钢轨对轮的反作用力F机车牵引力课件

p 机车牵引力概念 由动力传动装置产生的、与列车运行方向相同的外力称为机车牵引力p 牵引力的形成？第一章 机车牵引力p 牵引力的形成 通过能量转换装置和传动装置，传递到机车动轮上 动轮受到扭矩M的作用轴荷重Q压在钢轨A点形成的静摩擦阻止M产生动轮对钢轨作用力F钢轨对轮的反作用力F第一章 机车牵引力F F QAM运行方向F 是动轮对钢轨作用力F 钢轨对动轮的反作用力，它使动轮在钢轨上滚动，机车开始前进。按能量传递顺序分轮周牵引力车钩牵引力第一章 机车牵引力p 牵引力的分类按能量转换过程限制关系分牵引电机牵引力黏着牵引力柴油机牵引力电力机车内燃机车传动装置牵引力黏着牵引力1、车钩牵引力1.1 车钩牵引力与轮周牵引力p 车钩牵引力为机车牵引客、货车辆的纵向力，以 表示。欧美一些国家以此为计算标准，容易测量 机车和车辆之间相互作用的内力 车钩牵引力不是使列车发生运动和加速的力2、轮周牵引力 F1.1 车钩牵引力与轮周牵引力p 由动力传动装置引起的，与列车运行方向相同的外力。它就是机车牵引力。由于它作用于动轮轮周(踏面),所以通常称为轮周牵引力。p 机车是一种能量转换装置，使机车牵引车辆沿轨道运行的外力肯定来自钢轨和轮周。这个力的产生必需具备下列两个条件 机车动轮上有动力传动装置传来的旋转力矩。动轮与钢轨接触并存在摩擦作用。1.1 车钩牵引力与轮周牵引力F F QAMR由力矩平衡条件：M=F R F=M/R M 动轮扭矩 R 动轮半径 对整个机车：F=mF m 机车动轴数 2、轮周牵引力F考察某一动轴：3、实际车钩牵引力p由于机车本身移动要消耗掉一些牵引力，所以车钩牵引力总比轮周牵引力小，即1.1 车钩牵引力与轮周牵引力或式中W 机车运行阻力。p 我国牵引计算规程规定：牵引计算中的机车牵引力均按动轮轮周牵引力计算。在牵引质量计算中需要检查车钩牵引力。1.2 轮轨间的摩擦与粘着1、轮轨间的摩擦p 最大静摩擦力 与运动状态无关的常量，理想状态。p 滑动摩擦力p 空转 轮周牵引力大于轮轨间的粘着力时，动轮接触点发生了相对滑动，机车速度不高，牵引力大大降低，即空转。危害严重。1.2 轮轨间的摩擦与粘着2、轮轨间的粘着p 纵向和横向滑动。p 在铁路牵引和制动理论中，在分析轮轨间纵向力问题时，不用“静摩擦”这个名词，而以“粘着”来代替它。p 相应地，在粘着状态下轮轨间纵向水平作用力的最大值就称为粘着力，而把粘着力与轮轨间垂直载荷之比称为粘着系数。又称为计算粘着系数。1.2 轮轨间的摩擦与粘着2、轮轨间的粘着p 影响计算粘着系数的因素 轮轨接触表面状态 运行速度 机车转向架构造 （径向转向架）环境气候 线路状况1、牵引力的限制 当F F静，动轮空转 丧失牵引力F受轮轨粘着力（相当于轮轨最大静摩擦力）的限制，即1.3 粘着牵引力计算黏着牵引力（kN）；机车粘着质量（t）；重力加速度（9.81m/s2）；计算粘着系数。2、黏着牵引力受轮轨间粘着力限制的机车牵引力在机车牵引特性图中以带有阴影的曲线表示1.3 粘着牵引力3、计算黏着系数j的计算式：1.3 粘着牵引力4、j 的修正p “粘降”及其影响 机车在曲线上运行时，由于钢轨超高及内外侧动轮走行距离不同引起横向和纵向滑动等原因，粘着系数将要减小，通常简称为“粘降”，尤其在小曲线半径时影响更大 在起运转段或限制坡道若有小半径曲线，必须进行修正和牵引重量验算。1.3 粘着牵引力4、j 的修正p 电力机车（三轴转向架）5、黏着牵引力曲线 p 根据各型机车不同速度下的黏着牵引力，在坐标图中绘出黏着牵引力与速度的关系曲线p 在机车牵引特性图中以带有阴影的曲线表示1.3 粘着牵引力p 内燃机车Fq=401.7kN2、牵引特性曲线说明粘着制1、机车牵引特性p 机车的牵引特性是指牵引力随速度变化的曲线，有预期牵 引特性和实际牵引特性两种。预期牵引特性 设计机车时根据理论参数绘制的。由于数据取值的不准确和机组工况的复杂性，预期牵引特性仅供参考使用。实际牵引特性 是以牵引热工试验为基础，并对运用中的机车进行调查后整理确定的，因而符合机车的实际情况，是牵引计算的原始依据之一。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准1、货运内燃机车牵引特性曲线 p 大功率货运内燃机车牵引规律 机车在起动和速度还很低时，牵引能力受粘着的限制，速度升高后才受动力传动装置功率和性能的限制，这是大功率货运内燃机车牵引特性的一般规律。受动力传动装置功率和性能限制的牵引力统称为“动力传动装置牵引力”。DF4型、ND4型货运内燃机车牵引规律曲线请见后页1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准图1-4 ND4型电传动内燃机车的牵引特性2、客运内燃机车牵引特性曲线p 客运内燃机车由于运行速度较高，牵引力通常只受到动力传动装置功率和性能的限制。所以，在牵引特性图中可以不画粘着牵引力曲线。下页图为客运内燃机车DF11型的牵引特性，DF11型的牵引特性图上有四条这样的牵引力曲线，分别对应柴油机的四种转速1000、960、840、680r/min。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准DF11型电传动内燃机车的牵引特性3、牵引力取值的规定p 计算速度和计算牵引力 计算速度 在一定的线路条件下，计算牵引重量时必须先确定按什么速度下的牵引力进行计算，这个速度称为（最低）计算速度。内燃机车取持续速度作为计算速度。计算牵引力 在计算速度下的机车牵引力即为（最大）计算牵引力。内燃机车取持续牵引力Fc作为计算牵引力。持续速度 内燃机车在全功率工况下，传动装置可以长时间连续工作而不会过热的机车最低速度称为持续速度。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准3、牵引力取值的规定p 计算起动牵引力 计算起动牵引力时的速度取值l 计算起动牵引力是按起动条件验算货物列车牵引重量的依据（旅客因需要速度较高，牵引重量通常较小，无需验算）。l 货物列车由静态变成动态的过程是由前往后逐辆发生的。l 当守车或最后一辆车起动时，机车速度约为2.5km/h。l 由于列车的阻力是按此速度确定的，所以机车的计算起动牵引力亦应依此速度取值。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准3、牵引力取值的规定p 计算起动牵引力 计算起动牵引力的取值l 对于电传动内燃机车，应在粘着牵引力和起动电流所决定的牵引力中取较小者。l 例如：DF4（货）型内燃机车的计算起动牵引力受粘着条件限制，查看图1-3，Fq=401.7kN。DF11型客运内燃机车的计算起动牵引力受起动电流限制，查看图1-5，Fq=253kN。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准Fq=401.7kN1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准DF11型电传动内燃机车的牵引特性Fq=253kN3、牵引力取值的规定p 不同速度下的牵引力取值 一种是由起动电机电流限制线直接过渡到满手柄位或柴油机额定转速牵引力曲线，即不受粘着牵引力限制的形式。l DF11型客运内燃机车 属于这种形式。l 它在机车速度=038.5km/h范围 内，取受起动电流限制的牵引力 F=253kN。当机车速度38.5km/h 时，按柴油机转速=1000r/min的 牵引特性取值。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准3、牵引力取值的规定p 不同速度下的牵引力取值 另一种是由粘着牵引力曲线，或由起动电流限制线经粘着牵引力曲线，过渡到满手柄位或柴油机额定转速的牵引特性。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准l DF4（货）型内燃机车即属于 这种受粘着牵引力限制的形式。l 看图，其牵引力的取值方法，自起开始至速度=16.5km/h，取粘着牵引力，速度16.5km/h，取满手柄位牵引特性的牵引力。3、牵引力取值的规定p 不同速度下的牵引力取值 液力传动内燃机车牵引力按粘着牵引力和满手柄位牵引特性中较小者取值。l 例如，BJ型内燃机车的牵引力不受粘着条件限制：在速度V=02.5km/h范围内，均按V=2.5km/h取牵引力值；当速度V2.5km/h时，取满手柄位牵引特性上相应速度的牵引力。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准4、牵引力因功率降低的修正 1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准内燃机车牵引力海拔修正系数；内燃机车牵引力环境温度修正系数；内燃机车牵引力受隧道影响的修正系数，对DF4B（货、客）型内燃机车，在隧道长度大于1000m时，单机或重联牵引的本务机车取0.88，重联机车取为0.85。5、多机牵引和补机推送的牵引力修正p 内燃机车多机牵引，在使用重联操纵时，可使各机车的工况同步，每台机车的牵引力均取全值；p 分别操纵时，则第二台及其以后的机车牵引力均取全值的0.98。p 补机在列尾部推送时，因为与前部机车配合更加困难，因而部分车辆的车钩处于时拉时压状态，有能量消耗，故牵引力取全值0.95。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准6、内燃机车牵引力计算相关概念 p 计算重量 空车重量加2/3额定载重之和，额定载重包括按规定上足的燃料、水、砂、润滑油以及按规定配备的工具和信号用具等重量；p 构造速度 机车设计的最大速度；p 机车全长 两端车钩均在封闭状态、无外力作用时，车钩连续线之间的水平距离。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准1.5 电力机车的牵引特性及其计算标准一、电力机车牵引力特性图粘着制1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准二、牵引特性曲线说明p 图中标明了不同调压级位的牵引力曲线，共有33个调压级位（手柄位置）。p 在第33级除了满磁场的33m之外，还有三级磁场消弱（33-，33-，33-）。其磁场消弱系数分别为70%、50%和45%。p 图中还画出了受持续电流450A限制的等电流牵引力变化线。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准2、牵引特性曲线说明粘着制1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准三、电力机车牵引力的计算标准1、计算速度vj和计算牵引力Fjp 为了适应各种不同线路断面计算牵引重量的需要，电力机车以前曾对计算速度采取浮动的概念。p 计算速度可以分别按粘着制、小时制或持续制来选定。p 根据新牵规，今后电力机车也将像内燃机车一样，完全按持续制计算。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准三、电力机车牵引力的计算标准（1）、粘着制p 以最高级位满磁场的牵引特性（SS1型电力机车为33m牵引力曲线）与粘着牵引力曲线的交点所对应的速度和牵引力作为计算速度和计算牵引力。p 这是电力机车的最低计算速度和最大计算牵引力。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准三、电力机车牵引力的计算标准（2）、小时制p 以最高级位满磁场牵引特性上小时电流所决定的速度和牵引力作为计算速度的和计算牵引力。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准三、电力机车牵引力的计算标准（3）、持续制p 以最高级位满磁场牵引特性上持续电流所决定的速度和牵引力作为计算速度的计算牵引力。p 按持续制工作，牵引电动机绕组的发热量与散热量平衡，它可以长时间连续动转。p SS1型电力机车的持续电流为450A。p 根据新牵规，电力机车完全按持续制计算。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准三、电力机车牵引力的计算标准（3）、持续制2、牵引特性曲线说明粘着制1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准2、计算启动牵引力Fqp SS1型电力机车的起动牵引力受粘着条件限制，其起动牵引力取速度为零时的粘着牵引力。p 因为试验结果表明，此牵引力可以保持到运行速度=2.5km/h不变。1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准3、不同速度下的牵引力取值p SS1型电力机车自起动到粘着限制范围最高速度41.2km/h，牵引力受粘着限制，应按粘着牵引力取值。2、牵引特性曲线说明粘着制1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准3、不同速度下的牵引力取值p 在速度 v=010km/h范围内，牵引力取 v=10km/h的粘着牵引力。2、牵引特性曲线说明粘着制1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准3、不同速度下的牵引力取值p 自运行速度v=41.2km/h开始，首先沿满磁场33m曲线取值至持续制电流450A的转折点（计算速度vj=43km/h）。p 然后，沿450A等电流牵引力变化线过渡到最大削弱磁场33-曲线，最后按33-曲线取值。2、牵引特性曲线说明粘着制1.4 内燃机车的牵引特性及其计算标准4、多机牵引和补机推送的牵引力修正p SS1型电力机车多机牵引，每台机车的牵引力均取全值。p 推送补机的牵引力仍取全值的0.95。本章学习内容结束，谢谢！本节学习内容结束，谢谢！