采用防空转装置。蒸汽机车加装粘着力增加器(将从轮和导轮的轴重转移到动轮轴重的装置)等办法。

(四)撒砂可以提高机车牵引力，尤其提高起动牵引力。

先讲几个故事：

机车在关沟段即今日的南口到八达岭长城的一段铁路。山高、坡陡、线路曲线半径小是这一段线路的特点。60年代以前，使用蒸汽机车牵引列车。机车一刻也离不开撒砂。否则机车就会空转。后果是机车不进则退，爬不上坡。尤其在恶劣天气的时候，情况更为严重。有时机车携带的600公斤砂子都撒光了。所以在中途设加砂点，给机车补砂。现在内燃电力机车牵引，情况好一点。但也离不开必要时要撒砂。

我国70年代在非洲修坦赞铁路。支援坦桑尼亚和赞比亚。在该线完工交接时要对机车牵引力在关键坡道上拉车实验。坡道12‰，列车重1千吨。若实验成功，就可以交付对方。实验那一天，天公不作美，下起了雨。路滑机车就是上

不去。砂子已用光了。机车不停的空转。没有办法，我们工作人员站在机车前踏板上，向铁轨上撒砂。最后终于将列车拉到坡项，顺利完成了交接工作。

由此可见机车牵引列车，要想增加轮周牵引力，撒砂是一种简易可行的措施。我们知道，北京冬季市内大街下雪。汽车是经常打滑。我们曾在汽车站的附近和有坡度的路段上撒上砂子，以防汽车空转。机车在轨道上行驶也是同样的一个道理，全国机车约有3000多台，一台机车有几个砂箱，共携带砂子600～800公斤，若一台机车日耗砂子1公斤，全国一天耗砂3000公斤，即3吨。一年耗砂子1000吨。这是最保守估计。铁路对砂子要求非常严格。有铁标规定。对颗粒大小，干燥度等都有技术标准。机务段还设有专门的给砂车间。有烘烤炉、亮砂场、给砂塔等设备。有专门负责给砂的给砂工。砂子与机车可以说有密不可分的关系。

受电弓

电力机车从接触网受取电能的电气设备，安装在车顶上。

构造受电弓可分单臂弓和双臂弓两种，均由集电头、上框架、下臂杆（双臂弓用下框架）、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。近来多采用单臂弓（见图）。

动作原理升弓：压缩空气经受电弓阀均匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧，此时升弓弹簧使下臂杆转动，抬起上框架和集电头，受电弓均匀上升，并同接触网接触。降弓：传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气，在降弓弹簧作用下，克服升弓弹簧的作用力，使受电弓迅速下降，脱离接触网。

受流质量受电弓集电头和接触网间流通负荷电流的流畅程度。受流质量取决于受电弓和接触网之间的相互作用。为保证能流通一定的负荷电流，受电弓和接触网之间必须有一定的接触压力。受电弓升弓系统施加予集电头，使之向上的垂直力为静态接触压力。接触网沿线各点的刚度不同，使接触导线在受到受电弓接触压力作用时产生不同程度的上升，从而使受电弓在机车运行中产生上下振动。因此，受电弓附加承受一个受其本身归算质量和接触网刚度所影响的上下交变的动态接触压力。在运行中气流对受电弓产生一个随速度增加而迅速增加的气动力，使接触压力增加。上述三种作用力的合力，如果太小则受流质量不佳，如果太大则会增加接触导线和集电头接触板的磨损。为保证受电弓具有可靠的受流质量，应尽量减小受电弓的归算质量和集电头的质量，尤其是在高速运行的时候。采用橡胶元件和阻尼装置可以减少框架和集电头的振动，抑制动态接触压力变化幅值。采用适当的框架结构形式可以提高受电弓的受流质量。集电头的性能对受流质量影响很大。

弓网动力学（pantograph-catenary dynamics）研究电气化铁道机车（动力车）受电弓与接触网动态作用关系与振动问题的学科领域。电力机车是通过受电弓滑板与接触网导线间的滑动接触而获取电能的，当运动的受电弓通过相对静止的接触网时，接触网受到外力干扰，于是在受电弓和接触网两个系统间产生动态的相互作用，弓网系统产生特定形态的振动。当振动剧烈时，可以造成受电弓滑板与接触导线脱离接触，形成离线，产生电弧和火花，加速电器的绝缘损伤，对通信产生电磁干扰，更严重的是直接影响受流，甚至会造成供电瞬时中断，使列车丧失牵引力和制动力。而弓网之间接触力过大时，虽可大大降低离线率，但接触导线与受电弓滑板磨耗增大，使用寿命缩短。因此，良好的弓网关系是确保列车稳定可靠地受流的基本前提。弓网动力学的主要任务就是要研究并抑制弓网系统有害振动，确保受电弓与接触网系统相互适应、合理匹配，为不同营运条件（特别是高速运行）下的受电弓与接触网结构选型和参数设计提供理论指导。评价弓网关系和受流质量，一般采用弓网接触压力、离线率、接触导线抬升量、受电弓振幅、接触网弹性系数、接触导线波动传播速度和受电弓追随性等指标。弓网动力学的研究，通常以理论研究为主，并结合必要试验，通过建立受电弓与接触网振动模型来预测上述性能指标，从而改进或调整系统设计。弓网系统最初的动态设计只是基于一些简化的数学模型而进行的，随着列车运行速度的提高，弓网系统的模型越来越复杂，从20世纪70年代开始，计算机作为一种辅助模拟工具被用于弓网系统动力学仿真和优化设计，从而使得弓网动力学研究领域得到极大丰富和发展。